射频识别技术(RFID)在口岸防控物资仓库中的设计与应用

摘 要：基于RFID技术的仓库管理系统硬件包括主机、接口卡、固定式读写器、手持读写器、天线、电子标签等。其中主机安装有管理软件，可通过接口卡与读写器相连接并对其进行控制（如设置权限、读取记录及统计查询等）；系统使用RFID电子标签作为物资的标识，以存储其型号、生产日期、数量等资料。并可根据要求实现仓库的收料管理、入库管理、出管理、移库管理、盘点管理以及用户管理等功能。用户通过相应的模块，可对仓库里物资的基本情况进行更新、删除和查询，对物资的收料、入库、移库、出库和盘点进行管理，对各功能模块明细进行查询，对使用该系统的用户进行更新、删除和查询，对库存数量进行查询，用户通过简单的操作即可轻松的管理仓库。

关键词：射频识别技术；口岸防控物资仓库；设计与应用

中图法分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）04-0015-03

0 引 言

传统的仓库管理依赖于以纸张为基础的系统记录和追踪进出的货物，浪费人力、效率低下。主要存在以下几个问题：仓储货物品种多、数量大，库存管理难度大，物资数量大占用较多存储空间，不但增加管理成本，而且物资短缺情况还是时有发生；库存管理工作粗放，管理方式仍采用较多手工方式，工作量大，且对人员数量需求较多，容易造成库存统计错误；库存物资不符现象时有出现，但不能及时发现这种现象；仓储管理中暴露的问题不能及时反映及时解决，例如：物资不准确，缺乏有效手段，进行问题汇报和沟通；协调性较差，没有信息系统的支持。

在仓库管理中，随着基于射频识别技术（RFID）的应用，可以从根本上解决这个问题。基于RFID技术的仓库管理系统设计的目的是实现物资出/入库控制、物资存放及数量统计、信息查询过程的自动化，方便管理人员进行统计、查询和掌握物资流动情况。RFID技术不但免除了跟踪过程中的人工干预，且在节省大量人力的同时极大地提高了工作效率[1]。这种系统可以大大简化物资的库存管理，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求。和传统手写记录和条形码技术相比，RFID技术可以大大消减人工成本，使仓储许多环节操作自动化，达到方便、快捷、安全、高效等要求。

1 系统基本原理

1.1 RFID技术含义

RFID又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可同时识别多个标签，操作快捷方便[2]。图1所示是RFID的实物示意图。

图1 RFID实物示意图

1.2 RFID技术工作原理

一般说来，RFID的硬件组成主要有四个部分：RFID标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线（Antenna）、计算机管理系统。阅读器会通天线发送一定频率的射频信号，当附着在商品表面的电子标签进入到天线的作用范围内，产生的感应电流会激活电子标签，使之获取一定能量，然后电子标签会将自身数据信息经由天线发送出去；计算机系统接收到天线传送过来的载波信息后，会将信息通过天线调节器传送至阅读器；再由阅读器解码收到的信号后，将相应的信息通过计算机系统传送到后台管理信息系统处理[3]。图2所示是RFID技术的工作原理图。

图2 RFID技术的工作原理图

1.3 RFID技术优势

RFID技术建立在无线电技术、计算机软硬件技术、数据库技术、大规模基础电路技术、等多项技术发展之上，在自动识别领域，它具有其他识别技术无可比拟的优势。和条码技术等其他识别技术相比较，RFID主要有以下几个方面特点优势：读写功能、形状的小型化和多样化、耐环境性、可反复使用性、穿透性能好、数据信息记忆存储容量大[4，5]。

2 系统总体设计

基于RFID的数字化仓库是在现有仓库管理中引入RFID技术，对信息的准确性和流程的自动化要求非常高，需要实现对仓库各个作业环节的数据进行自动采集和保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制仓库库存[6，7]。

2.1 系统构成

系统由硬件设备及软件功能模块两方面组成，采用分散和串联的方式，不同类型的设备是分散点对点形式的，如：有源RFID直接读取电子标签；相同类型的设备是串联点对点形式的，如：无源RFID设备是串联读取电子标签。

2.1.1 系统硬件构成

基于RFID的数字化仓库管理系统的体系统结构决定系统应至少具有主控计算机、出/入库口的RFID识读器、手持式RFID读写器、电子标签等硬件设备。

2.1.2 系统软件功能模块构成

基于RFID的数字化仓库管理系统的功能是对传统仓库管理系统的功能实现和扩展，包括入库管理、出库管理、盘点、查询及报表和基础数据维护等。

入库管理主要实现货物入库操作，可完成入库单据的录入、修改、删除等作业；

出库管理和入库管理类似，是实现货物出库操作，可完成出库单据的录入、修改、删除等作业；

查询及报表就是仓库管理员通过查询及报表对系统数据库中库存盘存状态、单据以及货物、货位状态进行管理；

基础数据维护是对本系统中货物等信息进行查看、添加、删除和修改等操作，方便其他功能中对数据使用。

2.2 电子标签

电子标签从类型上分为有源和无源两种，从功能上又分易贴纸标签、抗金属标签等。每种标签有自己的属性，如读写距离、使用方法等。每个类型的标签又只能被所对应的读写器所识别，有一定局限性。图3所示就是常用的电子标签。

图3 常用的电子标签

2.3 读写器

读写器负责读取电子标签。类型分为有源读写器和无源读写器。便携性上分固定式和移动式两种。不同的读写器有自己的属性，如读写距离、使用方法等。读写器的任务不同，移动式读写器除了识别标签外，还能够进行额外操作：如盘点仓库、修改库存等。固定式读写器只能够识别标签。图4所示就是实际的读写器实物图。

图4 读写器

2.4 计算机应用管理系统

通过对RFID的硬件编程，将RFID发送数据和防控物资智能化管理系统进行接口对接，可实现RFID硬件和防控物资系统软件的智能化管理。

3 系统设计与实现

3.1 有源RIFD技术

有源RIFD技术的实现方式包括“有源读写器+有源标签+通信网线”放置式安装，可将有源读写器安装在钢瓶库房墙壁上方中央位置，每个钢瓶挂上有源标签（可拆卸，实现重复利用），有源读写器24小时读取库房内钢瓶数量。数据传输为固定时间内定时发送给智能软件系统，软件系统服务24小时开启，即时处理发送过来的数据，将他们存入数据库。

3.2 无源RFID技术

无源RIFD技术的实现方式包括“无源读写器+无源标签+通信网线”天花板式（墙内式）安装，即在仓库的8个门口安装2台无源读写器，每台读写器带有4个读写天线，共8个天线，对应于8个门口，仓库内所有贴有无源标签的物资，通过门口时，都会被无源天线读取，并由无源读取器发送到防控物资系统软件。设备和防控物资系统软件服务24小时开启。数据传输为固定时间内定时发送给智能软件系统，软件系统服务24小时开启，即时处理发送过来的数据，将他们存入数据库。

3.3 手持RFID技术

这种方式包括“RFID手持机+无源标签”，手持机的操作系统为Windows Phone，在Window Phone内安装RFID服务软件，实现将手持机读写到的数据发送到远程服务端，功能类似于无源读写器（都是针对无源标签的），特点是移动式，还有就是功能比普通无源读写器强大，可以实现仓库盘点，物资进出库操作等功能。

3.4 发卡流程

每位货物都需要一张RFID标签（超高频标签、有源标签）的来标识货物，RFID标签中的编码可以存储货物品种、数量等信息。其对应设备包括：桌面式发卡器和有源标签读写器（两种标签使用不同发卡器）。具体发卡流程图如图5所示。

3.5 有源标签出入库流程

有源读写器实时的读取在仓库中的标签，并通过读取到的标签判断货物是否出入库。有源读写器为长时间工作。对应设备包括有源标签读写器，图6所示是有源标签出入库流程图。

图5 具体发卡流程图 图6 有源标签出入库流程图

3.6 超高频RFID标签出入库

本模块包含出入库信息。按批次一起上传给服务器。超高频RFID标签出入库模式：动态时间判断出入库。对应设备有：UHF电子标签读写器（2个读写器）、UHF电子标签读写器天线（8个天线），其超高频RFID标签的出入库流程图如图7所示。

3.7 盘点

根据设备类型不同，盘点可分为有源盘点及无源盘点。对应设备有：UHF电子标签手持机，其盘点流程图如图8所示。

3.8 库存数量修改

仓库管理员可手动修改库存数量。对应设备为UHF电子标签手持机。图9所示为库存数量的修改流程图。

3.9 手持出入库

仓库管理员手动出入库操作的对应设备为UHF电子标签手持机，手持机使用的库存数量修改流程图如图10所示。

图7 超高频RFID标签出入库流程图 图8 盘点流程图

图9 库存数量修改流程图 图10 手持机数据修改流程图

4 系统测试结果

RFID软硬件设备安装到位后，可按功能区分来进行各个项目的分类测试，并正确记录测试结果，测试记录项目如下：

读写器与系统的对接测试：读写数据速率、读写数据正确率；

有源电子标签（针对钢瓶的标签）的读取测试：有效读写距离、读写个数、读写数据速率、读写数据的正确率；

无源电子标签的读取测试：有效读写距离、读写个数、读写数据的速率、读写数据的正确率；

手持机读取电子标签测试：有效读写距离、读写数据的速率、读写数据的正确率；

手持机的领用操作测试：扫描RFID是否成功、提交是否成功；

手持机的归还操作测试：扫描RFID是否成功、提交是否成功；

手持机的修改测试：扫描RFID是否成功、修改数量是否成功、移库操作是否成功；

手持机的盘点测试：测试能否获得指定仓库下某间房间的物资、能否正确提交报告。

图11所示为其具体的测试界面与结果图。

经过多次的反复测试表明，RFID技术在本系统中的应用是成功的，在本系统中，速度、效率、正确率、信息的整合是重点追求的目标，主要在于提高了仓库管理正确性、管理精度及操作的方便性，减少数据误差及延迟；精确掌握物资情况，优化合理库存；缩减盘点周期，提高数据实时性，实时动态掌握库存情况，实现对库存物品的可视化管理；有效区分实物库存及列帐库存，有效管理票、物时间差，方便仓库仓库物资对帐。

图11 具体的测试界面与结果

5 结 语

本系统应用RFID技术后取得了较好的效果，对防控物资仓储操作实行了全方位的监控和管理，既提高了仓储信息的精度，又实现了仓储管理的实时自动化，非常适合应用于中小型仓库的仓储管理，主要表现在：节省人工成本，入/出库口RFID有效降低了传统人工检查的劳动量；极大地提高对出入库货物信息记录采集的准确性；可随时显示当前库存状态，对库存不足的物资可提前申请采购；在办公室内就可实现货物动态出入库管理，入/出库口RFID可对出入库口货物进行实时监控，避免人工检查，节省核对时间；易操作性的界面设计将降低库存管理的难度。

由于射频识别卡的读写距离较短，所以需要规范仓库管理人员的操作，以保证数据读写有效；射频识别卡的价格较贵，仓库内物品种类数量众多，因此要求合理配置IC卡，以使系统的性价比最佳；含有金属或液体成份的物品会对RFID产生干扰，数据读取成功率不高；RFID标签一旦接近到读写器，就会无条件的自动发出讯息，无法确认该RFID读写器是否合法；RFID技术在标签本身的访问缺陷、通信链路上以及读写器内部等都有不少的安全风险，在实际应用中存在局限性。

参 考 文 献

[1]张革军.RFID技术在供应链管理中的应用[J].自动识别技术与应用，2005（2）：36-38.

[2]百度百科.RFID[EB/OL].[2010-03-02].http：//.

[3]任永昌.基于射频识别技术在嵌入式仓储物流管理中的研究[J].电脑知识与技术，2010（7）：5339-5341.

[4]Brewer A， Sloan N， Landers T.L. Intelligent Tracking in Manufacturing[J].Journal of Intelligent Manufacturing， 1999，10（3-4）：25-28.

[5]游战清，李苏剑.无线射频识别技术（RFID）理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[6]王小敏.基于RFID技术的库存管理系统研究[D].北京：对外经济贸易大学（硕士论文），2006.

[7]李铁克.制造执行系统模型综述与分析[J].冶金自动化，2003（4）：13-17.