基于A(yíng)RM11和RFID技術(shù)的智能物流管理

摘要：企業(yè)信息化建設的成敗，取決于完備和真實(shí)的數據自動(dòng)識別技術(shù)，就是利用計算機系統，進(jìn)行信息化數據自動(dòng)采集的一種信息技術(shù)。無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)，RFID是自動(dòng)識別技術(shù)的一種高級形式具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢。近年來(lái)RFID成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，RFID在物流和供應鏈管理中的應用得到空前，應用效果日益彰顯，成為物流和供應鏈管理發(fā)展的巨大推動(dòng)力。本設計選擇ARM11當下主流的MCU，結合RFID技術(shù)，采用固定式RFID的讀卡器來(lái)采集信息，由串口發(fā)送至ARM11為核心的數據處理終端進(jìn)行處理，以簡(jiǎn)便的方式實(shí)現了物流系統中對貨品的出入庫操作。

關(guān)鍵詞：RFID;ARM;智能物流;倉庫管理系統

物流在整個(gè)企業(yè)的供應鏈中占有非常重要的比重。通過(guò)RFID的批量識別，實(shí)現物流的出庫，入庫，和分揀流程。通過(guò)GPS定位系統，實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛在途信息。通過(guò)服務(wù)器和數據中心的實(shí)時(shí)數據分析和報表功能，可能掌握企業(yè)資源的動(dòng)態(tài)變化。智能物流系統大幅提升整個(gè)供應鏈的效率。

1 系統方案

在本設計中采用固定式RFID的讀卡器來(lái)采集信息，由串口發(fā)送至ARM11為核心的數據處理終端進(jìn)行處理。因此該系統分為兩個(gè)部分。

第一部分：RFID電子標簽信息的采集，主要是選擇固定式的讀卡器來(lái)識別RFID標簽信息并發(fā)向終端;

第二部分：數據采集，該部分以ARM11為核心處理器的數據處理終端，在終端上搭載Linux操作系統，并安裝有數據庫SQLite和QT/E來(lái)進(jìn)行數據的采集和存儲。

2 實(shí)現模塊

本系統的實(shí)現依賴(lài)于以下4個(gè)功能模塊：1)RFID信息的采集;2)串口數據的實(shí)時(shí)讀取;3)SQLite數據的操作;4)Qt/E用戶(hù)界面的設計。

2.1 RFID電子信息的采集

2.1.1 RFID電子標簽

RFID電子標簽分為被動(dòng)標簽(Passive tags)和主動(dòng)標簽(Aetlve tags)兩種。主動(dòng)標簽自身帶有電池供電，讀/寫(xiě)距離較遠，同時(shí)體積較大，與被動(dòng)標簽相比成本更高，也稱(chēng)為有源標簽。被動(dòng)標簽由閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)中獲得工作所需的能量，成本很低并具有很長(cháng)的使用壽命，比主動(dòng)標簽更小也更輕，讀寫(xiě)距離則較近，也稱(chēng)為無(wú)源標簽。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源標簽是取代條形碼標簽的主要發(fā)展方向，有源標簽因為其長(cháng)距離識別的優(yōu)勢，主要應用于大型的高速運動(dòng)物體的標識識別之上。如機動(dòng)車(chē)的跟蹤和識別、動(dòng)物或人類(lèi)身份的跟蹤和識別。

下面主要是以無(wú)源標簽為例介紹其原理和性能的。

RFID電子標簽由天線(xiàn)和專(zhuān)用芯片組成，天線(xiàn)是存塑料片基上鍍上的銅膜線(xiàn)圈，在塑料基片上還嵌有體積非常小的集成電路芯片，在這個(gè)集成電路芯片中有高速的射頻接口，控制單元，EEPROM 3個(gè)模塊組成。如圖1所示。

2.1.2 電子標簽識別系統

一個(gè)真正的RFID電子標簽識別系統至少應包含電子標簽、閱讀器、數據處理和存儲的設備以及系統軟件。通常閱讀器與電腦相連，所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進(jìn)行下一步處理。閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當標簽進(jìn)入這一定頻率的射頻信號磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應電流從而獲得電能，產(chǎn)生電壓供給電子標簽內集成電路工作，并通過(guò)自身的RFID電子標簽天線(xiàn)發(fā)送出自身編碼等信息，由閱讀器接收天線(xiàn)接收讀取并解碼后送至電腦主機進(jìn)行相關(guān)處理。

2.1.3 射頻讀卡模塊

本設計采用的讀卡器是TX125系列射頻讀卡模塊。TX125系列非接觸IC卡射頻讀卡模塊采用125K射頻基站。當有卡靠近模塊時(shí)，模塊會(huì )以韋根或UART方式輸出ID卡卡號，用戶(hù)僅需簡(jiǎn)單的讀取即可。該讀卡模塊完全支持EM、TEMIC、TK及其兼容卡片的操作。

數據格式：6字節數據，高位在前，格式為5字節數據+1字節校驗和(異或和)。例如：卡號數據為0B00D5FOC7，則輸出為0x0B 0x00 0xD5 0xF0 0xC7 0xE9(校驗和計算：0x0B^0x00^0xD5^0xF0^0xC7=0xE9)。第一個(gè)字節0x0B一般是廠(chǎng)家碼。中間4個(gè)字節0x00 0xD5 0xF0 0xC7是卡片的序列號。一般卡片上印刷的都是10進(jìn)制碼。例如：001402807213 61639。上面的數據可以通過(guò)轉換得到。轉換方式如下：將中間4個(gè)字節卡號0x00D5F0C7轉換為十進(jìn)制，即得001402807;將卡號的第二字節0xD5轉換為十進(jìn)制，即得213，將卡號的最后兩字節0xF0C7轉換為十進(jìn)制，即得61639。

在串口方式下，可工作存主動(dòng)與被動(dòng)模式。主動(dòng)模式：當有卡進(jìn)入該射頻區域內時(shí)，主動(dòng)發(fā)出以上格式的卡號數據。被動(dòng)模式：CLK的下降沿觸發(fā)卡號的輸出，格式為以上數據格式。操作方法為：在準備讀取卡號之前，打開(kāi)串口中斷并啟動(dòng)超時(shí)定時(shí)器(80 ms)，將一直保持高電平的CLK置低電平，產(chǎn)生下降沿并一直保持低電平，等待卡號數據接收，若接收到卡號后存儲待用，若在等待過(guò)程中無(wú)數據接收，且超時(shí)定時(shí)器已經(jīng)溢出，則表示本次讀取卡號失敗;無(wú)論成功與失敗最后都將CLK重新置高電平，進(jìn)入待機以便下一次讀取卡號。

串口通訊協(xié)議，就是讀卡模塊以何種格式把讀取到的卡號發(fā)送出來(lái)。TX125支持韋根接口和串口兩種協(xié)議。UART接口一幀的數據格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數據位、無(wú)奇偶校驗位、1個(gè)停止位。波特率可選擇9 600 bps或者19 200 bps。在本設計中連接6 410網(wǎng)關(guān)設備的/dev/tty SAC1串口設備，選擇設置波特率為9 600。

采用多線(xiàn)程的方式等待RFID刷寫(xiě)讀卡器，主要函數：pthread_create (th_kb，NULL，KeyBoardPthread，0);pthread_creat (rf_ rev，NULL，RFIDRevPthread，0)。建立兩個(gè)線(xiàn)程，第一個(gè)是以鍵盤(pán)輸入的方式讀寫(xiě)RFID信息，第二個(gè)線(xiàn)程的功能是監控串口/dev/ttySAC1中的信息，已實(shí)現實(shí)時(shí)的捕捉刷寫(xiě)RFID標簽信息。

2.2 串口數據的實(shí)時(shí)讀取

在linux操作系統中，對外設的訪(fǎng)問(wèn)往往都是使用open()函數，以打開(kāi)文件的方式讀取數據。在本設計中對串口數據的瀆取也正是通過(guò)open()函數打開(kāi)/dev/ttySAC1這一串口驅動(dòng)文件，獲取由讀卡器發(fā)送給ARM11主核心板的數據，實(shí)現函數為open(/dev/ttySAC1，O_RDWR | O_NOCTTY)，標志位為O_RDWR | O_NOCTTY，意義是系統以可讀寫(xiě)的方式打開(kāi)文件，如果欲打開(kāi)的文件為終端設備時(shí)，則不會(huì )將該終端當成進(jìn)程控制終端。

在打開(kāi)串口文件之前，我們要對串口進(jìn)行相應的設置，具體步驟有以下幾步：串口屬性的設置，保存原先串口配置，激活選項，設置波特率，設置字符大小，設置校驗，設置停止位，設置最少字符與等待時(shí)間，清楚串口緩沖，激活配置。設置由以下結構體實(shí)現：

成功打開(kāi)驅動(dòng)文件后，需要做的就是使用read()函數來(lái)讀出讀卡器發(fā)送的信號，以判別貨品的類(lèi)型，將其信息準確的存入到數據庫。 Read()函數的函數原型為read(int fd，void*huf，size_t count)，read()實(shí)現的功能是從參數fd所指的文件傳送count個(gè)字節到buf指針所指的內存中。讀出的數據將存入buf中，作為識別RFID標簽的依據。

2.3 SQLite對數據的管理

在嵌入式設備上使用的數據庫有很多，比如MySQL。本設計選擇的是更為簡(jiǎn)便的數據庫SQLite。本設計中建立的是一個(gè)物流商品信息的數據庫系統，包含的信息有：商品的名字(char型)，商品的ID號(char型)以及商品的價(jià)格(int型)。這些信息都將被存放在table merchan dise中。

當代表商品的RFID標簽第一次刷寫(xiě)讀卡器的時(shí)候，系統將根據它的標簽標號，唯一確定它的商品名、商品ID號以及價(jià)格，并把這些消息一次性寫(xiě)入到表merchandise中。已經(jīng)存入庫中的商品RFID標簽再次刷寫(xiě)讀卡器的時(shí)候，將作為該商品的出庫操作，系統將自動(dòng)的刪除該商品在數據庫中的信息。

存數據的管理部分，充分利用SQLite提供的便捷有效的API函數：sqlite3_open()，sqlite3_exec()和sqlite3_close()等，打開(kāi)和操作數據庫文件。

在商品的整個(gè)入庫、出庫的操作中，數據的錄入和刪除將是由系統自動(dòng)完成，免去了人為的操作，大大提高了倉庫管理的效率，減少了人力資源。

2.4 Qt/E用戶(hù)界面的設計

QT/E即Qt Embedded是挪威Trolletch公司的圖形化界面開(kāi)發(fā)工具。Qt的嵌入式版本，擁有較高的運行效率，而且整體采用面向對象編程，擁有良好的體系架構和編程模式。在系統設計時(shí)，為了使管理人員更好地管理倉庫物品的信息，在開(kāi)發(fā)板上配備了一個(gè)4.2寸的觸摸屏，來(lái)提供良好的UI界面，以便觀(guān)察數據庫內的存貨信息。

在本設計中，選擇QT來(lái)開(kāi)發(fā)UI界面。在主界面中，加入了一個(gè)Table View控件，用來(lái)綁定SQLite數據庫文件rfid_sqlite.db。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，添加頭文件“QSqlDatabase”，這是Qt用來(lái)連接數據庫所必備的頭文件，該頭文件下包含了很多的函數來(lái)操作數據庫，將數據信息呈現給用戶(hù)。語(yǔ)句QSqlDatabase db=QSqlDatabase：：addDatabase(“QSQLITE”)，指明了Qt所需要連接的數據庫類(lèi)型為SQLite，接著(zhù)再通過(guò)db.setDatabaseName(“rfid_sqlite.db”)來(lái)打開(kāi)鏈接系統所需要的數據庫，默認路徑為當前文件夾，顯示結果如圖2所示。

3 實(shí)現功能

本設計的目的是通過(guò)RFID的批量識別，實(shí)現物流的出庫、入庫和分揀流程。通過(guò)服務(wù)器和數據中心的文時(shí)數據分析和報表功能，掌握企業(yè)資源的動(dòng)態(tài)變化。本系統中選擇使用固定式的低頻率的讀卡器，來(lái)實(shí)現商品信息的錄入與刪除，模擬了四種不同的商品：A，B，C，D，對應相應的商品ID。商品入庫的時(shí)候，依此把RFID標簽放在讀卡器上進(jìn)行刷寫(xiě)，終端部分通過(guò)對串口/dev/ttyrSAC1的實(shí)時(shí)監測，當數據刷寫(xiě)的時(shí)候，在RFID標簽ID鑒別的函數體內，以ID號為判別依據，調用數據庫操作文件sqlite.c中定義好的函數體sqliteDB_opt_add(char*na me，char*id，int price)錄入商品信息;在商品出庫時(shí)，再次刷寫(xiě)需要出入庫的RFID標簽，系統將自動(dòng)識別該商品的刷寫(xiě)次數，來(lái)鑒別其操作方式是出庫還是入庫。當判斷出是第二次刷寫(xiě)時(shí)，將調用函數體sqliteDB_opt_delete_by_id(char*id)，從數據庫中刪除該商品的信息，以達到數據出庫的操作。標簽的首次刷寫(xiě)視為商品的入庫，第二次刷寫(xiě)視為出庫操作，這一信息的錄入與刪除，用戶(hù)可以從UI界面的Table View控件內實(shí)時(shí)觀(guān)察到。

4 結論

本設計以ARM11微處理器為核心，結合了Linux操作系統和TX125系列射頻讀卡模塊實(shí)現了智能物流的貨品管理系統。重點(diǎn)實(shí)現了在嵌入式設備系統中進(jìn)行數據庫的開(kāi)發(fā)以及UI用戶(hù)界面等的開(kāi)發(fā)和移植。經(jīng)實(shí)驗證明，該系統實(shí)現了物品出庫和入庫的管理功能，方便實(shí)用。充分凸顯了RFID技術(shù)在當下有著(zhù)較強的實(shí)用性，更體現了嵌入式系統給日常生活帶來(lái)了的極大便利，為物流行業(yè)帶了很大的收效。本設計還有很多需要繼續完善的地方，如要給每個(gè)物品加上GPS定位，以實(shí)現客戶(hù)和物流公司對物品流向的監測。