UHF在仓储中的应用探索

杨洋

[摘要]针对RFID仓储管理系统中手动盘点货物出入库问题，提出了一种基于物联网的智能化仓储管理系统设计方案。分析了系统的总体架构，重点介绍了自动盘点出入库设备一一固定式读写器，详述了其实现原理、设计思想、测试环境以及测试结果，并分析了影响系统效率的因素。系统解决了仓储管理系统中出入库效率低的问题。但在安全性及规范性方面，还需要进一步探索。

[关键词]UHF；RFID；仓储；固定式读写器

[中图分类号]：TH692.3 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0149-02

1 引言

物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮，因其巨大的应用前景，越来越受到各国政府、学术和工业界的重视。RFID（Radio Frequency IdentificatiON，射频识别[1]）作为物联网的关键技术之一，也倍受重视。RFlD技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。与传统的识别方式相比，具有不易污染、磨损、划伤，以及标签本身是无源件、体积小、耐用可靠、操作迅速方便等优点，正被广泛地应用于公路收费、考勤、门禁、餐厅记账及身份识别等系统中，给人民生活带来了前所未有的方便。

随着RFID技术的成熟，部分企业已经开始尝试将RFID技术引入仓储管理中，但仓储管理技术还不够完善，大多数企业和单位的仓储管理主要是基于相对规范的手工作业及电脑半自动化管理实现的。这种方式需要投入大量人力进行规范物品的放置、定期整理盘点以及出/入库登记等工作，这使得仓储管理问题十分繁琐，浪费大量时间。

针对仓储管理，提出了基于UHF RFID的仓储管理系统。系统由管理系统、桌面发卡器、手持机和固定式读写器组成，揽括了货物入库、分拣、查询、出库等一系列仓储操作，见图1所示。桌面发卡器负责初始化标签工作；手持机负责对货物的分拣、查询、审核、矫正等工作；固定式读写器负责货物的出库、入库工作。

由于固定式读写器使用场景固定，而成功率要求极高，在实际的使用中，无法满足用户需求，因此用户量极少，用户大多使用手持机代替固定式读写器一一完成货物入库、出库操作。当货物量大时，使用手持机入库出库耗费的人力和时间极大。针对此种情况，本文对固定式读写器进行了深入的应用及探讨。

2 固定式读写器系统概述及设计原理

固定式读写器由PC机和读写器设备组成。PC机主要提供人机交互界面，并与读写器进行信息交互，将重要信息存入数据库。

读写器设备由UHF模块、天线转接板、外接FLASH和天线组成。考虑到设备维护、升级的方便性，系统将UHF模块与MCU独立开来，设备通过天线转接板进行4个天线的切换工作。

软件设计包括四个部分：人机交互界面、中间件、读写器固件软件设计和UHF模块软件设计。

人机交互界面：提供用户操作界面，完成货物入库和出库、在库物品保管、在库物品查询、在库物品盘点等作业。

中间件：与读写器进行数据交互，验证各功能正确性，实现数据过滤、模块管理，为人机交互界面提供简化的API接口。

读写器固件：与PC机和UHF模块进行通信，管理UHF模块，天线切换等操作。

UHF模块：完成读写器固件要求的操作，操作标准符合18000-6C或GEN2协议标准。

2.1 人机交互界面软件设计

人机交互界面基于Intemet环境，采用B/S模式进行开发。在Java EE平台上设计并实现的业务包括RFlD通信管理、物品入库管理、物品出库管理、物品在库管理（包括在库物品查询和盘点）、货位优化管理等模块。使整个基于物联网技术的仓储管理系统无缝连接，实现了信息采集、物品识别、后台服务器维护及本地数据库维护等功能。

数据过滤：主要是对用户权限进行限制，不同级别的用户具有不同的操作权限。

入库管理：安置于入库口处的固定式读写器读取货物信息，系统将实际入库信息与预入库信息进行比较，若出现错误，则由系统输出提示信息，由工作人员解决，若无误系统按最佳的储存方式，自动分配库位。操作人员运送货物到指定库位，用手持机读取库位标签信息，核对位置无误后把货物送入库位，改写库位标签内容，最后把入库实况发送回计算机，及时更新库存数据库。

仓位管理：操作人员可查询库内货物信息，并对仓储库位进行优化。

库存管理：获取仓储内库存信息情况。

出库管理：根据出库计划编制出库单，出库单被下载到数据手持终端，操作人员按数据终端提示，到达指定库位，然后用手持机读取库位标签，系统确认为正确库位后，从库位上取出指定的货物，改写库位标签内容。货物运送到出库口处，通过门口的固定式读写器将信息传人管理系统并与出库单进行对比，若无误，则顺利出库，库存量相应减除，若出现错误，则由仓储管理系统输出提示。

2.2 读写器固件软件设计

读写器固件在整个系统中担任着承上启下的作用，除了与PC机和UHF模块进行通信外，还担负着天线在位检测、天线切换、固件升级等工作。其工作流程见图2所示。

3 测试环境搭建及结果分析

测试环境模拟了仓储大门，使用2根钢管分别上下固定了4个8dBi的莱尔德天线，且高位天线向地面60度倾斜，低位天线向地面30度倾斜。

小车推动货物经过天线辐射场区时，操作人员开始启动入库操作，固定式读写器开始搜索标签，并上报给PC机，人机交互界面接收到各货物信息后进行入库验货并进行入库处理。

实验以载体3秒钟通过场区为标准，固定式读写器发射功率为30dBm，采用NXP芯片纸标签粘贴于纸箱子上。

考虑在实际操作中，操作人员可能将货物平方或者竖放的情况，从而导致标签天线辐射面与测试环境中安放的天线辐射面交叉减少，盲区增加，搜索标签失败率增加，具体测试数据见图3的曲线1和2。

在不规范操作情况下，操作人员可能会直接开着货车进入仓储，而货车四周存在挡板，会隔绝天线辐射，使标签无法接收信号，增加失败率。见图3曲线3所示。

实验结果表明，货物出入库操作的成功率受各种因素影响，大致归纳如下：

（1）运送货物载体。部分运送货物载体外壳能屏蔽天线辐射信号（如卡车周围的挡板），合理选择运货载体非常重要。

（2）货物摆放位置。由于天线辐射面存在盲区，因此贴有标签的货物的摆放位置尤为重要，会严重影响货物的识读率。

（3）货物数量及读取时间。当载体经过仓储入口时，如果货物量大且经过时间极短，固定式读写器没有充足的时间识别所有的货物，导致盘点遗漏。

（4）电子标签与货物在材质上的匹配性。根据货物材质，正确搭配好标签，尽量较少反射。

（5）数据的读取和处理。读取和处理速度尽可能快。

4 结束语

基于UHF RFID的仓储管理系统，改变了传统的仓储管理模式，节省了仓储出入库时间，减少了人工操作，提高了仓储工作效率等。但在实际应用中，除文中讨论的问题外，还有安全、隐私等问题，需要更多的深入研究。此外，规范的仓储作业流程、规范的管理制度、专业的操作人员等也是仓储管理系统不可或缺的。相信在不久的将来，随着RFID技术的成熟和规范，会有越来越多的企业使用仓储管理系统，从而产生更加积极的社会效益。

参考文献

[1]张革军，《RFID技术在供应链管理中的应用》[M]，机械工业出版社，2005

[2]王小敏，《基于RFID技术的库存管理系统研究》[D]，对外经济贸易大学，硕士论文，2006

[3]王光辉，《基于RFID技术的自动化仓储管理系统设计》[J]中国水运，2007，5（12）：129-131

[4]赵军辉，《射频识别技术应用》[M]，机械工业出版社，2008，7（1）

[5]丁焕生，《EFID重大工程与国家物联网》（第三版）[M]，机械工业出版社，2012，5

[6]章伟，甘泉，《RFIB标签天线设计仿真及实践》[M]，电子工业出版社，2012，10