采用有源RFID的倉庫管理系統設計方案

1 引言

我國倉庫管理的現狀不容樂(lè )觀(guān)，大多數倉庫還停留在比較原始的人工管理階段，需要投入大量人力成本來(lái)對倉庫中貨物和進(jìn)出倉庫的車(chē)輛、集裝箱的信息進(jìn)行登記管理，這樣不但造成人力資源的浪費，而且有較高的出錯率。 倉庫管理是物流管理中很重要的一個(gè)環(huán)節。

　　近年來(lái)，一些先進(jìn)的現代化管理技術(shù)被引入到國內，如建立數據庫來(lái)保存貨物信息，被動(dòng)式的電子標簽也被嘗試應用于貨物信息登記之中。但是上述技術(shù)還是需要較多的人工操作，特別是信息的采集過(guò)程，需要通過(guò)一些手持式設備，來(lái)進(jìn)行貨物和車(chē)輛的信息登記。

　　無(wú)線(xiàn)射頻自動(dòng)識別技術(shù)(Radio FrequencyIdentification，俗稱(chēng)電子標簽)是全球物流領(lǐng)域最新的應用技術(shù)，把RFID本身的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與倉庫管理的需求相結合，可以很好地解決目前倉庫管理中的問(wèn)題，提高工作效率。本文結合有源RFID 技術(shù)，通過(guò)對倉庫環(huán)境的實(shí)地考察，設計了從硬件到軟件的架構系統，利用RFID 和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了一套具有實(shí)際使用價(jià)值、高效且低成本的倉庫管理系統。

2 RFID技術(shù)概述

　　RFID 技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式在射頻讀寫(xiě)器和射頻標簽之間進(jìn)行非接觸雙向數據傳輸以達到目標識別和數據交換的目的。識別工作無(wú)須人工干預，反應速度快，抗干擾能力強，可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽。具有快速自動(dòng)掃描、體積小、信息容量大、耐久性強、可重復使用、安全保密性高、便于攜帶等特點(diǎn)。

　　根據實(shí)現的方式不同，RFID 可分為兩類(lèi)：有源RFID和無(wú)源RFID。無(wú)源RFID 的電子標簽上不帶電池，其工作所需要的全部電源都依靠轉換接收到的閱讀器發(fā)送的電磁波而獲得，所以其閱讀器的發(fā)射功率一般較大。與之相反，有源RFID 的電子標簽自身具備電池，可提供全部器件工作的電源，因而相應閱讀器的發(fā)射功率要求不高，而且有效閱讀距離也較前者有所增加。本文提出的倉庫管理系統，考慮到有源RFID的上述優(yōu)點(diǎn)，基于此技術(shù)實(shí)現。

3 倉庫管理系統

3．1倉庫管理概述

　　目前的倉庫管理主要分成三部分：一是進(jìn)出貨物信息的記錄和管理：二是進(jìn)出車(chē)輛(集裝箱)的相關(guān)信息的記錄；三是倉庫內集裝箱的定位。對于前兩部分的需求，目前絕大多數的倉庫還是采用人工記錄的方法，造成人力成本和出錯率高等問(wèn)題。本文所提出的基于有源RFID 的倉庫管理系統主要用于滿(mǎn)足第一、第二部分的需求，可以有效地提高倉庫管理的效率。

3．2系統架構

　　整個(gè)倉庫管理系統如圖11所示。倉庫內的貨物都是由貨車(chē)裝載，通過(guò)倉庫大門(mén)運入倉庫內的。貨物有時(shí)放置在集裝箱內，因此，本系統中的RFID移動(dòng)節點(diǎn)，即標簽，通常安裝在貨車(chē)(集裝箱)內。由于任何貨物進(jìn)出倉庫都必須經(jīng)過(guò)大門(mén)，因此RFID固定節點(diǎn)，即讀卡器，被安裝在倉庫大門(mén)上，它與客戶(hù)端PC機通過(guò)USB線(xiàn)相連接。同時(shí)，PC客戶(hù)端又通過(guò)覆蓋整個(gè)倉庫的2．4G無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)與作為服務(wù)器端的PC機相連接，而作為服務(wù)器端的PC 機是整個(gè)系統的總控制臺。讀卡器收到的信息通過(guò)PC客戶(hù)端最終返回給PC控制臺。

3．3硬件設計

　　節點(diǎn)的硬件框圖如圖2。其中控制芯片和射頻芯片分別選用Silicon C8051 F31 0 和ChipconCCI 1 O0。其中RFID 移動(dòng)節點(diǎn)安裝了FreescaleMMA726O加速度傳感器，用來(lái)獲取貨車(chē)(或集裝箱)當前的運動(dòng)狀態(tài)。移動(dòng)節點(diǎn)還利用MCU 內部1 6KB大小的Flash儲存貨物信息。同時(shí)，RFID固定節點(diǎn)安裝了FT232串口轉USB芯片，用于和控制臺通過(guò)USB接口通訊。電源方面，移動(dòng)節點(diǎn)采用11 00mA手機電池供電，固定節點(diǎn)采用外接電源供電。

　　本系統中RFID讀卡器和標簽之間的通訊頻率設置在433MHz，而是常見(jiàn)的2．4GHz。采用433MHz作為射頻芯片通訊頻率，基于以下考慮：433MHz頻率對傳輸環(huán)境要求較低，由于本系統是在倉庫中使用，考慮到倉庫有大量的貨物堆放，和移動(dòng)節點(diǎn)可能被安裝在車(chē)輛(或集裝箱)內，因此對于傳輸的穿透性要求較高。相比之下，2。4GHz更適合在空曠地點(diǎn)傳輸。另外，本系統對于傳輸的距離(1 00米左右)和速率的要求都不高，經(jīng)過(guò)實(shí)際測量后433MHz頻率完全可以勝任。

4 軟件設計

4．1軟件體系結構

　　RFID節點(diǎn)的軟件結構如圖3所示。這里引入無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(wSN)中物理層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控~J(MAC)層的概念，是將WSN技術(shù)與RFID技術(shù)的一種融合。通過(guò)構建這兩層協(xié)議棧，可以使RFI D系統具有更清晰的軟件體系結構。