UHF在倉儲中的應用探索

楊洋

[摘要]針對RFID倉儲管理系統中手動盤點貨物出入庫問題，提出了一種基于物聯網的智能化倉儲管理系統設計方案。分析了系統的總體架構，重點介紹了自動盤點出入庫設備一一固定式讀寫器，詳述了其實現原理、設計思想、測試環境以及測試結果，并分析了影響系統效率的因素。系統解決了倉儲管理系統中出入庫效率低的問題。但在安全性及規范性方面，還需要進一步探索。

[關鍵詞]UHF；RFID；倉儲；固定式讀寫器

[中圖分類號]：TH692.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0149-02

1 引言

物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮，因其巨大的應用前景，越來越受到各國政府、學術和工業界的重視。RFID（Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別[1]）作為物聯網的關鍵技術之一，也倍受重視。RFlD技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。與傳統的識別方式相比，具有不易污染、磨損、劃傷，以及標簽本身是無源件、體積小、耐用可靠、操作迅速方便等優點，正被廣泛地應用于公路收費、考勤、門禁、餐廳記賬及身份識別等系統中，給人民生活帶來了前所未有的方便。

隨著RFID技術的成熟，部分企業已經開始嘗試將RFID技術引入倉儲管理中，但倉儲管理技術還不夠完善，大多數企業和單位的倉儲管理主要是基于相對規范的手工作業及電腦半自動化管理實現的。這種方式需要投入大量人力進行規范物品的放置、定期整理盤點以及出/入庫登記等工作，這使得倉儲管理問題十分繁瑣，浪費大量時間。

針對倉儲管理，提出了基于UHF RFID的倉儲管理系統。系統由管理系統、桌面發卡器、手持機和固定式讀寫器組成，攬括了貨物入庫、分揀、查詢、出庫等一系列倉儲操作，見圖1所示。桌面發卡器負責初始化標簽工作；手持機負責對貨物的分揀、查詢、審核、矯正等工作；固定式讀寫器負責貨物的出庫、入庫工作。

由于固定式讀寫器使用場景固定，而成功率要求極高，在實際的使用中，無法滿足用戶需求，因此用戶量極少，用戶大多使用手持機代替固定式讀寫器一一完成貨物入庫、出庫操作。當貨物量大時，使用手持機入庫出庫耗費的人力和時間極大。針對此種情況，本文對固定式讀寫器進行了深入的應用及探討。

2 固定式讀寫器系統概述及設計原理

固定式讀寫器由PC機和讀寫器設備組成。PC機主要提供人機交互界面，并與讀寫器進行信息交互，將重要信息存入數據庫。

讀寫器設備由UHF模塊、天線轉接板、外接FLASH和天線組成。考慮到設備維護、升級的方便性，系統將UHF模塊與MCU獨立開來，設備通過天線轉接板進行4個天線的切換工作。

軟件設計包括四個部分：人機交互界面、中間件、讀寫器固件軟件設計和UHF模塊軟件設計。

人機交互界面：提供用戶操作界面，完成貨物入庫和出庫、在庫物品保管、在庫物品查詢、在庫物品盤點等作業。

中間件：與讀寫器進行數據交互，驗證各功能正確性，實現數據過濾、模塊管理，為人機交互界面提供簡化的API接口。

讀寫器固件：與PC機和UHF模塊進行通信，管理UHF模塊，天線切換等操作。

UHF模塊：完成讀寫器固件要求的操作，操作標準符合18000-6C或GEN2協議標準。

2.1 人機交互界面軟件設計

人機交互界面基于Intemet環境，采用B/S模式進行開發。在Java EE平臺上設計并實現的業務包括RFlD通信管理、物品入庫管理、物品出庫管理、物品在庫管理（包括在庫物品查詢和盤點）、貨位優化管理等模塊。使整個基于物聯網技術的倉儲管理系統無縫連接，實現了信息采集、物品識別、后臺服務器維護及本地數據庫維護等功能。

數據過濾：主要是對用戶權限進行限制，不同級別的用戶具有不同的操作權限。

入庫管理：安置于入庫口處的固定式讀寫器讀取貨物信息，系統將實際入庫信息與預入庫信息進行比較，若出現錯誤，則由系統輸出提示信息，由工作人員解決，若無誤系統按最佳的儲存方式，自動分配庫位。操作人員運送貨物到指定庫位，用手持機讀取庫位標簽信息，核對位置無誤后把貨物送入庫位，改寫庫位標簽內容，最后把入庫實況發送回計算機，及時更新庫存數據庫。

倉位管理：操作人員可查詢庫內貨物信息，并對倉儲庫位進行優化。

庫存管理：獲取倉儲內庫存信息情況。

出庫管理：根據出庫計劃編制出庫單，出庫單被下載到數據手持終端，操作人員按數據終端提示，到達指定庫位，然后用手持機讀取庫位標簽，系統確認為正確庫位后，從庫位上取出指定的貨物，改寫庫位標簽內容。貨物運送到出庫口處，通過門口的固定式讀寫器將信息傳人管理系統并與出庫單進行對比，若無誤，則順利出庫，庫存量相應減除，若出現錯誤，則由倉儲管理系統輸出提示。

2.2 讀寫器固件軟件設計

讀寫器固件在整個系統中擔任著承上啟下的作用，除了與PC機和UHF模塊進行通信外，還擔負著天線在位檢測、天線切換、固件升級等工作。其工作流程見圖2所示。

3 測試環境搭建及結果分析

測試環境模擬了倉儲大門，使用2根鋼管分別上下固定了4個8dBi的萊爾德天線，且高位天線向地面60度傾斜，低位天線向地面30度傾斜。

小車推動貨物經過天線輻射場區時，操作人員開始啟動入庫操作，固定式讀寫器開始搜索標簽，并上報給PC機，人機交互界面接收到各貨物信息后進行入庫驗貨并進行入庫處理。

實驗以載體3秒鐘通過場區為標準，固定式讀寫器發射功率為30dBm，采用NXP芯片紙標簽粘貼于紙箱子上。

考慮在實際操作中，操作人員可能將貨物平方或者豎放的情況，從而導致標簽天線輻射面與測試環境中安放的天線輻射面交叉減少，盲區增加，搜索標簽失敗率增加，具體測試數據見圖3的曲線1和2。

在不規范操作情況下，操作人員可能會直接開著貨車進入倉儲，而貨車四周存在擋板，會隔絕天線輻射，使標簽無法接收信號，增加失敗率。見圖3曲線3所示。

實驗結果表明，貨物出入庫操作的成功率受各種因素影響，大致歸納如下：

（1）運送貨物載體。部分運送貨物載體外殼能屏蔽天線輻射信號（如卡車周圍的擋板），合理選擇運貨載體非常重要。

（2）貨物擺放位置。由于天線輻射面存在盲區，因此貼有標簽的貨物的擺放位置尤為重要，會嚴重影響貨物的識讀率。

（3）貨物數量及讀取時間。當載體經過倉儲入口時，如果貨物量大且經過時間極短，固定式讀寫器沒有充足的時間識別所有的貨物，導致盤點遺漏。

（4）電子標簽與貨物在材質上的匹配性。根據貨物材質，正確搭配好標簽，盡量較少反射。

（5）數據的讀取和處理。讀取和處理速度盡可能快。

4 結束語

基于UHF RFID的倉儲管理系統，改變了傳統的倉儲管理模式，節省了倉儲出入庫時間，減少了人工操作，提高了倉儲工作效率等。但在實際應用中，除文中討論的問題外，還有安全、隱私等問題，需要更多的深入研究。此外，規范的倉儲作業流程、規范的管理制度、專業的操作人員等也是倉儲管理系統不可或缺的。相信在不久的將來，隨著RFID技術的成熟和規范，會有越來越多的企業使用倉儲管理系統，從而產生更加積極的社會效益。

參考文獻

[1]張革軍，《RFID技術在供應鏈管理中的應用》[M]，機械工業出版社，2005

[2]王小敏，《基于RFID技術的庫存管理系統研究》[D]，對外經濟貿易大學，碩士論文，2006

[3]王光輝，《基于RFID技術的自動化倉儲管理系統設計》[J]中國水運，2007，5（12）：129-131

[4]趙軍輝，《射頻識別技術應用》[M]，機械工業出版社，2008，7（1）

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[6]章偉，甘泉，《RFIB標簽天線設計仿真及實踐》[M]，電子工業出版社，2012，10