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基于 RFID 的防偽物流管理系統(tǒng)研究
作者：李泉溪 ，銀兵
來源：RFID世界網(wǎng)
日期：2009-12-14 10:08:36
摘要：基于目前企業(yè)防偽物流跟蹤系統(tǒng)的需求分析，提出了基于RFID的物流跟蹤管理系統(tǒng)，并設(shè)計了物流跟蹤系統(tǒng)的總體架構(gòu)及主要功能模塊，最后針對系統(tǒng)的具體實施給出了幾點建議。
建立防偽物流數(shù)字化監(jiān)管方案可最大限度優(yōu)化企業(yè)資源配置，有效提升企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟效益，保護企業(yè)和消費者的權(quán)益。傳統(tǒng)防偽物流的解決方案通常由生產(chǎn)廠家一次性生產(chǎn)出物流防偽標識，再交給客戶廠家使用。這樣的物流防偽標識存在如下問題：1)信息不適時、有局限性；2)物流防偽數(shù)據(jù)要傳遞到標識生產(chǎn)廠家，存在一定的泄密或丟失的風險；3)物流防偽標識在運輸途中也有泄密和丟失的風險；4)不能建立覆蓋全過程的動態(tài)數(shù)字化防偽與物流監(jiān)管流程。本文針對現(xiàn)有生產(chǎn)物流中信息采集方式和跟蹤管理方面的不足，提出基于RFID的防偽物流跟蹤管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用RFID 自動識別技術(shù)、JIT及MES的先進管理理念與基本方法，通過物流信息的實時反饋進行物流數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控，杜絕偽劣產(chǎn)品混入產(chǎn)業(yè)鏈中，以降低企業(yè)生產(chǎn)物流成本，提高企業(yè)綜合競爭力。
1 基于RFID防偽物流系統(tǒng)工作原理
RFID(radio frequency identification，RFID)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，整個識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種環(huán)境?；赗FID的防偽物流系統(tǒng)工作原理是：根據(jù)數(shù)據(jù)加密算法原理，將產(chǎn)品代號、生產(chǎn)批號、有效日期和其他變量數(shù)據(jù)進行加密運算處理，生成一種全球唯一的數(shù)字化監(jiān)管編碼，把該編碼寫入電子標簽，當電子標簽進入讀寫器發(fā)射電磁波的磁場后，接受無線射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的數(shù)據(jù)信息，讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。最終通過網(wǎng)絡(luò)與為防偽物流管理系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)字化監(jiān)管編碼與RFID讀取技術(shù)可連接各種信息，滿足企業(yè)管理各環(huán)節(jié)數(shù)字信息的共享，建立從生產(chǎn)商、物流到客戶間完備的防偽物流數(shù)字化監(jiān)管方案。并能實現(xiàn)與現(xiàn)存的企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫兼容。該系統(tǒng)主要由電子標簽、RHD閱讀器(固定式和手持式)、工作站、一定數(shù)量的應(yīng)用服務(wù)器、RFID中間件服務(wù)器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，具體參見圖1。
2．1 RFID標簽設(shè)計
RFID標簽(Tag，即應(yīng)答器)I 用于標識目標對象，由耦合元件及芯片組成。RFID標簽芯片基于“RF+Logic Controller+EEPROM”架構(gòu)，芯片可劃分為諧振回路、射頻接口電路、數(shù)字控制和數(shù)據(jù)存儲體4部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．2 RFID讀寫器設(shè)計
閱讀器(Reader y 是讀取標簽信息的設(shè)備，閱讀器包括高頻模塊(發(fā)送接收器)、控制模塊、以及與標簽連接的耦合元件(收發(fā)天線)。天線在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，能夠?qū)FID標簽的內(nèi)容進行讀、寫操作。讀寫器主要分為固定式和手持式讀寫器，可根據(jù)不同的情況選擇使用。在實際應(yīng)用中，把讀寫器和計算機系統(tǒng)相連接，幣惘計算機對讀寫器收集到的數(shù)據(jù)進行進一步的分析和處理。從而辨別產(chǎn)品的真?zhèn)魏蛯Ξa(chǎn)品的銷售情況進行實時跟蹤，幫助企業(yè)做出及時的、有效的決策。根據(jù)對RFID標簽和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芸紤]，本文選用PUR3000系列讀寫器。其工作頻段范圍為902～928 MHz。讀寫器與電子標簽之間可通過硬件、軟件和固件實現(xiàn)全自動、高速、雙向數(shù)據(jù)傳輸，無需任何人工干預(yù)，大大節(jié)省人工工作量。標簽中保存的信息可直接傳輸?shù)街鳈C或用戶的數(shù)據(jù)庫中，且有蜂鳴器發(fā)出聲，可使用戶輕松了解PUR3000系列讀寫器的工作狀態(tài)是否正常。
讀寫器的主要特性如下：
UHF頻段：工作頻率為902～928 MHz，該頻段為FCC定義的無需認證即可使用的頻段；適用范圍廣：能讀取所有符合IS018000—6 B型協(xié)議的無源電子標簽；
高智能：讀寫器與電子標簽之問可實現(xiàn)自動、高速、雙向數(shù)據(jù)傳輸，無需人工干預(yù)；通用接VI：RS一232串口、RS一485、Wiegand26；更安全：通信加密與數(shù)據(jù)校驗。
物流跟蹤系統(tǒng)使用RS232串口連接PUR3000系列讀寫器和計算機。計算機上運行物流防偽管理系統(tǒng)軟件根據(jù)PUR3000系列讀寫器的軟件接口定義的格式，通過串口向讀寫器發(fā)送命令并接收返回信息，并與企業(yè)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品的防偽物流數(shù)字化產(chǎn)品管理。
3 RFID讀寫器軟件接口設(shè)計
RFID防偽物流數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)軟件主要包括讀寫器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)3部分。本文主要對PUR3000系列讀寫器軟件進行設(shè)計H 。讀寫器的軟件接口定義了管理軟件向讀寫器發(fā)送命令并獲取返回信息的格式。本系統(tǒng)使用RS一232串口實行通信，讀寫器以被動方式工作，即僅在接收到來自串口的控制命令后才進行各種操作。設(shè)從計算機發(fā)往讀寫器的1組數(shù)據(jù)串稱為命令包，從讀寫器發(fā)往控制中心的1組數(shù)據(jù)串稱為返回包。
命令包由如下5部分組成：1)BootCode：引導碼，1個字節(jié)，固定為FFH；2)Length：包有效長度，1個字節(jié)，該長度為后3個部分的總字節(jié)數(shù)；3)Command：命令碼，1個字節(jié)；4)CommandParam：命令參數(shù)，其長度隨命令而變化；5)CheckSum：校驗和，1個字節(jié)，為從引導碼(BootCode)開始到命令參數(shù)(CommandParam)全部字節(jié)總和、丟棄進位后的字節(jié)補碼。返回包也由5部分組成，即：1)BootCode：引導碼，1個字節(jié)，命令正確執(zhí)行時，返回包引導碼為FOH ；命令執(zhí)行失敗時，返回包引導碼為F4H。2)Length：包有效長度，1個字節(jié)，該長度為后3個部分的總字節(jié)數(shù)。3)Command：命令碼，1個字節(jié)，與接收到命令碼相同，表示該返回包是對該命令的響應(yīng)。4)Return Data：返回數(shù)據(jù)，返回命令執(zhí)行結(jié)果，其長度隨命令而變化。5)CheckSum：校驗和，1個字節(jié)，為從引導碼(BootCode)開始到返回數(shù)據(jù)(RetumData)全部字節(jié)的總和、丟棄進位后的字節(jié)補碼。
4 防偽物流數(shù)字化監(jiān)管方案實施步驟
1)防偽標識標識語(logo)的設(shè)計與印刷，根據(jù)客戶需要進行設(shè)計與選擇，特別是預(yù)留的條形碼或數(shù)碼信息打印區(qū)域的設(shè)計，打印的條形碼位數(shù)應(yīng)與客戶的要求相一致。
2)根據(jù)一定的加密算法制備防偽物流數(shù)據(jù)，并通過打印機在生產(chǎn)包裝現(xiàn)場(或者在封閉的包裝廠區(qū)內(nèi))，將防偽物流數(shù)據(jù)信息打印到防偽標識上(一般為卷材，預(yù)先經(jīng)過模切的標識)，一般是1個或2個箱標對應(yīng)多個盒標。盒標貼到單件或小包裝上，箱標貼到中型包裝上。
3)當中型包裝裝入大型包裝或托盤上時，采用在線的條形碼數(shù)據(jù)采集器，采集箱標上的數(shù)據(jù)信息，連同產(chǎn)品的編號、批號、生產(chǎn)時間、有效Et期等信息，以對應(yīng)的關(guān)系上傳到中心數(shù)據(jù)庫，PC機利用專有應(yīng)用軟件對于采集的條形碼數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的編號、批號、生產(chǎn)日期、有效日期等進行加密、關(guān)聯(lián)運算處理，將明文信息轉(zhuǎn)化為密文信息，通過在線RFID專用打印機，將密文信息寫人RFID電子標簽中，也可以根據(jù)需要將信息以條形碼的形式打印到標簽的表面上，該RFID標簽貼到大的包裝上。
4)產(chǎn)品人庫和出庫時，通過讀寫器裝置，可以非常便捷地統(tǒng)計入庫、出庫產(chǎn)品的品種、數(shù)量、時間、經(jīng)辦人員等信息。這些信息可以存人數(shù)據(jù)庫，以供數(shù)據(jù)查驗之用。
5)產(chǎn)品進人銷售流通渠道后，廠商通過各個銷售節(jié)點上傳的信息，及時了解和監(jiān)控貨物的流向，防止竄貨或換貨現(xiàn)象；及時統(tǒng)計各個市場區(qū)域的銷售業(yè)績，強化銷售管理。
6)各級產(chǎn)品批發(fā)商、經(jīng)銷商及超市等可以通過訪問中心數(shù)據(jù)庫，查詢產(chǎn)品的相關(guān)信息，也可以根據(jù)個性化需求在RFID標簽中寫入節(jié)點信息，配合廠商做好產(chǎn)品的銷售管理工作。
7)消費者可以通過訪問數(shù)據(jù)庫查詢產(chǎn)品的真?zhèn)?、有效Et期及其他相關(guān)信息，可以很好地滿足客戶的知情權(quán)，對產(chǎn)品的經(jīng)銷渠道起到監(jiān)督作用。
5 結(jié)語
本文設(shè)計的跟蹤管理系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的防偽物流系統(tǒng)存在的諸多漏洞，實現(xiàn)了靜態(tài)信息與動態(tài)信息有機結(jié)合，為相關(guān)企業(yè)管理、物流防偽、經(jīng)銷商、消費者，甚至政府監(jiān)督職能部門提供更多的防偽物流與數(shù)字化監(jiān)管的功能；具有很強的可擴展性和兼容性，與企業(yè)的ERP系統(tǒng)建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互與共享，為企業(yè)的經(jīng)營決策提供了可靠的理論依據(jù)。
1 基于RFID防偽物流系統(tǒng)工作原理
RFID(radio frequency identification，RFID)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，整個識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種環(huán)境?；赗FID的防偽物流系統(tǒng)工作原理是：根據(jù)數(shù)據(jù)加密算法原理，將產(chǎn)品代號、生產(chǎn)批號、有效日期和其他變量數(shù)據(jù)進行加密運算處理，生成一種全球唯一的數(shù)字化監(jiān)管編碼，把該編碼寫入電子標簽，當電子標簽進入讀寫器發(fā)射電磁波的磁場后，接受無線射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的數(shù)據(jù)信息，讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。最終通過網(wǎng)絡(luò)與為防偽物流管理系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。數(shù)字化監(jiān)管編碼與RFID讀取技術(shù)可連接各種信息，滿足企業(yè)管理各環(huán)節(jié)數(shù)字信息的共享，建立從生產(chǎn)商、物流到客戶間完備的防偽物流數(shù)字化監(jiān)管方案。并能實現(xiàn)與現(xiàn)存的企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫兼容。該系統(tǒng)主要由電子標簽、RHD閱讀器(固定式和手持式)、工作站、一定數(shù)量的應(yīng)用服務(wù)器、RFID中間件服務(wù)器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，具體參見圖1。
2．1 RFID標簽設(shè)計
RFID標簽(Tag，即應(yīng)答器)I 用于標識目標對象，由耦合元件及芯片組成。RFID標簽芯片基于“RF+Logic Controller+EEPROM”架構(gòu)，芯片可劃分為諧振回路、射頻接口電路、數(shù)字控制和數(shù)據(jù)存儲體4部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．2 RFID讀寫器設(shè)計
閱讀器(Reader y 是讀取標簽信息的設(shè)備，閱讀器包括高頻模塊(發(fā)送接收器)、控制模塊、以及與標簽連接的耦合元件(收發(fā)天線)。天線在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號，能夠?qū)FID標簽的內(nèi)容進行讀、寫操作。讀寫器主要分為固定式和手持式讀寫器，可根據(jù)不同的情況選擇使用。在實際應(yīng)用中，把讀寫器和計算機系統(tǒng)相連接，幣惘計算機對讀寫器收集到的數(shù)據(jù)進行進一步的分析和處理。從而辨別產(chǎn)品的真?zhèn)魏蛯Ξa(chǎn)品的銷售情況進行實時跟蹤，幫助企業(yè)做出及時的、有效的決策。根據(jù)對RFID標簽和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芸紤]，本文選用PUR3000系列讀寫器。其工作頻段范圍為902～928 MHz。讀寫器與電子標簽之間可通過硬件、軟件和固件實現(xiàn)全自動、高速、雙向數(shù)據(jù)傳輸，無需任何人工干預(yù)，大大節(jié)省人工工作量。標簽中保存的信息可直接傳輸?shù)街鳈C或用戶的數(shù)據(jù)庫中，且有蜂鳴器發(fā)出聲，可使用戶輕松了解PUR3000系列讀寫器的工作狀態(tài)是否正常。
讀寫器的主要特性如下：
UHF頻段：工作頻率為902～928 MHz，該頻段為FCC定義的無需認證即可使用的頻段；適用范圍廣：能讀取所有符合IS018000—6 B型協(xié)議的無源電子標簽；
高智能：讀寫器與電子標簽之問可實現(xiàn)自動、高速、雙向數(shù)據(jù)傳輸，無需人工干預(yù)；通用接VI：RS一232串口、RS一485、Wiegand26；更安全：通信加密與數(shù)據(jù)校驗。
物流跟蹤系統(tǒng)使用RS232串口連接PUR3000系列讀寫器和計算機。計算機上運行物流防偽管理系統(tǒng)軟件根據(jù)PUR3000系列讀寫器的軟件接口定義的格式，通過串口向讀寫器發(fā)送命令并接收返回信息，并與企業(yè)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品的防偽物流數(shù)字化產(chǎn)品管理。
3 RFID讀寫器軟件接口設(shè)計
RFID防偽物流數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)軟件主要包括讀寫器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)3部分。本文主要對PUR3000系列讀寫器軟件進行設(shè)計H 。讀寫器的軟件接口定義了管理軟件向讀寫器發(fā)送命令并獲取返回信息的格式。本系統(tǒng)使用RS一232串口實行通信，讀寫器以被動方式工作，即僅在接收到來自串口的控制命令后才進行各種操作。設(shè)從計算機發(fā)往讀寫器的1組數(shù)據(jù)串稱為命令包，從讀寫器發(fā)往控制中心的1組數(shù)據(jù)串稱為返回包。
命令包由如下5部分組成：1)BootCode：引導碼，1個字節(jié)，固定為FFH；2)Length：包有效長度，1個字節(jié)，該長度為后3個部分的總字節(jié)數(shù)；3)Command：命令碼，1個字節(jié)；4)CommandParam：命令參數(shù)，其長度隨命令而變化；5)CheckSum：校驗和，1個字節(jié)，為從引導碼(BootCode)開始到命令參數(shù)(CommandParam)全部字節(jié)總和、丟棄進位后的字節(jié)補碼。返回包也由5部分組成，即：1)BootCode：引導碼，1個字節(jié)，命令正確執(zhí)行時，返回包引導碼為FOH ；命令執(zhí)行失敗時，返回包引導碼為F4H。2)Length：包有效長度，1個字節(jié)，該長度為后3個部分的總字節(jié)數(shù)。3)Command：命令碼，1個字節(jié)，與接收到命令碼相同，表示該返回包是對該命令的響應(yīng)。4)Return Data：返回數(shù)據(jù)，返回命令執(zhí)行結(jié)果，其長度隨命令而變化。5)CheckSum：校驗和，1個字節(jié)，為從引導碼(BootCode)開始到返回數(shù)據(jù)(RetumData)全部字節(jié)的總和、丟棄進位后的字節(jié)補碼。
4 防偽物流數(shù)字化監(jiān)管方案實施步驟
1)防偽標識標識語(logo)的設(shè)計與印刷，根據(jù)客戶需要進行設(shè)計與選擇，特別是預(yù)留的條形碼或數(shù)碼信息打印區(qū)域的設(shè)計，打印的條形碼位數(shù)應(yīng)與客戶的要求相一致。
2)根據(jù)一定的加密算法制備防偽物流數(shù)據(jù)，并通過打印機在生產(chǎn)包裝現(xiàn)場(或者在封閉的包裝廠區(qū)內(nèi))，將防偽物流數(shù)據(jù)信息打印到防偽標識上(一般為卷材，預(yù)先經(jīng)過模切的標識)，一般是1個或2個箱標對應(yīng)多個盒標。盒標貼到單件或小包裝上，箱標貼到中型包裝上。
3)當中型包裝裝入大型包裝或托盤上時，采用在線的條形碼數(shù)據(jù)采集器，采集箱標上的數(shù)據(jù)信息，連同產(chǎn)品的編號、批號、生產(chǎn)時間、有效Et期等信息，以對應(yīng)的關(guān)系上傳到中心數(shù)據(jù)庫，PC機利用專有應(yīng)用軟件對于采集的條形碼數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的編號、批號、生產(chǎn)日期、有效日期等進行加密、關(guān)聯(lián)運算處理，將明文信息轉(zhuǎn)化為密文信息，通過在線RFID專用打印機，將密文信息寫人RFID電子標簽中，也可以根據(jù)需要將信息以條形碼的形式打印到標簽的表面上，該RFID標簽貼到大的包裝上。
4)產(chǎn)品人庫和出庫時，通過讀寫器裝置，可以非常便捷地統(tǒng)計入庫、出庫產(chǎn)品的品種、數(shù)量、時間、經(jīng)辦人員等信息。這些信息可以存人數(shù)據(jù)庫，以供數(shù)據(jù)查驗之用。
5)產(chǎn)品進人銷售流通渠道后，廠商通過各個銷售節(jié)點上傳的信息，及時了解和監(jiān)控貨物的流向，防止竄貨或換貨現(xiàn)象；及時統(tǒng)計各個市場區(qū)域的銷售業(yè)績，強化銷售管理。
6)各級產(chǎn)品批發(fā)商、經(jīng)銷商及超市等可以通過訪問中心數(shù)據(jù)庫，查詢產(chǎn)品的相關(guān)信息，也可以根據(jù)個性化需求在RFID標簽中寫入節(jié)點信息，配合廠商做好產(chǎn)品的銷售管理工作。
7)消費者可以通過訪問數(shù)據(jù)庫查詢產(chǎn)品的真?zhèn)?、有效Et期及其他相關(guān)信息，可以很好地滿足客戶的知情權(quán)，對產(chǎn)品的經(jīng)銷渠道起到監(jiān)督作用。
5 結(jié)語
本文設(shè)計的跟蹤管理系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的防偽物流系統(tǒng)存在的諸多漏洞，實現(xiàn)了靜態(tài)信息與動態(tài)信息有機結(jié)合，為相關(guān)企業(yè)管理、物流防偽、經(jīng)銷商、消費者，甚至政府監(jiān)督職能部門提供更多的防偽物流與數(shù)字化監(jiān)管的功能；具有很強的可擴展性和兼容性，與企業(yè)的ERP系統(tǒng)建立連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互與共享，為企業(yè)的經(jīng)營決策提供了可靠的理論依據(jù)。
