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基于超高頻 RFID 的便攜式倉儲(chǔ)管理終端系統(tǒng)

作者:劉峰,王高,李仰軍,王偉
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2009-12-18 09:53:46
摘要:倉儲(chǔ)管理是物流當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。提出了一種基于超高頻射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的便攜式倉儲(chǔ)管理系統(tǒng),介紹了相關(guān)硬件設(shè)備電子標(biāo)簽和讀寫器的組成、工作原理。該系統(tǒng)采用ARM7作為閱讀器微控制器,采用無線局域網(wǎng)與管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。實(shí)驗(yàn)表明,這種系統(tǒng)能準(zhǔn)確地讀取標(biāo)簽,有效地對庫存貨物進(jìn)行查詢、盤庫,具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 概述

  倉儲(chǔ)管理在企業(yè)的整個(gè)管理流程中起著非常重要的作用,如果不能及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)貨、庫存控制和發(fā)貨,將會(huì)給企業(yè)帶來巨大的損失。傳統(tǒng)的人工倉庫作業(yè)模式和數(shù)據(jù)采集方式已難以滿足倉庫管理的快速、準(zhǔn)確要求,嚴(yán)重影響了企業(yè)的運(yùn)行工作效率,成為制約企業(yè)發(fā)展的一大障礙。

  基于ARM7和915 MHz超高頻段RFID的倉庫管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有倉庫管理中引入RFID技術(shù),對倉庫到貨檢驗(yàn)、入庫、出庫、調(diào)撥、移庫移位、庫存盤點(diǎn)等各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集,以保證倉庫管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準(zhǔn)確性,確保企業(yè)及時(shí)準(zhǔn)確地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù),合理保持和控制企業(yè)庫存。在倉庫和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或便攜式RFID閱讀器,以辨識(shí)、偵測物品及其流通。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  2.1 總體設(shè)計(jì)

  在物品入庫時(shí),給每個(gè)庫存管理物品貼電子標(biāo)簽,該標(biāo)簽為貨物標(biāo)簽。貼放標(biāo)簽的物品應(yīng)該是整托盤、整箱或便于安裝標(biāo)簽的大件物品。在進(jìn)行庫房作業(yè)時(shí),讀取標(biāo)簽的編號(hào),確定作業(yè)物品是否正確。為了節(jié)省運(yùn)行成本,貨物標(biāo)簽設(shè)計(jì)成可重復(fù)使用,在貨物出庫時(shí)取下,送到入庫處再重新使用。還需要給每一庫位貼電子標(biāo)簽,該標(biāo)簽稱為庫位標(biāo)簽。在進(jìn)行庫房管理作業(yè)時(shí),讀取該標(biāo)簽編號(hào),就可判定當(dāng)前作業(yè)的位置是否正確。

  便攜式終端具有接受作業(yè)指令、確認(rèn)作業(yè)位置與作業(yè)貨物是否準(zhǔn)確、返回作業(yè)實(shí)況等功能,可以通過無線網(wǎng)絡(luò)與管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。例如持便攜式終端接收到管理服務(wù)器的入庫指令,可對要入庫的貨物進(jìn)行掃描讀取標(biāo)簽上的貨物信息,然后掃描貨物所在的庫位標(biāo)簽,將兩者的對應(yīng)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器。架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò),本系統(tǒng)中采用了IEEE802.1lb無線局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)所有作業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。每個(gè)便攜式終端相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),管理服務(wù)器作為中心節(jié)點(diǎn)。管理服務(wù)器運(yùn)行倉庫管理系統(tǒng)軟件,負(fù)責(zé)倉庫管理數(shù)據(jù)庫的集中管理與維護(hù),以及進(jìn)貨計(jì)劃、出庫計(jì)劃的制定和指令下達(dá),并對庫存貨物進(jìn)行查詢、盤庫,打印生成各種管理報(bào)表。

  基于RFID技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)具有以下基本功能:① 自動(dòng)地、精確地更新各種信息;② 實(shí)時(shí)查詢和追蹤貨物信息;③ 實(shí)時(shí)貨位查詢,動(dòng)態(tài)分配貨位,實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存儲(chǔ),從而最大限度地利用倉儲(chǔ)空間;④ 實(shí)時(shí)監(jiān)控工作情況,實(shí)現(xiàn)人力、物力資源的動(dòng)態(tài)綜合分配;⑤ 倉庫系統(tǒng)綜合盤點(diǎn)功能;⑥倉庫內(nèi)部隨機(jī)抽查盤點(diǎn);⑦ 關(guān)聯(lián)客戶內(nèi)部數(shù)據(jù)查詢;⑧實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表,匯總各類信息。

  本文設(shè)計(jì)的便攜式倉儲(chǔ)管理終端系統(tǒng)見圖1。

  2.2 硬件設(shè)計(jì)

  便攜式倉儲(chǔ)管理終端的硬件框圖見圖2??梢詫⒂布譃锳RM 核心及外圍部分和RFID部分。

  2.2.1 ARM 核心及外圍部分

  該部分包括ARM 微控制器、存儲(chǔ)器(SRAM 和FLASH)、輸入輸出設(shè)備(鍵盤、LCD)和接口設(shè)備(USB、R$232、JTAG)。ARM 微控制器采用ST公司的sTR71OFz2T6芯片,片上存儲(chǔ)量大、接口資源豐富。存儲(chǔ)器包括SRAM 芯片和FLASH芯片,作為ARM 片上存儲(chǔ)的補(bǔ)充,可以支持/μCI inux系統(tǒng)的運(yùn)行。SRAM 采用ISSI公司的IS6lI V51216, 為512 kB;FLASH采用SST公司的SST39VF1601,為1 MB。LCD采用1602字符型顯示模塊,ARM 芯片上沒有I CD 驅(qū)動(dòng), 電路設(shè)計(jì)中通過SN74FO4N 和741 VC245來實(shí)現(xiàn)對LCD的驅(qū)動(dòng)。

  為了將便攜式終端接入無線局域網(wǎng),本設(shè)計(jì)中使用了現(xiàn)在比較成熟的USB無線網(wǎng)卡,故在電路中加入了USB接口。為了控制無線網(wǎng)卡,采用了芯片sI 811HS。SI 811HS是可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片,內(nèi)含USB主/從控制器,支持全速和低速數(shù)據(jù)傳輸,并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備。

  2.2.2 RFID部分

  該部分包括射頻芯片和天線,芯片使用CC1100,能對頻率為915 MHz的超高頻標(biāo)簽進(jìn)行讀寫,符合EPC CLASS-1/Gen一2標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近距離操作的天線,控制可達(dá)到10 m,完全可以滿足倉儲(chǔ)管理的需要。

  2.3 軟件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)軟件框圖見圖3。本系統(tǒng)采用U-Boot軟件開發(fā)系統(tǒng)的BootLoader,操作系統(tǒng)采用了μCLinux。RFID數(shù)據(jù)讀取及網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的流程見圖4。

3 關(guān)鍵技術(shù)

  3.1 RFID技術(shù)

  RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識(shí)別,是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它是通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。它能對相距幾厘米到幾十米范圍內(nèi)的物體進(jìn)行識(shí)別,而且可以批量讀取,RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,操作快捷方便。

  最基本的RFID系統(tǒng)由3大部分組成:電子標(biāo)簽、閱讀器和天線。電子標(biāo)簽一般由耦合元件(天線)及專用芯片組成。電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體,每個(gè)標(biāo)簽具有唯一電子編碼(ID號(hào)),而且標(biāo)簽一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器是讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計(jì)為手持式或固定式;閱讀器可無接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù),從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機(jī)的射頻信號(hào)接收或輻射出去的裝置,用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

  閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào),當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入天線輻射場時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量, 并發(fā)送出自身編碼等信息,被閱讀器讀取并解碼后發(fā) 送至電腦主機(jī)進(jìn)行有關(guān)處理。

  射頻識(shí)別可以用來跟蹤和管理幾乎所有物理對象,因此可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),其典型應(yīng)用包括:供應(yīng)鏈與物流管理,生產(chǎn)制造與裝配,行李、郵件和包裹處理,身份識(shí)別、防偽、門禁和防盜系統(tǒng),文檔追蹤,圖書館管理,交通管理與城市規(guī)劃 ,空間定位與跟蹤。

  3.2 無線局域網(wǎng)技術(shù)

  無線局域網(wǎng)(WLAN)在不采用傳統(tǒng)纜線的同時(shí),

  提供以太網(wǎng)或者令牌網(wǎng)絡(luò)的功能。通常計(jì)算機(jī)組網(wǎng)的傳輸媒介主要是銅纜或光纜,構(gòu)成有線局域網(wǎng),但有線網(wǎng)絡(luò)在某些場合要受到布線的限制。與有線網(wǎng)絡(luò)相比,無線局域網(wǎng)具有安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

  WLAN也存在著以下幾個(gè)技術(shù)方面的問題:標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,產(chǎn)品不兼容,安全性、可靠性有待加強(qiáng)。盡管WLAN有以上技術(shù)方面的不足,但其優(yōu)點(diǎn)是無可否認(rèn)的。隨著通信技術(shù)日新月異的發(fā)展,相信這些技術(shù)問題最終會(huì)得到很好的解決,WLAN必將有廣闊的發(fā)展前景。

4 總結(jié)

  本文簡要介紹了所設(shè)計(jì)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng),重點(diǎn)介紹了便攜式倉儲(chǔ)管理終端的軟、硬件設(shè)計(jì)及相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用日益廣泛,本系統(tǒng)以射頻識(shí)別技術(shù)為重點(diǎn),以倉儲(chǔ)管理為應(yīng)用背景,結(jié)合無線局域網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)倉儲(chǔ)的智能化管理。能快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對標(biāo)簽讀取和處理,為倉儲(chǔ)監(jiān)管提供靈活、高效、可靠的系統(tǒng)通信架構(gòu)。

  (文/中北大學(xué)動(dòng)態(tài)測試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,劉峰,王高,李仰軍,王偉)