基于RFID 技術實現(xiàn)箱式操作臺的設計

柯友藝

（銳捷網(wǎng)絡股份有限公司，福建 福州）

引言

隨著物流信息技術的發(fā)展，大型倉庫貨物的出入庫數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。傳統(tǒng)倉庫主要使用條形碼掃描技術來實現(xiàn)貨物的出入庫。條碼掃描技術掃描效率低一次只能掃描一個條碼標簽、掃描有方向性限定、識別距離短等問題影響貨物的出入庫時效，盤點準確性只能達到90%左右，給倉庫帶來較大的經(jīng)濟投入和出入庫時效壓力。本文通過對RFID 技術特點的研究，設計了一款RFID 箱式操作臺，該操作臺具有快速盤點的性能、屏蔽性好、可靈活移動等特點，可以實現(xiàn)貨物快速出入庫盤點，提高出入庫效率。

1 無線射頻識別技術（RFID）發(fā)展和原理

無線射頻識別技術（RFID，Radio Frequency Identification）是一種用于鑒別目標物體的新興技術[1]。隨著第一篇論文《射頻標簽的基本原理》的發(fā)表，射頻識別技術（RFID）得到了快速的發(fā)展[2]?，F(xiàn)在RFID 技術被廣泛應用于電子收費系統(tǒng)、身份識別、物品管理、動物管理、車輛管理等領域[3]。按使用的頻段分，RFID 通?？梢苑殖梢韵聨讉€使用頻段：LF（125 KHz，135 KHz），HF（13.56 MHz），UHF（433.92 MHz，860～960 MHz）和微波頻段（2.45 GHz），其中UHF（860～960 MHz）頻段由于其讀取距離較遠和在流通領域里成本低等優(yōu)點而被大量的使用[4]。

RFID（射頻識別）系統(tǒng)由兩部分組成：讀/寫設備和電子標簽。閱讀器通過天線發(fā)出電磁脈沖，電子標簽接收這些脈沖并發(fā)送已存儲的信息到閱讀器作為響應。系統(tǒng)框圖如圖1。

RFID 標簽由ASIC 芯片和一根連接在芯片兩端的天線緊密組成；標簽的這種結構使它能很方便的附在物體表面上。RFID 技術和條碼技術的主要區(qū)別如表1。

表1 RFID 技術和條碼技術的區(qū)別

2 貨物出入庫傳統(tǒng)技術方案

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，特別是電商平臺的快速發(fā)展，倉庫出入庫貨物的數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展。當前倉庫出入庫盤點主要使用條碼掃描技術，掃描效率低，準確性只能達到90%左右。隨著人力成本的不斷提高，貨物流轉的實效要求不斷提高，使用傳統(tǒng)條碼掃描技術做出入庫盤點的弊端越來越明顯，已經(jīng)成為痛點。提供一種能解決當前倉儲生產(chǎn)車間出入庫需求痛點的方案已經(jīng)成為當前技術研發(fā)突破的方向。條碼掃描技術在貨物出入庫盤點中主要有以下幾種方式：

（1） 人工條碼掃描法：通過人員手持條碼掃描器對貨物一件件進行條碼掃描。在實際使用中一次只能掃描一個條形碼，這種掃描方式容易出現(xiàn)貨物漏掃情況；在大量貨物出入庫中需花費較多時間，對于貨物有出入庫實效要求的，只能通過增加工位和人員來提高出入庫效率。

（2） 工業(yè)類條碼自動化掃描法：在倉庫出入庫位置安裝生產(chǎn)流水線，在流水線上安裝固定式工業(yè)條碼掃描器，通過掃描器來實現(xiàn)對貨物的快速掃描。此種方式相比人工條碼掃描可以提高一定的掃描效率，由于條碼掃描一次只能識別一件的特性，要求前后兩件貨物需要有一定的間隔，避免造成誤掃或者漏掃，對掃描準確性和掃描效率有影響。

3 RFID 箱式操作臺的設計

3.1 RFID 箱式操作臺的設計原理

條碼掃描技術在倉庫出入庫盤點中應用主要存在以下三個痛點：掃描速度慢、準確性不高和成本投入較大。本文對條碼掃描技術的痛點進行分析結合RFID 的技術特點，設計了一款RFID 箱式操作臺，該操作臺具有批量快速采集、電磁屏蔽效果好、單機成本低的特點，可以提高倉庫出入庫的盤點時效。該RFID 箱式操作臺的系統(tǒng)框圖如圖2 所示，整個系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主箱體、小推車和后臺服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

圖2 RFID 箱式操作臺系統(tǒng)框圖

圖3 RFID 箱式操作臺外觀圖

箱式操作臺基本工作原理：根據(jù)所需出入庫的業(yè)務需求，用推車將裝有RFID 標簽的貨物推入主箱體中；開啟工控機上對接的后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的APP，啟動RFID 盤點功能，進行RFID 標簽數(shù)據(jù)的批量采集；RFID 讀寫器把讀取到的RFID 標簽EPC 和TID 碼所帶的信息通過工控機上聯(lián)通信鏈路回傳到后臺服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務訂單需求對采集的RFID 標簽信息進行處理；如果RFID 標簽信息處理結果通過，后臺服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將通過的結論回傳到工控機APP 上面，顯示盤點通過，完成本次的盤點作業(yè)任務；如果RFID 標簽信息核對有誤，提示引導操作員進行處理；操作臺安裝了萬向輪，支持無線數(shù)據(jù)通信，可根據(jù)倉庫所部署的網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，操作臺可根據(jù)所需出入庫貨物的庫位進行快速靈活移動。

3.2 箱式操作臺詳細設計

（1） 本文所設計的操作臺主箱體外殼采用鈑金噴塑材料，整機設計最大尺寸為2 003 mm*1 240 mm*1 313 mm（長*寬*高），可通過貨物的最大箱體為1 000 mm*800 mm*800 mm（長* 寬* 高），主箱體和推車均采用金屬材質設計可以做到緊密接合；主箱體安裝4 個萬向輪提高操作臺的可移動性。推車的側面金屬件設計要求能和主箱體緊密接合，避免信號的泄露。推車安裝2 個定向輪2 個萬向輪，可以方便人員操作。RFID 箱式操作臺主箱體和推車都裝有輪子，具有可移動性，支持有線或者無線數(shù)據(jù)通信，箱式操作臺可快速移動靈活作業(yè)，滿足倉庫內(nèi)任何庫位的出入庫業(yè)務需求。

（2） 箱式操作臺內(nèi)置一臺工控機，工控機固定在主箱體上面，支持USB 口可用于外擴鼠標鍵盤等輔助操作設備；支持RS232 接口，用于跟RFID 讀寫器進行數(shù)據(jù)通信；支持WAN 上聯(lián)口，支持外擴WiFi、5G等無線模塊，用于RFID 讀寫器跟后臺服務器進行有線或者無線數(shù)據(jù)通信。在工控機中安裝RFID 盤點所需APP 程序，APP 程序通過網(wǎng)絡可實時訪問后臺服務器中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進行商品出入庫業(yè)務操作。APP主要的軟件算法設計如下：APP 上可以顯示當前所需處理的作業(yè)清單，根據(jù)業(yè)務清單啟動RFID 讀寫器進行貨物掃描；RFID 讀寫器接收到盤點指令后，通過RFID 天線對貨物RFID 標簽進行掃描，讀取標簽EPC和TID 碼；RFID 讀寫器將盤點到的RFID 標簽EPC和TID 碼通過工控機傳輸至后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進行信息比對，如果確認的結果是通過，RFID 標簽信息進行存檔，完成商品的盤點任務；當RFID 讀寫器盤點到的RFID 標簽EPC 和TID 碼跟后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)不一致時，APP 會顯示告警信息，可引導操作員進行問題定位排查，重新進行貨物RFID 標簽盤點，完成出入庫業(yè)務。

（3） 主箱體內(nèi)置一臺RFID 讀寫器，讀寫器主要由：模擬電源模塊、射頻模塊、CPU 控制模塊、對外接口模塊四部分組成。CPU 采用ARM高速處理器，可以實現(xiàn)對采集標簽信息的快速處理；射頻模塊采用業(yè)界高性能基帶芯片，支持EPC C1G2/ ISO 18000-6C 標準，發(fā)射功率支持0-33dbm 可調(diào)，靈敏度可達-74dBm@30dBm,Profile 1。讀寫器連接4 面RFID 高增益天線，天線固定在主箱體的三個側面和頂面，組成一個立體的信號覆蓋空間，可以有效的增加標簽識別信號強度，提高RFID 標簽的識別準確性。

3.3 RFID 箱式操作臺基本性能測試

針對30PCS 標簽分別進行了5 000 次和10 000次盤點，標簽貼在物品上面，模擬實際出入庫場景，進行樣機性能測試，測試數(shù)據(jù)如表2。

表2 RFID 箱式操作臺盤點性能測試

在實際倉庫車間中，設備進行了試運行測試，測試結果：出入庫效率比傳統(tǒng)技術方案有了質的提升，一臺設備的效率可以比得上原先10 多個人采用條碼掃描技術的盤點效率，盤點準確性也比原先有質的提升。

4 結論

本文所設計的RFID 箱式操作臺，在實際的應用場景中，可以實現(xiàn)對整箱貨物的快速盤點處理，能夠對RFID 標簽進行快速批量采集，最大RFID 標簽盤點速率可達400 個/5S，盤點準確性能達到99%以上；整機設備可以快速靈活移動，滿足不同庫位的盤點需求，提高設備的利用率；一臺設備可代替10 幾個人工條碼掃描工作臺，減少人員投入，可提供倉庫高效管理。