基于RFID的分中心仓库管理系统设计

黄维铭 林新 周冰 李品斌 曾文钰

（1.广西广播电视技术中心玉林分中心；2.广西广播电视技术中心贵港分中心）

一、引言

近年来，随着广播电视事业的快速发展，由技术中心向分中心分发的工程设备、广播电视备用器件、电线电缆等器材数量日益增加，给分中心的仓库管理增加了不少工作和压力，同时对分中心的仓库管理工作也提出了更高的要求。目前分中心仓库管理模式主要是人工管理模式，即货物的出入库、货物的库存状态等信息均由分中心资产管理员通过整理仓库管理员手抄的纸质表格内容并做好记录后，再由资产管理员本人制作并添加相关信息到Excel中，维护部人员借用或者归还货物均通过QQ群向资产管理员进行报告，整个过程不仅繁琐，而且极易出现差错，对管理的货物相关信息也难以实时更新，当需要进行货物的盘点或统计的时候也十分耗费时间和人力，人工管理的方式已经越来越不能满足事业发展对仓库管理的要求。为此，我们借助物联网应用中的RFID技术用于分中心的仓库管理工作，帮助仓库管理人员方便地完成对仓库的各类货物统计，加快仓库管理自动化的步伐，提高仓库管理的业务处理效率，尽可能地减少仓库管理的重复性和低效性，从而实现了仓库管理的系统化、规范化和自动化，为安全播出提供了坚实可靠的后勤保障。

图1 系统结构拓扑图

二、系统整体设计和功能概述

本文主要以玉林分中心的仓库管理为需求进行分析。目前分中心主要有两个仓库，一个是241台区的备品备件货物仓库，一个是综合部的仪器设备仓库，系统主要工作是对分布于上述两个不同地域的仓库的货物信息进行采集。货物信息主要包括货物到货验收、入库、出库、借用、归还、库存盘点等数据，借助RFID技术采用自动采集的方式，各个仓库点都将采集到的数据传送到后台服务器数据库，提高仓库管理系统中各个环节数据录入的速度和数据一致性、准确性，确保资产管理员能及时准确地掌握库存的真实数据，合理保持和控制仓库中的物件库存。

系统的设计主要由硬件和软件设计两部分构成，硬件部分主要是完成数据的采集和数据网络传输，软件部分主要完成数据的统计分析处理。两个仓库点的每一件货物都具有由收发天线和存储芯片构成的RFID电子标签, 该标签可存储货物的种类、数量等相关信息；在仓库货架上安装固定式读写器和手持式移动阅读器，用于仓库货物数量的监控、定位和自动盘点。每台固定式读写器均配带多支收发天线，每支天线有唯一的地址码；读写器可以和标签远距离通信，读写货物包装表面的 RFID 电子标签所记录的内容，同时读写器可以通过计算机网络等实时上传数据至服务端的数据库。系统结构拓扑图如图1所示。

系统主要有以下五种功能：货物数据采集功能、货物数据信息管理功能、货物查询功能、库存盘点功能以及系统信息管理功能，其中货物数据采集功能通过RFID实现对入库和出库的货物数据的采集操作；货物数据信息管理功能对采集来的货物数据进行管理，将货物的初始编码数据信息输入到系统后台数据库中，做到每一件货物对应数据库中相应列表字段唯一的 ID 号；货物查询功能是对每件货物的实时状态和出入库时间快速查询的功能；库存盘点功能可定期完成对在库货物器材的清点，仓库中每件装备的标签 ID号都与数据库中的编码信息建立了一一对应的映射，通过计算机遍历查找，能够减少人为盘点货物的工作量，增加工作的精确性以及高效性；系统信息管理功能主要是对系统的配置信息进行设置，如添加、删除系统用户、设置用户权限、设置系统操作日志等。

软件使用C#编程工具开发，使用三层软件架构设计，如图2所示。

图2 架构设计图

由于本系统处理的货物数据量较大，故对系统进行数据库设计的时候首先对货物数据进行建模，使用E-R图进行描述，通过逻辑结构设计分析，建立了职工信息表，货架代码表，货物信息表，货物入库表，货物出库表，现有库存表，系统操作日志表等。

三、系统的实现

系统的实现主要包括系统网络通信架构和系统各个主要功能模块的实现，其中前者的实现关键考虑是分布式，涉及到仓库点的整体布局、数据采集设备、网络设备的部署和软件网络编程，如仓库点的整体布局包括货架的放置、分拣区和工作区，如可以按照广播电视器材的分类或者工程用途等对货架区进行归类，科学合理的仓库布局能提升管理的高效性，同时也为后续的开发设计提供便捷。数据采集设备实现通过 RFID 天线读取货物上的电子标签，然后将其传递给射频模块中的 MCU 进行数据的处理及操作，处理后的数据由模块的URAT接口传输给上位机，上位机通过调用 API 函数把该货物射频标签的信息以TCP/IP的格式把数据进行封装以便在网络中传输。考虑到读写速度和通信接口两个因素，选择读写器采用MFRC522模块，它支持双向数据传输速率高达424kbit/s，并且支持丰富的接口， MFRC522模块管脚定义如图3所示。

网络设备我们选择带路由功能的H3C-S5120V2-20P-LI三层交换机。

本系统使用C#编程软件工具中的Socket网络编程，数据库的操作通过实例化类SqlConnection、SqlDataReader、SqlCommand、SqlDataAdapter 等实现。系统后台数据库使用Microsoft SQL Server 2012。连接数据库的部分关键代码如下：

图3 MFRC522模块管脚定义

四、安装和调试

系统的安装调试工作包括每件货物的电子标签、读写器的安装以及读写器上位机软件的调试，网络设备的网络配置，软件设置等。读写器上位机软件配置调试的参数主要有通信COM号，波特率，工作频率，输出功率等，大类读写器具体配置如图4所示。本系统的关键是对货物数据的采集，因此电子标签和读写器的安装显得尤其重要，系统安装和调试的过程中需要考虑的几个关键问题 ：（一）固定式读写器的天线功率对识别电子标签的影响；（二）广播电视台区强大的中波电磁场是否影响读写器发出的RF信号；（三）读写器的信号是否覆盖对应的货物，确保电子标签的信号能被完整准确读写；（四）读写器的天线参数选择是否合适，以便确保读写器与电子标签之间通信正常，避免出现误读和漏读电子标签，保证数据采集功能和出入库操作记录功能的完整实现等等。

图4 大类读写器上位机配置

系统软件设置需结合网络设备的网络配置进行联调联试，实现整个链路的正常通信。在仓库的客户端PC上点击运行系统，如设备的各个端口号，IP 地址配置正确，即可正常登陆，通过输入查询的某一货物现在的库存状态，可以通过观看判断系统返回的结果验证是否与服务器通信正常。系统登录界面如图5所示，系统主界面如图6所示，货物库存查询界面如图7所示。由于篇幅有限，仅展示系统运行调试的部分截图。

图5 系统登录界面

图6 系统主界面

图7 货物库存查询界面

五、结束语

为了提高分中心仓库货物的管理效率，我们提出和设计了基于RFID仓库货物管理系统。通过对系统的进行初步测试，验证了基于RFID的分中心仓库货物管理系统的可行性，基本达到了预期的效果，后期将对系统进行分布式设计，采样更多仓库点的货物管理信息，实现大型网络管理模式。后期不断扩展和完善系统的功能，可以考虑增加采集仓库的环境参数，如温度，湿度，烟雾浓度等，通过设定仓库的环境参数阈值，实现自动开启空调等保证仓库货物安全存放环境条件的设备，同时可以实现防火防潮等联动告警。