基于RFID技術的倉儲管理系統硬件模塊研究

孫偉奇 張繁淋

摘要：現代倉庫物資種類多、數量大、各類物資大小差異也很大，同時倉儲管理模式較為落后，很多倉庫仍采用傳統人工管理方式，傳統庫存管理方式已經不能滿足現代倉儲管理需求，針對當前倉庫存在的現實問題，將RFID技術與倉儲管理系統相結合，研究出適用于大部分倉庫的RFID智能倉儲基本框架，并對智能倉儲系統進行核心硬件設備選取。在理論研究和框架設計的基礎上，對倉儲管理系統升級改造提供基本遵循。

Abstract： The modern warehouse has many kinds of materials， large quantity， different sizes of materials， and the storage management mode is relatively backward. Many warehouses still adopt the traditional manual management mode. The traditional inventory management mode can no longer meet the needs of modern warehouse management. In view of the current existing problems in the warehouse， the RFID technology and warehouse management system are combined to study the basic framework of RFID intelligent storage applicable to most warehouses， and the core hardware equipment selection of intelligent storage system is carried out. On the basis of theoretical research and framework design， it provides basic compliance for the upgrading of warehouse management system.

關鍵詞：RFID技術;倉儲管理;電子標簽;讀寫器;天線

Key words： RFID technology;warehouse management;electronic label;reader;antenna

中圖分類號：TP391.44;TP315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0164-03

0? 引言

進入21世紀，傳統倉儲模式已不能滿足現代化、智能化、自動化的倉儲管理要求，在進入“中國制造2025”的重要契機點，運用新技術、新方法、新模式對傳統倉儲進行系統化升級，使之與現代倉儲管理要求相適應，將RFID射頻識別技術和倉儲管理相結合，探究新思路下的智能倉儲模式，滿足倉儲管理需要，進一步提升倉儲管理水平和管理效率。

1? 理論基礎

射頻識別（RFID）技術是自動識別技術的一種，它通過無線射頻信號獲取物體的相關數據，并對物體加以識別。RFID技術是一種利用無線射頻識別方式進行非接觸式的雙向通信過程，是通過天線發出的無線射頻信號對電子標簽或射頻卡進行讀取從而達到對目標對象進行識別和數據交換目的。RFID技術無須與被識別物體直接接觸，即可完成信息的輸入和處理，能快速、實時、準確地采集和處理信息。RFID射頻識別技術雖然原理復雜，但操作簡單，對環境要求低、抗干擾能力強、能夠穿透非金屬物體表面并且可以對高速移動的多個物體進行同時掃描是20世紀十大重要技術之一。

2? RFID智能倉儲基本架構

RFID智能倉儲管理系統架構是通過RFID技術對倉庫進行軟硬件更新，和傳統倉儲管理系統框架相比，只是在原有基礎上進行升級，不會顛覆原有倉儲管理模型架構。運用RFID智能倉儲系統使得倉儲管理工作流程更加優化、準確率更高、效果更好。主要針對如圖1所示硬件設備、軟件系統進行重新架構。

2.1 RFID讀寫器

RFID讀寫器一般可讀可寫，作用是對倉庫中的RFID電子標簽信息進行采集。在貨物零件較少的情況下通常采用手持式掃描儀，貨物較多或庫存盤點時需要采用立式掃描儀。

2.2 RFID電子標簽打印機

RFID電子標簽打印機的主要作用是向標簽內寫入貨物信息，并將條碼打印在電子標簽表面，使條碼和RFID技術相結合，更好運用到倉儲管理系統中，提高倉儲管理水平。利用RFID電子標簽打印機對物品信息進行錄入，適用于批量貨物管理，若收發貨物較少，則需要RFID讀寫器配合使用。

2.3 智能貨架

智能貨架是一款高性能的定位管理設備，支持多節貨架并列應用，通過貨架分層標簽掃描，可完成物品清點、查詢定位、貨架統計等功能，從而改進現有庫存物品管理方式，提高管理水平，降低工作強度。同時建立了一套先進的、規范的、優化的管理機制，幫助企業最大程度降低管理成本和風險，從而提高企業資源的利用率。

2.4 智能門禁系統

在進出口安裝智能門禁系統，將身份識別裝置與應用系統相連，通過讀寫器對進出倉庫人員信息進行識別，提高倉庫安全性。

2.5 寫入控制服務

寫入控制服務的主要功能是連接RFID讀寫器和RFID電子標簽打印機，向標簽打印機和讀寫器發送必要信息，并確認讀寫器和標簽打印機是合法設備。

2.6 RFID閱讀控制服務

RFID閱讀控制服務的主要功能是連接RFID閱讀器并對閱讀器進行相應配置和安全認證、對物品標簽信息進行篩選處理，最后傳輸給RFID前置服務。

2.7 RFID前置服務

RFID前置服務的作用是收取和存儲來自RFID閱讀控制服務和RFID定位服務的信息內容。

2.8 倉儲管理系統數據庫

主要存儲物品基本信息和位置信息的系統，在倉庫中發揮著至關重要的作用，最基本的要求是倉儲管理系統數據庫的信息和倉庫實際的庫存信息要保持一致，并保證信息正確性。

2.9 倉儲管理系統網站

倉儲管理系統網站主要是對輸出的報表和數據進行分析，以便更快、更有效的滿足倉儲管理系統需求的變化。

2.10 信息瀏覽器

信息瀏覽器的功能是瀏覽倉儲管理系統網站信息，通常是一種進行信息記錄和獲取的媒介。

3? 基于RFID系統硬件產品分析

3.1 電子標簽

RFID電子標簽按不同的標準可以分為三種類型：

3.1.1 根據電子標簽讀寫性進行分類

電子標簽按讀寫性分為只讀標簽、可讀寫標簽、一次寫入多次讀取標簽。

①只讀標簽：只讀標簽就是數據寫入后只能讀取，不能再次寫入，不可以隨便更改標簽內信息，在只讀標簽中有唯一的標簽識別裝置，在標簽生產時就已經確定，所以存儲數據信息相對較安全，造價也相對較低。②可讀寫標簽：可讀寫標簽是可以反復錄入和更改標簽內的信息數據，根據實際需要對標簽信息進行調整更改。③一次寫入多次讀取標簽：這類標簽的設計適應一次寫入多次讀出的場景，但并不支持錄入信息的修改和增刪，但讀取較為方便。

3.1.2 根據電子標簽工作頻率進行分類

電子標簽按工作頻率分為低頻標簽、高頻標簽、超高頻標簽和微波標簽四種。

①低頻標簽：低頻標簽工作頻率范圍是30～300kHz，低頻標簽工作頻率低、芯片價格便宜、技術要求低，是各國最先發展的一種電子標簽。但低頻標簽有傳輸速度較慢，讀寫距離近等弊端，限制了自身發展。②高頻標簽：高頻標簽工作頻率范圍是3～30MHz，典型工作頻率為13.56MHz，根據不同工作協議讀取距離、數據傳輸速度和價格也不同，但整體而言，高頻標簽應用領域更為廣泛。③超高頻標簽：超高頻標簽工作頻率范圍是300～968MHz，典型的工作頻率是915.3MHz，讀寫距離有了很大提升，距離擴大到10m左右。芯片價格適中，隨著RFID技術水平提高，超高頻段發展為目前應用最廣泛的一種頻段。④微波標簽：微波標簽的工作頻率范圍是2.45～5.8GHz，因為技術要求較高，還沒有被廣泛應用到實踐中，將是未來RFID技術的主要發展方向。

3.1.3 根據電子標簽內部能量獲取方式分類

電子標簽分為無源電子標簽、有源電子標簽和半無源電子標簽三類。

①無源電子標簽：無源電子標簽不需要電池進行供電，而是利用讀寫器發射的電磁場轉化為自身所需的直流電為內部電路供電，但這種轉化的電能相對較弱，穩定性也較差，所以它的信號強度和傳輸距離也比較受限。但無源電子標簽內部不需要安裝電池可以永久使用，自身內部結構簡單，成本相對較低，故障率也較低，因內部沒有電池標簽自重也較輕。②有源電子標簽：有源電子標簽通過內部供電電池提供能量，主動向讀寫器發送自身信號。在電量充足的情況下，電子標簽性能較好、傳輸距離遠，適用于頻段較高的大范圍識別場合。但有源電子標簽電池供電的劣勢也比較明顯，由于電池使用壽命有限，所以電量降低時標簽穩定性會降低，對環境要求很高，自身體積也較大。③半無源電子標簽：半無源電子標簽在其內部也安裝電池，但半無源電子標簽電池的作用是用來激活自身標簽，電子標簽被激活后，電池就將停止供電，標簽也變為無源電子標簽。半無源電子標簽內電池只負責進行自我激活，耗電量較低，電量可以維持十年以上，成本相對也比有源電子標簽低。

電子標簽如圖2所示。

3.2 RFID讀寫器

選擇合適的RFID讀寫器進行數據讀取和信息采集對于RFID智能倉儲管理系統至關重要。工作狀態下，讀寫器一般處于被動接收狀態，實時接收電子標簽發出的信號，并將接收到的數據信息傳輸到信息管理系統中，特殊情況下也可以寫入或更改電子標簽中的信息。選擇一種讀取速度快、操作簡單、價格適宜的RFID智能讀寫器就至關重要。

通常還要根據倉儲基本需求和主要工作任務選擇使用手持式RFID讀寫器或固定式RFID讀寫器，基于各種需求并對二者性能進行比較分析最終確定選擇何種讀寫器運用到倉儲管理系統中。

手持式RFID讀寫器：手持式意味著可以不受限制地更換使用場所，具有一定便捷性。攜帶手持式讀寫器對貨物進行掃描相比于將電子標簽移動到固定讀寫器前顯然更加便捷。在選擇手持式RFID讀寫器時要考慮選擇IC卡或ID卡讀卡器，IC卡可讀可寫，具備一定存儲能力;ID卡只讀，但價格較低，適合在同一局域網中進行簡單應用。

固定式RFID讀寫器：固定式讀寫器通是一種具有高性能、高頻段并具有一定擴展性的讀寫設備。固定式讀寫器的最大優勢就是對貨物進行多標簽讀取，同時支持密集閱讀模式和大容量的電子標簽讀寫功能。常具有多種協議接口，具有較強的網絡適應性，同時匹配多種天線裝置。在固定式讀寫器選擇方面同樣要根據倉庫倉儲管理系統綜合考慮工作頻段、功耗、支持標準、工作模式、網絡協議、通訊接口等基本因素，選擇適合倉庫的固定式讀寫器。

在倉庫入口處多安裝固定式RFID讀寫器，方便批量出庫入庫時對電子標簽掃描并讀取信息;對庫內進行盤點時更適用于手持式RFID讀寫器，方便小巧，便于攜帶，且造價較低，更適合在倉庫內部使用。

RFID讀寫器如圖3所示。

3.3 天線

RFID天線是無線射頻識別系統中用來發射或接收電磁波的元件，是一種變換器。發射信號時，它會將高頻電流轉換成空間電磁波;接收信號時，它也能將從空間獲取的電磁波信號轉換為高頻電流送回接收設備。在這個過程中，天線充當著信號傳輸的媒介作用，在電子標簽和讀寫器中都不可或缺，狀態良好的天線可以使通信距離擴大并保證信號傳輸處于最佳狀態。

對于RFID天線選擇也非常重要。RFID天線分為線極化天線、圓極化天線、縫隙天線、多款口天線、有源天線、異形天線等多種。

線極化天線讀取距離較長，通常適用于讀取已知方向較遠距離的電子標簽;圓極化天線讀取范圍較寬，但讀取距離較遠，適用于讀取未知方向電子標簽。縫隙天線的覆蓋范圍更廣，有超長的遠場性能，頭尾呈線性分的特性使縫隙天線可以提供連續的和一致的閱讀器。

天線如圖4所示。

3.4 RFID電子標簽打印機

RFID電子標簽打印機的功能是讀取并寫入RFID電子標簽內芯片中的數據信息，將數據信息打印到電子標簽表面。RFID電子標簽打印機可以在原有條碼打印機的基礎上進行升級改進，設計增加RFID發送器和接收器、控制單元以及閱讀器天線就可以將數據信息打印到電子標簽芯片中。其打印基本原理與條碼打印機原理類似，均為熱敏和熱轉印。RFID打印機也可以與電子標簽實現無線通信，對電子標簽內的信息進行讀寫。

按照工作頻率對電子標簽打印機進行分類可以分為高頻和超高頻兩種主流類型。

RFID高頻電子標簽打印機：高頻打印機的工作頻率為13.56MHz，波長距離在20米左右，數據傳輸速度較快，并可進行批量打印。

RFID超高頻電子標簽打印機：超高頻打印機還沒有形成統一的頻率標準，各國家地區應用的頻率范圍不同，我國應用的主要頻率在902～905MHz左右，超高頻打印機配合超高頻電子標簽和讀寫器將成為今后打印機的發展趨勢。

RFID電子標簽打印機如圖5所示。

4? 結論

現代倉儲管理理念先進、技術發展速度快、倉儲管理模式發展快，RFID技術被廣泛應用到倉儲管理中，成為倉儲管理的核心。本論文通過將RFID技術和倉儲管理模式相結合，對傳統倉庫倉儲架構分析和構建，同時對RFID倉儲管理系統硬件產品進行研究，從根本上改善了傳統倉庫管理系統中智能化、自動化、安全性低的問題，進一步提高現代倉儲管理水平。

參考文獻：

[1]李和平，黎福海.基于RFID技術的倉儲管理系統[J].物流技術，2007（5）.

[2]仇皓麟.基于RFID技術的智能倉儲管理系統設計[J].科技創新導報，2017（5）：94-95.

[3]全英玉，冉文學，賴平，等.RFID 技術在倉儲領域的應用[J].物流技術與應用，2007，12（1）：88-90.

[4]黃玉蘭.物聯網射頻識別（RFID）核心技術詳解[M].二版.北京：人民郵電出版社，2012.