基于RFID智能分揀系統設計及其應用研究

王偉宏，陳家明，蘇文青，李業興，師文慶

（廣東海洋大學電子與信息工程學院，廣東湛江 524088）

0 引言

隨著我國經濟發展水平提高，社會經濟活動日益頻繁，人們對貨物送達的要求越來越高，對于傳統的文件、包裹和越來越多高價值、小批量、個性化的貨物，都成為快遞的托寄物內容。根據國家郵政局最新發布的《2016年度快遞市場監管報告》，我國2016年的快遞服務企業業務量累計完成312.8億件，同比增長51.4%，業務收入將近4 000億元，比2015年增長了43.5%[1]，我國已成為網絡購物發達的國家。由于包裹數量龐大，如果繼續采用人工的快遞派件方式，成本和出錯率無法降低，效率低下。另外，現在正規取件流程是：收件人向快遞員出示相關證件（例如：身份證、學生證、駕駛證等）并簽名確認取件。現實生活中，收件人會忘記帶相關證件或需要委托取件。快遞員往往降低要求（只要求收件人名字和手機號碼）來提高派件效率。上述流程凸顯出派件效率低，個人信息容易泄漏等弊端。因此，解決這些問題成為快遞行業能否健康發展的當務之急。本文介紹一種基于RFID射頻識別技術的快遞分揀系統，一定程度上取代人工，自動完成快遞分類，提高分揀效率和降低出錯率，給消費者更好的體驗。

1 系統方案概述

基于RFID的智能分揀管理系統，主要分為與消費者交互的應用裝置，用樹莓派控制的自動分揀機械裝置和WEB服務器后臺管理三大部分（如圖1所示）。

（1）應用裝置是基于jQuery Mobile制作的WEB手機移動網站，用戶可以在網站上進行各項操作，收件人注冊登錄完只需使用本項目開發的移動APP快件領取掃一掃，可對快件單（快件單上只有二維碼或條形碼和收件地址信息，沒有其他收件人個人信息）上的二維碼或條形碼掃一掃即可確認取件；收件人也可以授權給他人用同樣方式幫其取件，從而保證了用戶信息的安全，大大降低了快件領取的出錯率。

圖1 智能分揀系統框圖

（2）自動分揀裝置主要是以MF-RC522作為處理芯片的RFID讀寫器射頻模塊，具有成本低，體積小和電壓低等特點，由于需要處理的數據量大，本設計采用樹莓派3作為中心系統，具有獨立的Linux操作系統，運行穩定，有較完善的資源庫，對驅動程序和攝像頭采集處理數據等更加高效調用。在RFID標簽中存儲著全球惟一的數字編碼，貼上這個標簽，就可在全球范圍內進行跟蹤和識別[2]。當傳送帶將包裹送到指定位置后，RFID讀寫器對貼在包裹上的標簽，發射射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據和地址信息，無須人工干預，再根據該標簽的地址信息結合攝像頭采集的圖像，進行動態分揀，并將分揀結果通過樹莓派上傳到服務器。

（3）WEB服務器后臺管理是基于jQueryMo?bile開發的系統，用于存儲和處理來自應用裝置前端頁面的一系列請求。

使用jQueryMobile，在網頁頁眉中引入組件，然后加入viewport元素相關程序，讓瀏覽器知道屏幕大小。這兩個關鍵步驟能讓看到的頁面在不同的瀏覽器中自適應；其次采用WEB存儲，包括lo?calStorage（本地存儲）和sessionStorage（會話存儲），使用javascript對這兩種方式分別設置鍵值對，并保留在客戶端中，在重新加載頁面時讀出它們，可用其記錄用戶的訂單詳細信息等[4]；最后用Web workers在后臺創建用戶使用的相應線程，這是因為頁面執行的javas?cript均為單線程，若執行時間過長，頁面可能會出現“假死狀態”。通過Web workers把費時的處理交給后臺，保證前端頁面的性能[3]。最終管理員可對整個快遞分揀過程進行監控，實現對所有注冊用戶的信息管理；還可以管理訂單和預訂單，對快遞的寄件人、收件人、出發地和目的地，還有運輸過程中的物流信息等進行管理[2]。

2 硬件實現

自動分揀裝置主要包括RFID讀寫器的識別和攝像頭采集圖像進行最終分揀（如圖2所示）。

一開始RFID讀寫器通過天線發送一定頻率的射頻信號，當標簽進入發射天線工作區域時產生感應電流，獲得能量被激活；然后標簽根據查詢信號的要求，將標簽中的信號反饋回RFID讀寫器，對接收的信號進行解調和解碼后進行數據識別，最后送到主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性[5]；針對不同的設定做出相應的處理和控制執行機構動作，包括采集圖像，保存編碼數據、地點和時間等重要內容。

圖2 RFID識別流程

圖3 RFID標簽

圖4 RFID標簽的ID信息編碼

攝像頭采集圖像處理流程如圖5所示。

采用OpenCV操作攝像頭，利用工程應用中最常用的視覺定位，比如電路板上都會預留一個定位點，便于設備判斷將標簽貼到哪個位置；然后對圖片進行灰度和記性二值化處理，去掉飽和度較低的部分，其次對圖片進行縮放，提高后續的處理速度；最后調用HoughCircles函數，提取輪廓部分。在各個分揀出口處做好不同的標記，使用OpenCV來偵查標記的位置和對傳送帶上快件的運動跟蹤，當攝像頭檢測到快件到達相應標記處時，機械裝置就將其送出到相應分揀出口。下面是OpenCV的運動物體跟蹤處理流程：

圖5 攝像頭采集工作處理框圖

（1）前景檢測模塊CvFGDetector：對每一個像素判斷其是前景還是背景；

（2）新團塊檢測模塊CvBlobDetector：使用前景檢測的結果檢測新進入場景的團塊；

（3）團塊跟蹤模塊CvBlobTracker：使用新團塊檢測模塊的結果初始化該模塊，并跟蹤新進入的模塊；

（4）軌跡生成模塊CvBlobTrackGen：主要是保存操作，收集所有團塊的位置，并在每條軌跡結束時將其保存；

（5）軌跡后處理模塊CvBlobTrackPostProc：進行軌跡的平滑操作；

（6）跟蹤流程模塊CvBlobTrackerAuto：將前面5個模塊連接起來。

3 軟件實現

軟件實現是設計客戶端APP，本開發構建于jQuery和jQuery UI類庫之上，可以確保外觀，視覺和行為在不同移動平臺的一致性[3]。由于處于實驗階段，本頁面沒有加過多的修飾（如圖6所示）。

（1）會員登錄和注冊，用戶必須登錄才能進行其它操作。當點擊第一個圖標，將會跳轉到登錄界面要求輸入相應的賬號和密碼。

（2）在線下單是對于需要寄送快遞的個人所用，可以在上面填寫相應的信息然后打出只貼有二維碼和RFID標簽的訂單，擺脫傳統手寫訂單的各種弊端。

圖6 客戶端頁面

（3）產品中心/在線客服，更多服務是可以根據不同物流公司推廣相應的優質服務。

（4）我的訂單/留言板是能夠根據包裹訂單號查詢物流信息，每次確認領取后有一次在留言板對服務進行評價的過程。

（5）關于我們，是提供開發團隊的相關信息，用戶有建議可以及時反饋給開發者，可以更好的進行開發工作。

（6）快件領取/快件代拿，當本人領取時只需點擊“快件領取“按鍵，會自動啟用手機攝像頭對二維碼進行掃碼，然后會和數據庫信息進行匹配，無誤即提示“確認領取”。當需要代拿時，只需點擊“快件代拿”按鍵，輸入代拿人的賬號和手機，和數據庫匹配無誤后即開通該用戶對該快件領取的權限。

4 結束語

本系統旨在提供更高效快捷的快遞分揀方式，同時給客戶帶來更加方便快捷和安全的取件，寄件，查看的方式。從寄出快遞開始，到快遞的分揀、運輸、派送，到派件員將快遞送到客戶手中簽收全過程都可在手機移動端查看，讓用戶實時掌控動態，更加安心。最后，希望能夠繼續更深入研究RFID技術，提高我國快遞物流分揀效率和實現延伸服務功能，并基于各地不同的環境和需求設計，開發相應的服務系統和設備，同時結合互聯網進行數據管理交互，將完善的分揀設備投入到快遞行業中使用。

參考文獻：

［1］王昕雨，田劍，李西杰.循環經濟下快遞包裝回收的策略研究［J］.中國商論，2017（28）：4-6.

［2］劉紅海，沈紅杰，聶長鵬，等.基于RFID的智能快遞管理與分揀系統［J］.軟件工程，2017，20（06）：21-23.

［3］李海峰.基于HTML5+jQuery Mobile的移動學習平臺Web App研究與實現［J］.信息通信，2014（05）：84-85.

［4］覃鳳萍.基于HTML5+jQuery Mobile的移動Web應用開發研究［J］.大眾科技，2015，17（07）：9-10.

［5］肖筠，張小強.基于RFID的快遞物流配送系統設計［J］.經營管理者，2008（12）：17-20.