采用有源RFID的倉庫管理系統(tǒng)設計方案

1 引言

我國倉庫管理的現(xiàn)狀不容樂觀，大多數(shù)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對倉庫中貨物和進出倉庫的車輛、集裝箱的信息進行登記管理，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環(huán)節(jié)。

　　近年來，一些先進的現(xiàn)代化管理技術(shù)被引入到國內(nèi)，如建立數(shù)據(jù)庫來保存貨物信息，被動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程，需要通過一些手持式設備，來進行貨物和車輛的信息登記。

　　無線射頻自動識別技術(shù)(Radio FrequencyIdentification，俗稱電子標簽)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)點與倉庫管理的需求相結(jié)合，可以很好地解決目前倉庫管理中的問題，提高工作效率。本文結(jié)合有源RFID 技術(shù)，通過對倉庫環(huán)境的實地考察，設計了從硬件到軟件的架構(gòu)系統(tǒng)，利用RFID 和無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)了一套具有實際使用價值、高效且低成本的倉庫管理系統(tǒng)。

2 RFID技術(shù)概述

　　RFID 技術(shù)利用無線射頻方式在射頻讀寫器和射頻標簽之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的。識別工作無須人工干預，反應速度快，抗干擾能力強，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽。具有快速自動掃描、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。

　　根據(jù)實現(xiàn)的方式不同，RFID 可分為兩類：有源RFID和無源RFID。無源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(zhuǎn)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(tǒng)，考慮到有源RFID的上述優(yōu)點，基于此技術(shù)實現(xiàn)。

3 倉庫管理系統(tǒng)

3．1倉庫管理概述

　　目前的倉庫管理主要分成三部分：一是進出貨物信息的記錄和管理：二是進出車輛(集裝箱)的相關(guān)信息的記錄；三是倉庫內(nèi)集裝箱的定位。對于前兩部分的需求，目前絕大多數(shù)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題。本文所提出的基于有源RFID 的倉庫管理系統(tǒng)主要用于滿足第一、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(tǒng)架構(gòu)

　　整個倉庫管理系統(tǒng)如圖11所示。倉庫內(nèi)的貨物都是由貨車裝載，通過倉庫大門運入倉庫內(nèi)的。貨物有時放置在集裝箱內(nèi)，因此，本系統(tǒng)中的RFID移動節(jié)點，即標簽，通常安裝在貨車(集裝箱)內(nèi)。由于任何貨物進出倉庫都必須經(jīng)過大門，因此RFID固定節(jié)點，即讀卡器，被安裝在倉庫大門上，它與客戶端PC機通過USB線相連接。同時，PC客戶端又通過覆蓋整個倉庫的2．4G無線局域網(wǎng)與作為服務器端的PC機相連接，而作為服務器端的PC 機是整個系統(tǒng)的總控制臺。讀卡器收到的信息通過PC客戶端最終返回給PC控制臺。

3．3硬件設計

　　節(jié)點的硬件框圖如圖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 移動節(jié)點安裝了FreescaleMMA726O加速度傳感器，用來獲取貨車(或集裝箱)當前的運動狀態(tài)。移動節(jié)點還利用MCU 內(nèi)部1 6KB大小的Flash儲存貨物信息。同時，RFID固定節(jié)點安裝了FT232串口轉(zhuǎn)USB芯片，用于和控制臺通過USB接口通訊。電源方面，移動節(jié)點采用11 00mA手機電池供電，固定節(jié)點采用外接電源供電。

　　本系統(tǒng)中RFID讀卡器和標簽之間的通訊頻率設置在433MHz，而是常見的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(tǒng)是在倉庫中使用，考慮到倉庫有大量的貨物堆放，和移動節(jié)點可能被安裝在車輛(或集裝箱)內(nèi)，因此對于傳輸?shù)拇┩感砸筝^高。相比之下，2。4GHz更適合在空曠地點傳輸。另外，本系統(tǒng)對于傳輸?shù)木嚯x(1 00米左右)和速率的要求都不高，經(jīng)過實際測量后433MHz頻率完全可以勝任。

4 軟件設計

4．1軟件體系結(jié)構(gòu)

　　RFID節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。這里引入無線傳感器網(wǎng)絡(wSN)中物理層和介質(zhì)訪問控~J(MAC)層的概念，是將WSN技術(shù)與RFID技術(shù)的一種融合。通過構(gòu)建這兩層協(xié)議棧，可以使RFI D系統(tǒng)具有更清晰的軟件體系結(jié)構(gòu)。