基于RFID技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)硬件模塊研究

孫偉奇 張繁淋

摘要：現(xiàn)代倉庫物資種類多、數(shù)量大、各類物資大小差異也很大，同時(shí)倉儲(chǔ)管理模式較為落后，很多倉庫仍采用傳統(tǒng)人工管理方式，傳統(tǒng)庫存管理方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理需求，針對(duì)當(dāng)前倉庫存在的現(xiàn)實(shí)問題，將RFID技術(shù)與倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)相結(jié)合，研究出適用于大部分倉庫的RFID智能倉儲(chǔ)基本框架，并對(duì)智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行核心硬件設(shè)備選取。在理論研究和框架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)升級(jí)改造提供基本遵循。

Abstract： The modern warehouse has many kinds of materials， large quantity， different sizes of materials， and the storage management mode is relatively backward. Many warehouses still adopt the traditional manual management mode. The traditional inventory management mode can no longer meet the needs of modern warehouse management. In view of the current existing problems in the warehouse， the RFID technology and warehouse management system are combined to study the basic framework of RFID intelligent storage applicable to most warehouses， and the core hardware equipment selection of intelligent storage system is carried out. On the basis of theoretical research and framework design， it provides basic compliance for the upgrading of warehouse management system.

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù);倉儲(chǔ)管理;電子標(biāo)簽;讀寫器;天線

Key words： RFID technology;warehouse management;electronic label;reader;antenna

中圖分類號(hào)：TP391.44;TP315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）29-0164-03

0? 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，傳統(tǒng)倉儲(chǔ)模式已不能滿足現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化的倉儲(chǔ)管理要求，在進(jìn)入“中國制造2025”的重要契機(jī)點(diǎn)，運(yùn)用新技術(shù)、新方法、新模式對(duì)傳統(tǒng)倉儲(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)化升級(jí)，使之與現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理要求相適應(yīng)，將RFID射頻識(shí)別技術(shù)和倉儲(chǔ)管理相結(jié)合，探究新思路下的智能倉儲(chǔ)模式，滿足倉儲(chǔ)管理需要，進(jìn)一步提升倉儲(chǔ)管理水平和管理效率。

1? 理論基礎(chǔ)

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，它通過無線射頻信號(hào)獲取物體的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)物體加以識(shí)別。RFID技術(shù)是一種利用無線射頻識(shí)別方式進(jìn)行非接觸式的雙向通信過程，是通過天線發(fā)出的無線射頻信號(hào)對(duì)電子標(biāo)簽或射頻卡進(jìn)行讀取從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換目的。RFID技術(shù)無須與被識(shí)別物體直接接觸，即可完成信息的輸入和處理，能快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集和處理信息。RFID射頻識(shí)別技術(shù)雖然原理復(fù)雜，但操作簡單，對(duì)環(huán)境要求低、抗干擾能力強(qiáng)、能夠穿透非金屬物體表面并且可以對(duì)高速移動(dòng)的多個(gè)物體進(jìn)行同時(shí)掃描是20世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。

2? RFID智能倉儲(chǔ)基本架構(gòu)

RFID智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)架構(gòu)是通過RFID技術(shù)對(duì)倉庫進(jìn)行軟硬件更新，和傳統(tǒng)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)框架相比，只是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，不會(huì)顛覆原有倉儲(chǔ)管理模型架構(gòu)。運(yùn)用RFID智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)使得倉儲(chǔ)管理工作流程更加優(yōu)化、準(zhǔn)確率更高、效果更好。主要針對(duì)如圖1所示硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)進(jìn)行重新架構(gòu)。

2.1 RFID讀寫器

RFID讀寫器一般可讀可寫，作用是對(duì)倉庫中的RFID電子標(biāo)簽信息進(jìn)行采集。在貨物零件較少的情況下通常采用手持式掃描儀，貨物較多或庫存盤點(diǎn)時(shí)需要采用立式掃描儀。

2.2 RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)

RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)的主要作用是向標(biāo)簽內(nèi)寫入貨物信息，并將條碼打印在電子標(biāo)簽表面，使條碼和RFID技術(shù)相結(jié)合，更好運(yùn)用到倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，提高倉儲(chǔ)管理水平。利用RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)對(duì)物品信息進(jìn)行錄入，適用于批量貨物管理，若收發(fā)貨物較少，則需要RFID讀寫器配合使用。

2.3 智能貨架

智能貨架是一款高性能的定位管理設(shè)備，支持多節(jié)貨架并列應(yīng)用，通過貨架分層標(biāo)簽掃描，可完成物品清點(diǎn)、查詢定位、貨架統(tǒng)計(jì)等功能，從而改進(jìn)現(xiàn)有庫存物品管理方式，提高管理水平，降低工作強(qiáng)度。同時(shí)建立了一套先進(jìn)的、規(guī)范的、優(yōu)化的管理機(jī)制，幫助企業(yè)最大程度降低管理成本和風(fēng)險(xiǎn)，從而提高企業(yè)資源的利用率。

2.4 智能門禁系統(tǒng)

在進(jìn)出口安裝智能門禁系統(tǒng)，將身份識(shí)別裝置與應(yīng)用系統(tǒng)相連，通過讀寫器對(duì)進(jìn)出倉庫人員信息進(jìn)行識(shí)別，提高倉庫安全性。

2.5 寫入控制服務(wù)

寫入控制服務(wù)的主要功能是連接RFID讀寫器和RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)，向標(biāo)簽打印機(jī)和讀寫器發(fā)送必要信息，并確認(rèn)讀寫器和標(biāo)簽打印機(jī)是合法設(shè)備。

2.6 RFID閱讀控制服務(wù)

RFID閱讀控制服務(wù)的主要功能是連接RFID閱讀器并對(duì)閱讀器進(jìn)行相應(yīng)配置和安全認(rèn)證、對(duì)物品標(biāo)簽信息進(jìn)行篩選處理，最后傳輸給RFID前置服務(wù)。

2.7 RFID前置服務(wù)

RFID前置服務(wù)的作用是收取和存儲(chǔ)來自RFID閱讀控制服務(wù)和RFID定位服務(wù)的信息內(nèi)容。

2.8 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

主要存儲(chǔ)物品基本信息和位置信息的系統(tǒng)，在倉庫中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，最基本的要求是倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的信息和倉庫實(shí)際的庫存信息要保持一致，并保證信息正確性。

2.9 倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)網(wǎng)站

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)網(wǎng)站主要是對(duì)輸出的報(bào)表和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便更快、更有效的滿足倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)需求的變化。

2.10 信息瀏覽器

信息瀏覽器的功能是瀏覽倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)網(wǎng)站信息，通常是一種進(jìn)行信息記錄和獲取的媒介。

3? 基于RFID系統(tǒng)硬件產(chǎn)品分析

3.1 電子標(biāo)簽

RFID電子標(biāo)簽按不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為三種類型：

3.1.1 根據(jù)電子標(biāo)簽讀寫性進(jìn)行分類

電子標(biāo)簽按讀寫性分為只讀標(biāo)簽、可讀寫標(biāo)簽、一次寫入多次讀取標(biāo)簽。

①只讀標(biāo)簽：只讀標(biāo)簽就是數(shù)據(jù)寫入后只能讀取，不能再次寫入，不可以隨便更改標(biāo)簽內(nèi)信息，在只讀標(biāo)簽中有唯一的標(biāo)簽識(shí)別裝置，在標(biāo)簽生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)確定，所以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息相對(duì)較安全，造價(jià)也相對(duì)較低。②可讀寫標(biāo)簽：可讀寫標(biāo)簽是可以反復(fù)錄入和更改標(biāo)簽內(nèi)的信息數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行調(diào)整更改。③一次寫入多次讀取標(biāo)簽：這類標(biāo)簽的設(shè)計(jì)適應(yīng)一次寫入多次讀出的場景，但并不支持錄入信息的修改和增刪，但讀取較為方便。

3.1.2 根據(jù)電子標(biāo)簽工作頻率進(jìn)行分類

電子標(biāo)簽按工作頻率分為低頻標(biāo)簽、高頻標(biāo)簽、超高頻標(biāo)簽和微波標(biāo)簽四種。

①低頻標(biāo)簽：低頻標(biāo)簽工作頻率范圍是30～300kHz，低頻標(biāo)簽工作頻率低、芯片價(jià)格便宜、技術(shù)要求低，是各國最先發(fā)展的一種電子標(biāo)簽。但低頻標(biāo)簽有傳輸速度較慢，讀寫距離近等弊端，限制了自身發(fā)展。②高頻標(biāo)簽：高頻標(biāo)簽工作頻率范圍是3～30MHz，典型工作頻率為13.56MHz，根據(jù)不同工作協(xié)議讀取距離、數(shù)據(jù)傳輸速度和價(jià)格也不同，但整體而言，高頻標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。③超高頻標(biāo)簽：超高頻標(biāo)簽工作頻率范圍是300～968MHz，典型的工作頻率是915.3MHz，讀寫距離有了很大提升，距離擴(kuò)大到10m左右。芯片價(jià)格適中，隨著RFID技術(shù)水平提高，超高頻段發(fā)展為目前應(yīng)用最廣泛的一種頻段。④微波標(biāo)簽：微波標(biāo)簽的工作頻率范圍是2.45～5.8GHz，因?yàn)榧夹g(shù)要求較高，還沒有被廣泛應(yīng)用到實(shí)踐中，將是未來RFID技術(shù)的主要發(fā)展方向。

3.1.3 根據(jù)電子標(biāo)簽內(nèi)部能量獲取方式分類

電子標(biāo)簽分為無源電子標(biāo)簽、有源電子標(biāo)簽和半無源電子標(biāo)簽三類。

①無源電子標(biāo)簽：無源電子標(biāo)簽不需要電池進(jìn)行供電，而是利用讀寫器發(fā)射的電磁場轉(zhuǎn)化為自身所需的直流電為內(nèi)部電路供電，但這種轉(zhuǎn)化的電能相對(duì)較弱，穩(wěn)定性也較差，所以它的信號(hào)強(qiáng)度和傳輸距離也比較受限。但無源電子標(biāo)簽內(nèi)部不需要安裝電池可以永久使用，自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，成本相對(duì)較低，故障率也較低，因內(nèi)部沒有電池標(biāo)簽自重也較輕。②有源電子標(biāo)簽：有源電子標(biāo)簽通過內(nèi)部供電電池提供能量，主動(dòng)向讀寫器發(fā)送自身信號(hào)。在電量充足的情況下，電子標(biāo)簽性能較好、傳輸距離遠(yuǎn)，適用于頻段較高的大范圍識(shí)別場合。但有源電子標(biāo)簽電池供電的劣勢也比較明顯，由于電池使用壽命有限，所以電量降低時(shí)標(biāo)簽穩(wěn)定性會(huì)降低，對(duì)環(huán)境要求很高，自身體積也較大。③半無源電子標(biāo)簽：半無源電子標(biāo)簽在其內(nèi)部也安裝電池，但半無源電子標(biāo)簽電池的作用是用來激活自身標(biāo)簽，電子標(biāo)簽被激活后，電池就將停止供電，標(biāo)簽也變?yōu)闊o源電子標(biāo)簽。半無源電子標(biāo)簽內(nèi)電池只負(fù)責(zé)進(jìn)行自我激活，耗電量較低，電量可以維持十年以上，成本相對(duì)也比有源電子標(biāo)簽低。

電子標(biāo)簽如圖2所示。

3.2 RFID讀寫器

選擇合適的RFID讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和信息采集對(duì)于RFID智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)至關(guān)重要。工作狀態(tài)下，讀寫器一般處于被動(dòng)接收狀態(tài)，實(shí)時(shí)接收電子標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)，并將接收到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫畔⒐芾硐到y(tǒng)中，特殊情況下也可以寫入或更改電子標(biāo)簽中的信息。選擇一種讀取速度快、操作簡單、價(jià)格適宜的RFID智能讀寫器就至關(guān)重要。

通常還要根據(jù)倉儲(chǔ)基本需求和主要工作任務(wù)選擇使用手持式RFID讀寫器或固定式RFID讀寫器，基于各種需求并對(duì)二者性能進(jìn)行比較分析最終確定選擇何種讀寫器運(yùn)用到倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中。

手持式RFID讀寫器：手持式意味著可以不受限制地更換使用場所，具有一定便捷性。攜帶手持式讀寫器對(duì)貨物進(jìn)行掃描相比于將電子標(biāo)簽移動(dòng)到固定讀寫器前顯然更加便捷。在選擇手持式RFID讀寫器時(shí)要考慮選擇IC卡或ID卡讀卡器，IC卡可讀可寫，具備一定存儲(chǔ)能力;ID卡只讀，但價(jià)格較低，適合在同一局域網(wǎng)中進(jìn)行簡單應(yīng)用。

固定式RFID讀寫器：固定式讀寫器通是一種具有高性能、高頻段并具有一定擴(kuò)展性的讀寫設(shè)備。固定式讀寫器的最大優(yōu)勢就是對(duì)貨物進(jìn)行多標(biāo)簽讀取，同時(shí)支持密集閱讀模式和大容量的電子標(biāo)簽讀寫功能。常具有多種協(xié)議接口，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，同時(shí)匹配多種天線裝置。在固定式讀寫器選擇方面同樣要根據(jù)倉庫倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)綜合考慮工作頻段、功耗、支持標(biāo)準(zhǔn)、工作模式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通訊接口等基本因素，選擇適合倉庫的固定式讀寫器。

在倉庫入口處多安裝固定式RFID讀寫器，方便批量出庫入庫時(shí)對(duì)電子標(biāo)簽掃描并讀取信息;對(duì)庫內(nèi)進(jìn)行盤點(diǎn)時(shí)更適用于手持式RFID讀寫器，方便小巧，便于攜帶，且造價(jià)較低，更適合在倉庫內(nèi)部使用。

RFID讀寫器如圖3所示。

3.3 天線

RFID天線是無線射頻識(shí)別系統(tǒng)中用來發(fā)射或接收電磁波的元件，是一種變換器。發(fā)射信號(hào)時(shí)，它會(huì)將高頻電流轉(zhuǎn)換成空間電磁波;接收信號(hào)時(shí)，它也能將從空間獲取的電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻電流送回接收設(shè)備。在這個(gè)過程中，天線充當(dāng)著信號(hào)傳輸?shù)拿浇樽饔茫陔娮訕?biāo)簽和讀寫器中都不可或缺，狀態(tài)良好的天線可以使通信距離擴(kuò)大并保證信號(hào)傳輸處于最佳狀態(tài)。

對(duì)于RFID天線選擇也非常重要。RFID天線分為線極化天線、圓極化天線、縫隙天線、多款口天線、有源天線、異形天線等多種。

線極化天線讀取距離較長，通常適用于讀取已知方向較遠(yuǎn)距離的電子標(biāo)簽;圓極化天線讀取范圍較寬，但讀取距離較遠(yuǎn)，適用于讀取未知方向電子標(biāo)簽。縫隙天線的覆蓋范圍更廣，有超長的遠(yuǎn)場性能，頭尾呈線性分的特性使縫隙天線可以提供連續(xù)的和一致的閱讀器。

天線如圖4所示。

3.4 RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)

RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)的功能是讀取并寫入RFID電子標(biāo)簽內(nèi)芯片中的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)信息打印到電子標(biāo)簽表面。RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)可以在原有條碼打印機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，設(shè)計(jì)增加RFID發(fā)送器和接收器、控制單元以及閱讀器天線就可以將數(shù)據(jù)信息打印到電子標(biāo)簽芯片中。其打印基本原理與條碼打印機(jī)原理類似，均為熱敏和熱轉(zhuǎn)印。RFID打印機(jī)也可以與電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)無線通信，對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)的信息進(jìn)行讀寫。

按照工作頻率對(duì)電子標(biāo)簽打印機(jī)進(jìn)行分類可以分為高頻和超高頻兩種主流類型。

RFID高頻電子標(biāo)簽打印機(jī)：高頻打印機(jī)的工作頻率為13.56MHz，波長距離在20米左右，數(shù)據(jù)傳輸速度較快，并可進(jìn)行批量打印。

RFID超高頻電子標(biāo)簽打印機(jī)：超高頻打印機(jī)還沒有形成統(tǒng)一的頻率標(biāo)準(zhǔn)，各國家地區(qū)應(yīng)用的頻率范圍不同，我國應(yīng)用的主要頻率在902～905MHz左右，超高頻打印機(jī)配合超高頻電子標(biāo)簽和讀寫器將成為今后打印機(jī)的發(fā)展趨勢。

RFID電子標(biāo)簽打印機(jī)如圖5所示。

4? 結(jié)論

現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理理念先進(jìn)、技術(shù)發(fā)展速度快、倉儲(chǔ)管理模式發(fā)展快，RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用到倉儲(chǔ)管理中，成為倉儲(chǔ)管理的核心。本論文通過將RFID技術(shù)和倉儲(chǔ)管理模式相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)倉庫倉儲(chǔ)架構(gòu)分析和構(gòu)建，同時(shí)對(duì)RFID倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)硬件產(chǎn)品進(jìn)行研究，從根本上改善了傳統(tǒng)倉庫管理系統(tǒng)中智能化、自動(dòng)化、安全性低的問題，進(jìn)一步提高現(xiàn)代倉儲(chǔ)管理水平。

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