基于RFID与地感技术的工厂卸货位管理系统研究

付志远等

摘 要： 为解决工厂卸货位管理混乱，无有效引导信息，卸货周期过长，卸货位利用效率低等实际问题，采用先进的 RFID射频识别技术和地感技术开发了一套工厂卸货位管理系统。从系统的功能模块，系统构架，硬件选择和软件开发几个方面对卸货位管理系统进行了研究，并将该系统在工厂环境进行了运行测试。结果表明该系统实现了预期目标并显示出其在实际应用中的优越性。

关键字： RFID； 地感技术； 卸货位； 管理系统

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）12?0001?03

Abstract： A factory unloading space management system based on RFID and induction coil sensing technology was designed to eliminate the actual phenomena that the factory unloading space management is confusing， there is no useful guide information， unloading cycle is too long and utilization efficiency of unloading location is low. The factory unloading space management system is researched in the aspects of function module， system framework， hardware selection and software development. The operation test of the system was performed in a factory environment. The results show that the system can achieve the desired objectives. The results revealed the system's superiority in practical applications.

Keywords： RFID； induction coil sensing technology； unloading location； management system

0 引 言

随着信息技术的迅猛发展，国民经济赖以生存和发展的制造生产企业的管理水平也在发生着本质性的变化。在传统的制造业企业管理中，卸货位管理混乱，卸货位管理难度大，无有效卸货位信息指引都制约了一个企业的管理水平的提高。图1为某工厂4天的物流车辆卸货等待时间，从图中数据可以看出由于卸货位管理的不足，导致卸货的工作效率低下。

因此，运用先进的技术来解决制造业企业卸货位管理的问题是这些企业的迫切的需求。本文运用RFID技术和地感技术相结合设计的工厂卸货位管理系统可以自动获取卸货位状态和进厂车辆的信息，自动分配卸货位给货车并通过LED信息屏来显示卸货位引导信息。这种方式较传统的管理方式而言，具有高效性和准确性等优点，有很高的实用价值。

1 技术原理及特点

RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术[1]，是指利用电磁波的反射能量进行通信的一种技术[2?3]，具有识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便等特点，被称为21世纪最有发展潜力的技术之一[4]。

射频识别系统包含射频标签、读写器和数据管理系统三部分[5]。其中RFID射频标签由天线和芯片组成，每个标签都有惟一的ID，在实际的应用中，射频标签粘贴在待识别物体的表面；读写器是根据需要并使用相应协议进行读取和写入标签信息的设备，有手持的或者固定的两种；数据管理系统主要完成对数据信息的存储和管理，并可以对标签进行读写的控制。射频标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（非接触）耦合[6]。射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理、军事等领域[7?8]。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，射频识别产品的成本将不断降低，其应用也将越来越广泛。

地感线圈是一个埋在路面下的环形线圈，它通过一个变压器接到被恒流源支持的调谐回路中。有源环形线圈构成LC调谐回路的电感部分，环形线圈和电容组成一个振荡电路，并在线圈周围的空间产生电磁场[9]。金属物体经过埋设在路面的环形线圈时，将导致环形线圈的磁通量变大，线圈的电感值减小从而使LC振荡电路的振荡频率增高，可根据振荡频率的变化来分析得到相应的有用信号。由于地感线圈具有应用简单、成本低、检测准确度高等优点，而被广泛应用于车辆速度检测、车流量检测、交通信号控制等领域[10]。

2 系统设计

2.1 构架设计

根据工厂卸货位管理的实际需求，管理系统的功能需求如下：

（1） 货车标签和卸货位的基础信息管理；

（2） 卸货位信息状态的实时获取，监控；

（3） 货车入厂时，对货车信息进行准确读取，并根据卸货位状态分配卸货位；

（4） LED信息显示屏显示卸货位引导信息。

通过对功能需求分析，系统设计采用三层构架设计，即数据采集层、数据处理层和应用层。具体系统框架图如图2所示。

数据采集层，读写器通过天线读取货车标签信息，地感采集卸货位状态信息；通过简单的数据处理发送数据到数据处理层；

数据处理层，服务器数据库对采集到的有用信息进行处理、存储，并对客户端发送过来的数据操作命令进行数据操作；

应用层，客户端对数据的查询、修改、删除、导出等操作，并通过数据信息对卸货位进行分配，同时把引导信息显示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件选择

读写器选择2.4 GHz读写器，此频段的读写器具有读写距离远，识别率高，抗干扰能力强等特点[11]；电子标签采用有源的主动式电子标签，提高标签的读取率；卸货位采用地感控制器来监控卸货位状态，地感线圈的作用相当于LC振荡回路中的电感L， 当有车辆靠近时，其电感量发生变化，从而引起振荡频率的改变。通过对频率的检测、比较，可以判断卸货位是否被占用[12]，这种方式简单方便，性能良好，且成本较低。卸货位需明确标示出地感线圈的位置，以便车辆准确进入感应区，保证卸货位状态信息获取的准确性。标示方法如图3所示。

2.3 软件设计

根据系统功能需求和构架设计进行软件系统开发，所开发系统的功能架构图如图4所示。

该卸货位管理系统主要分为两个模块：卸货位管理模块和车辆管理模块。卸货位管理模块主要是获取所有卸货位的状态信息。地感控制器根据信号变化来判定该卸货位是否被占用。模块把所有卸货位的状态信息存储到系统中，并把空闲状态的卸货位分配给送货的车辆。车辆管理模块主要是对来工厂的送货车辆进行识别，若为无卡车发出警报，待门卫人员人工处理；若为合法的送货车辆则记录车辆信息和送货时间并自动放行，同时获得系统分配的卸货位。系统通过LED显示屏来显示卸货位引导信息。系统工作流程如图5所示。

3 系统运行测试

系统设计开发完成后，在工厂现场进行试运行测试。卸货位监视情况软件界面如图6所示。

从卸货位监视界面可以清楚地知道各个卸货位的状态信息即空闲、使用中、预约或者故障。在测试中软件系统监视的卸货位状态和实际状态一致，并且当送货车到厂区时，经系统验证是合法送货车辆自动放行并分配卸货位，正确的引导信息显示在LED显示屏上。通过工厂现场实际测试，送货车辆进厂后根据显示屏的引导信息快速找到相应卸货位并开始卸货，卸货等待时间大大减少，卸货效率提高。系统实际测试过程中运行效果良好，实际效果达到设计要求。

4 结 语

本文基于RFID射频识别技术和地感技术研究设计了智能化工厂的卸货位管理系统，该系统具有效率高，管理方便，智能化程度高的特点，实现了卸货位管理的可视化和智能化管理。从根本上解决了以往厂区内卸货位管理混乱，无有效的引导信息，货车卸货周期耗时过长等缺点。文中研究的工厂卸货位管理系统是利用先进技术解决实际问题的又一次成功实践，符合企业智能化工厂的发展需求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] WANT R. An introduction to RFID technology [J]. IEEE Pervasive Computing， 2006， 5（1）： 25?33.

[4] 陶玉芬.RFID技术应用展望[J].电脑应用技术，2007（1）：6?8.

[5] 罗春彬，彭龑，易彬.RFID发展与应用综述[J].通信技术，2009，42（12）：112?114.

[6] 戴清杰，宋军奇，高燕.射频识别技术及应用[J].通信与信息技术，2010（5）：65?67.

[7] 史玉敏，吴春林.射频识别技术（RFID）的研究[J].科技信息，2011（7）：35?36.

[8] WEINSTEIN R. RFID： a technology overview and its application to the enterprise [J]. IT Professional， 2005， 7（30）： 27?33.

[9] 聂岗.检定/校准地感线圈测速系统原理分析[J].中国计量，2010（4）：95?96.

[10] 王树欣，伍湘彬.地感线圈在交通控制领域中的应用[J].电子世界，2005（8）：47?48.

[11] 余雷.基于RFID电子标签的物联网物流管理系统[J].微计算机信息，2006，22（2）：233?235.

[12] 吴汉华.IC卡停车场车辆检测器的原理与地感线圈的安装调试[J].智能建筑与城市信息，2003（2）：60?62.

应用层，客户端对数据的查询、修改、删除、导出等操作，并通过数据信息对卸货位进行分配，同时把引导信息显示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件选择

读写器选择2.4 GHz读写器，此频段的读写器具有读写距离远，识别率高，抗干扰能力强等特点[11]；电子标签采用有源的主动式电子标签，提高标签的读取率；卸货位采用地感控制器来监控卸货位状态，地感线圈的作用相当于LC振荡回路中的电感L， 当有车辆靠近时，其电感量发生变化，从而引起振荡频率的改变。通过对频率的检测、比较，可以判断卸货位是否被占用[12]，这种方式简单方便，性能良好，且成本较低。卸货位需明确标示出地感线圈的位置，以便车辆准确进入感应区，保证卸货位状态信息获取的准确性。标示方法如图3所示。

2.3 软件设计

根据系统功能需求和构架设计进行软件系统开发，所开发系统的功能架构图如图4所示。

该卸货位管理系统主要分为两个模块：卸货位管理模块和车辆管理模块。卸货位管理模块主要是获取所有卸货位的状态信息。地感控制器根据信号变化来判定该卸货位是否被占用。模块把所有卸货位的状态信息存储到系统中，并把空闲状态的卸货位分配给送货的车辆。车辆管理模块主要是对来工厂的送货车辆进行识别，若为无卡车发出警报，待门卫人员人工处理；若为合法的送货车辆则记录车辆信息和送货时间并自动放行，同时获得系统分配的卸货位。系统通过LED显示屏来显示卸货位引导信息。系统工作流程如图5所示。

3 系统运行测试

系统设计开发完成后，在工厂现场进行试运行测试。卸货位监视情况软件界面如图6所示。

从卸货位监视界面可以清楚地知道各个卸货位的状态信息即空闲、使用中、预约或者故障。在测试中软件系统监视的卸货位状态和实际状态一致，并且当送货车到厂区时，经系统验证是合法送货车辆自动放行并分配卸货位，正确的引导信息显示在LED显示屏上。通过工厂现场实际测试，送货车辆进厂后根据显示屏的引导信息快速找到相应卸货位并开始卸货，卸货等待时间大大减少，卸货效率提高。系统实际测试过程中运行效果良好，实际效果达到设计要求。

4 结 语

本文基于RFID射频识别技术和地感技术研究设计了智能化工厂的卸货位管理系统，该系统具有效率高，管理方便，智能化程度高的特点，实现了卸货位管理的可视化和智能化管理。从根本上解决了以往厂区内卸货位管理混乱，无有效的引导信息，货车卸货周期耗时过长等缺点。文中研究的工厂卸货位管理系统是利用先进技术解决实际问题的又一次成功实践，符合企业智能化工厂的发展需求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] WANT R. An introduction to RFID technology [J]. IEEE Pervasive Computing， 2006， 5（1）： 25?33.

[4] 陶玉芬.RFID技术应用展望[J].电脑应用技术，2007（1）：6?8.

[5] 罗春彬，彭龑，易彬.RFID发展与应用综述[J].通信技术，2009，42（12）：112?114.

[6] 戴清杰，宋军奇，高燕.射频识别技术及应用[J].通信与信息技术，2010（5）：65?67.

[7] 史玉敏，吴春林.射频识别技术（RFID）的研究[J].科技信息，2011（7）：35?36.

[8] WEINSTEIN R. RFID： a technology overview and its application to the enterprise [J]. IT Professional， 2005， 7（30）： 27?33.

[9] 聂岗.检定/校准地感线圈测速系统原理分析[J].中国计量，2010（4）：95?96.

[10] 王树欣，伍湘彬.地感线圈在交通控制领域中的应用[J].电子世界，2005（8）：47?48.

[11] 余雷.基于RFID电子标签的物联网物流管理系统[J].微计算机信息，2006，22（2）：233?235.

[12] 吴汉华.IC卡停车场车辆检测器的原理与地感线圈的安装调试[J].智能建筑与城市信息，2003（2）：60?62.

应用层，客户端对数据的查询、修改、删除、导出等操作，并通过数据信息对卸货位进行分配，同时把引导信息显示到LED信息屏幕上。

2.2 硬件选择

读写器选择2.4 GHz读写器，此频段的读写器具有读写距离远，识别率高，抗干扰能力强等特点[11]；电子标签采用有源的主动式电子标签，提高标签的读取率；卸货位采用地感控制器来监控卸货位状态，地感线圈的作用相当于LC振荡回路中的电感L， 当有车辆靠近时，其电感量发生变化，从而引起振荡频率的改变。通过对频率的检测、比较，可以判断卸货位是否被占用[12]，这种方式简单方便，性能良好，且成本较低。卸货位需明确标示出地感线圈的位置，以便车辆准确进入感应区，保证卸货位状态信息获取的准确性。标示方法如图3所示。

2.3 软件设计

根据系统功能需求和构架设计进行软件系统开发，所开发系统的功能架构图如图4所示。

该卸货位管理系统主要分为两个模块：卸货位管理模块和车辆管理模块。卸货位管理模块主要是获取所有卸货位的状态信息。地感控制器根据信号变化来判定该卸货位是否被占用。模块把所有卸货位的状态信息存储到系统中，并把空闲状态的卸货位分配给送货的车辆。车辆管理模块主要是对来工厂的送货车辆进行识别，若为无卡车发出警报，待门卫人员人工处理；若为合法的送货车辆则记录车辆信息和送货时间并自动放行，同时获得系统分配的卸货位。系统通过LED显示屏来显示卸货位引导信息。系统工作流程如图5所示。

3 系统运行测试

系统设计开发完成后，在工厂现场进行试运行测试。卸货位监视情况软件界面如图6所示。

从卸货位监视界面可以清楚地知道各个卸货位的状态信息即空闲、使用中、预约或者故障。在测试中软件系统监视的卸货位状态和实际状态一致，并且当送货车到厂区时，经系统验证是合法送货车辆自动放行并分配卸货位，正确的引导信息显示在LED显示屏上。通过工厂现场实际测试，送货车辆进厂后根据显示屏的引导信息快速找到相应卸货位并开始卸货，卸货等待时间大大减少，卸货效率提高。系统实际测试过程中运行效果良好，实际效果达到设计要求。

4 结 语

本文基于RFID射频识别技术和地感技术研究设计了智能化工厂的卸货位管理系统，该系统具有效率高，管理方便，智能化程度高的特点，实现了卸货位管理的可视化和智能化管理。从根本上解决了以往厂区内卸货位管理混乱，无有效的引导信息，货车卸货周期耗时过长等缺点。文中研究的工厂卸货位管理系统是利用先进技术解决实际问题的又一次成功实践，符合企业智能化工厂的发展需求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] WANT R. An introduction to RFID technology [J]. IEEE Pervasive Computing， 2006， 5（1）： 25?33.

[4] 陶玉芬.RFID技术应用展望[J].电脑应用技术，2007（1）：6?8.

[5] 罗春彬，彭龑，易彬.RFID发展与应用综述[J].通信技术，2009，42（12）：112?114.

[6] 戴清杰，宋军奇，高燕.射频识别技术及应用[J].通信与信息技术，2010（5）：65?67.

[7] 史玉敏，吴春林.射频识别技术（RFID）的研究[J].科技信息，2011（7）：35?36.

[8] WEINSTEIN R. RFID： a technology overview and its application to the enterprise [J]. IT Professional， 2005， 7（30）： 27?33.

[9] 聂岗.检定/校准地感线圈测速系统原理分析[J].中国计量，2010（4）：95?96.

[10] 王树欣，伍湘彬.地感线圈在交通控制领域中的应用[J].电子世界，2005（8）：47?48.

[11] 余雷.基于RFID电子标签的物联网物流管理系统[J].微计算机信息，2006，22（2）：233?235.

[12] 吴汉华.IC卡停车场车辆检测器的原理与地感线圈的安装调试[J].智能建筑与城市信息，2003（2）：60?62.