應用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉系統

郭翠

摘要：介紹了一種應用非接觸式IC標簽的紡織品實驗室樣品檢驗流轉系統的設計方法。該系統在現有紡織品實驗室檢驗流轉過程中引入非接觸式IC標簽技術，對實驗室內各種樣品、器具、儀器、試劑、耗材等多種單元進行智能化標識，并對各個作業環節實現智能化數據采集，從而保證樣品庫管理各個環節數據輸入的速度和準確性，確保實驗室及時準確地掌握內部的真實數據，優化檢驗過程。

關鍵詞：非接觸式；流轉；身份卡

引 言

在紡織品檢驗機構，隨著紡織品制造環境的改變，產品周期越來越短，小批量、多品種的生產方式，對紡織品質量檢驗的要求越來越高。如果不能保證及時準確而有效地接收樣品、進行檢驗、發出檢驗報告和高效地維持實驗室運轉，將會給檢驗機構帶來較大損失，因而必須建立新型的實驗室流轉系統。為此，本文設計了一種應用了非接觸式IC標簽技術的新型紡織品檢驗流轉管理系統[1]。利用該技術的非可視性閱讀和多標簽同時識讀等特性，可以有效地完成樣品接收、檢驗流轉、數據收集匯總和檢驗報告發送等幾個流程，并將其作為一項實驗室基礎設施來提供樣品、設備、耗材實時位置和狀態的穩定數據流，以便進一步提高實驗室競爭力。

1 非接觸式IC標簽

1.1 技術簡介

非接觸式IC標簽又稱射頻標簽，由IC芯片、感應天線組成，封裝在一個PVC標簽內，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發展起來的一項新技術，它成功地將射頻識別技術和IC技術結合起來，結束了無源（標簽中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。標簽片在一定距離范圍（通常為5mm～10mm）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數據的讀寫操作。

1.2 工作原理

射頻讀寫器向IC標簽發一組固定頻率的電磁波，標簽片內有一個IC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將標簽內數據發射出去或接收讀寫器的數據。

1.3 優勢

可靠性高——非接觸式IC標簽與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障。例如：由于粗暴插標簽，非標簽外物插入，灰塵或油污導致接觸不良造成的故障。此外，非接觸式標簽表面無裸露芯片，無須擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題，既便于標簽片印刷，又提高了標簽片的使用可靠性。

操作方便——由于非接觸通信，讀寫器在10cm范圍內就可以對標簽片操作，所以不必插拔標簽，非常方便用戶使用。非接觸式標簽使用時沒有方向性，標簽片可以在任意方向掠過讀寫器表面，既可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。

防沖突——非接觸式標簽中有快速防沖突機制，能防止標簽片之間出現數據干擾，因此，讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式IC標簽。這提高了應用的并行性，無形中提高系統工作速度。

2 應用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉系統需求分析

隨著紡織實驗室規模的不斷發展，檢驗樣品種類及數量不斷增加、頻率劇增，實驗室作業運轉變得十分復雜和多樣化。傳統的手寫紙質流轉任務單和人工錄入檢驗數據等方式，已難以滿足現代紡織品檢驗的快速、準確要求，存在著明顯的缺點。人工管理時，手工登記不僅容易出錯，而且工作效率低、作業繁瑣，人工成本較高；而紙質數據媒介較容易丟失、不防污、不防潮，且只能低效率讀寫，一次只能讀取一條。

將非接觸式IC標簽引入到樣品管理系統中，利用非接觸式IC標簽數據容量大、可重復使用、無障礙讀取等優點，不但可以減輕勞動強度，而且可以極大地提高工作效率。因此，基于非接觸式IC標簽的管理系統可以大大簡化實驗室運轉，滿足信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求[2]。

基于非接觸式IC標簽的實驗室流轉系統可實現樣品分配管理、檢驗流轉、數據采集等功能，可以方便實驗室對檢驗流程進行監管，并可方便地對檢驗數據進行更新、刪除和查詢（如圖1）。

3 應用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉系統的具體實現

3.1 硬件配置

本系統的硬件涉及主控計算機、電子標簽、讀寫器、服務器等。服務器通過無線網絡可以將主控計算機與試驗臺上的讀寫器、樣品庫讀寫器和手持式讀寫器連接起來，以進行數據傳輸。本文用到的讀寫器主要有以下兩種：

第一種是手持式讀寫器：讀寫距離為10cm左右，主要用于不可移動的檢驗設備上的標簽的讀寫等操作；第二種是試驗臺讀寫器：讀寫距離在10cm左右，固定在試驗臺上，讀取被檢樣品標簽內的樣品檢驗信息，并與數據庫中的檢驗項目信息進行匹配。

3.2 軟件設計

本系統的軟件部分采用Visual studio.net開發平臺，以B/S模式進行開發，數據庫采用Sql server 2010，連接數據庫采用Ado技術。操作系統為Windows sever 2008、Windows 7、Windows xp[3-4]。 本文設計的基于非接觸式IC標簽的紡織品檢驗實驗室樣品管理系統結構如圖2所示。

（1）主控系統單元

主要功能為控制整個實驗室流轉系統的運行，包括設置各個用戶的功能權限，管理設備的加入與設備數據與服務器數據庫的鏈接，以及讀寫器數據的讀寫權限與采集管理。

（2）服務器單元

主要功能為數據的儲存與處理，主要用來儲存各種檢驗數據，設備數據和樣品的各類數據。

（3）終端操作平臺

主要功能為操作人員監控和干預實驗室流轉系統的運行，并控制檢驗儀器運行檢驗任務。

（4）讀寫器

主要功能是建立非接觸式IC標簽和各個檢驗設備以及數據庫和主控計算機的連接。

4 非接觸式IC標簽紡織品檢驗實驗室樣品系統業務流程

在本系統中，主控系統主要用于生成和發送各個作業設備的啟動、運行、停止、休眠、重啟等指令，并接收各個設備返回的工作、停止、異常等狀態信息，作出相應的處理指令。各個作業設備是指手持式讀寫器、固定式讀寫器以及各種檢驗設備。

讀寫器的任務是用該設備通過有線（或無線）網絡與主控計算機連接，以下載主機發送的指令，并根據指令完成作業，再通過手持式讀寫器將信息發送到主控計算機。

非接觸式IC標簽是紡織品檢驗實驗室運行系統中的主要部件。由于非接觸式IC標簽技術目前還未在紡織實驗室的各個供應鏈上普及，所以，當樣品剛從供應商處送過來時，往往是不貼標簽的。而要將非接觸式IC標簽技術應用于實驗室運行系統，就必須粘貼非接觸式IC標簽。所以，在入庫之前，首先要制作需要的非接觸式IC標簽。

非接觸式IC標簽內儲存的信息分為兩類：一類為樣品信息（包括樣品編號及所需要檢驗項目信息）；另一類為檢驗數據，主要包括檢驗項目各種數值、對照標準。

4.1 準備作業

檢驗任務的輸入。根據客戶的需求，制作檢驗任務數據并通過檢驗任務下達的終端操作平臺錄入系統，終端操作平臺把以上數據處理后，變為檢驗樣品數據和檢驗任務數據，一方面通過讀寫單元寫到非接觸式IC標簽中，另一方面數據被發送到各個操作終端平臺。具體制作過程需要使用非接觸式IC標簽讀寫器將各種信息寫入到非接觸式IC標簽中，然后將標簽固定在樣品、試驗儀器、流轉袋等元素上。由于紡織實驗室出入庫時的樣品數量較多，因此，還需制作托盤標簽，便于實現大批量樣品的管理。如果樣品數量較少，則在每個樣品上粘貼樣品標簽。同時這些標簽都可重復使用，待樣品出庫時可取下送到入庫處重復使用。剩下的流程都是在已貼上相應電子標簽的前提下進行的。

4.2 檢驗作業流程

（1）檢驗任務的下達及樣品的交接

檢驗室人員到樣品管理員處提出領取樣品及檢驗任務要求，向管理員出示含有身份信息的非接觸式IC工卡，管理員用讀寫器讀取工卡上的信息，主要包括檢驗員身份信息、負責項目信息等。讀取信息后，系統會根據檢驗員的身份信息，從檢驗任務中選擇出需要該檢驗員完成的任務，并生成清單，發送給手持讀寫器。管理員用手持式讀寫器讀取待檢樣品上的標簽，如果樣品在此次檢驗任務清單中，讀寫器會發出提示音，從而完成檢驗任務的下達及待檢樣品的交接。此次檢驗任務交接完畢后，系統會將檢驗任務數據發送到相關的檢驗儀器的控制終端中，并將此次檢驗任務單寫入檢驗員的工卡中。

（2）具體檢驗過程

檢驗人員將領到的待檢樣品，根據檢驗儀器設備的吞吐能力分組，然后按每一組，用檢驗儀器控制終端連接的讀寫器進行IC標簽讀寫，儀器控制終端會記錄檢驗樣品的信息，進行檢驗后會將此樣品的檢驗數據發送回數據處理單元，并將檢驗完畢的標志寫入樣品的IC標簽中。如果發生不在任務清單中的樣品上儀器檢驗，控制終端單元會發出警報并拒絕進行檢驗。如果發生檢驗過的樣品上儀器檢驗，控制終端單元會發出復檢提示，需要檢驗員人工干預。若發生復檢行為，會向IC標簽寫入復檢標志。

（3）檢驗完畢后的工作

樣品檢驗完畢后，檢驗員將樣品退還給樣品管理員，樣品管理員先讀一下檢驗員身份IC卡，系統會自動調出該檢驗員的任務單，接著管理員讀取他退還的樣品的IC標簽，如果樣品是完成檢驗的，系統會接收該樣品并在系統數據庫中標注完成信息，并往標簽中寫入完成退庫標志，如果該樣品漏檢，系統會報警。如果檢驗員沒有把任務單中所有樣品都退還，系統會發出警告信息，需要管理員人工確認。

（4）檢驗報告的編制

在以上兩個環節完成后，系統會自動審核任務單，把任務單完成的樣品數據提供到檢驗報告出具的終端上，并自動生成檢驗報告，向報告編制人員做出提示。報告編制人員在報告編制終端上讀寫自己的身份IC卡，確認出具報告的權限（包括編制、修改、復核、批準、撤銷、退回復檢等），然后進行打印、生成電子文檔和郵件等具體操作。

4.3 在報告及樣品查詢方面的應用

4.3.1 根據樣品查報告的情況

讀取樣品IC標簽，系統根據標簽里的信息，定位數據庫中的檢驗數據，并查詢報告數據，在終端顯示器上顯示該報告的電子版。

4.3.2 根據報告查找樣品的情況

輸入報告編號，系統會向手持式讀寫器寫入該樣品信息，并在屏幕上顯示該樣品的狀態（樣品存放的庫位）。然后到庫位找到樣品，讀取樣品IC標簽，手持式讀寫器會作出確認樣品的提示。如何管理樣品，請參閱《RFID在紡織品檢驗實驗室樣品管理系統中的應用》[3]。

5 應用成效

利用非接觸式IC標簽技術的流轉不僅可以減輕作業人員的工作強度，縮短檢驗周期，提高數據的實時性和準確性，及時了解檢驗情況，還可避免人為錄入數據過程中出現的錯誤，保證檢驗數據的準確。

將本樣品庫管理系統運用于紡織實驗室，可取得較好的效果，主要表現如下：

（1）利用非接觸式IC標簽技術可一次性讀入大量標簽，從而省去了人工錄入的繁瑣的工作量，大大節省了人工成本，提高了工作效率；

（2）通過身份標簽和樣品標簽可及時記錄樣品的變動信息（待檢、在檢、檢畢、復檢），減少錄入數據時的人為錯誤，提高了檢驗數據流轉的準確率；

（3）由于流轉作業的可靠性提高，避免了許多漏檢、超期的情況；

（4）增大了樣品實驗室的吞吐量，降低了運轉費用；

（5）采用非接觸式IC標簽，可以大大提高檢驗數據查詢的速度。

6 結語

本文探討了非接觸式IC標簽技術應用于紡織實驗室的流轉管理，并在此基礎上開發出一套可供紡織實驗室使用的智能化流轉系統的設想。本系統可省去人工錄入的繁瑣步驟，還可大大減少由于操作不當而產生的失誤。相比于條形碼標簽，非接觸式IC標簽讀寫器可在一定范圍內一次識讀大量標簽，從而降低了勞動強度，也使效率大大提高；同時體積小、存儲信息量大，并可實現遠距離識別，十分適合在各種復雜環境下使用。將非接觸式IC標簽技術應用于紡織實驗室的流轉管理，從整體上改善了管理效能，為實驗室帶來了直接的經濟效益，同時也有利于提升紡織實驗室的核心競爭力。

參考文獻：

[1]百度百科.非接觸式IC卡[EB/OL].[2014-09-11]http：//baike.baidu.com/view/841840.htm？fr=aladdin.

[2]張旭.雷日春. RFID在紡織品檢驗實驗室樣品管理系統中的應用[J].中國纖檢，2014，3（下）：62-64.

[3]創羿科技.RFID智能樣品庫管理系統方案[EB/OL].[2010-09-25]http：//wenku.baidu.com/view/92ec94d6240c844769eaee8a.html.

（作者單位：山西省纖維檢驗局）