向安军，毛旭阳，王思杰，黄乙航，孙益鑫，徐素莉

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471000)

0 引言

随着目前我国经济互联网化和网络购物的蓬勃发展，高校学生逐渐发展为网络购物的主要消费群体，高校物流也成为了各大校园快递物流企业至关重要的市场。目前传统化的校园快递物流公司，货物入库取件的工作模式通常为使用多种不同纸质条形码、一次扫描条形码取件处理方式，一次扫描方式只能对一个条形码进行一次单据扫描，不能多次重复，入库取件排队工作时间相对较长，效率低下。由于该类条形码在实际生活使用中，受环境影响大，若发生包装破损，可能会直接导致该类物品本身无法准确进行识别。另一方面，条形码本身，只能存储少量的物品相关信息量，只能显示标识一类的具体类型物品。

因此，引进RFID技术来提高货物的出入库效率、物流追踪信息的自动化是有必要的。RFID技术已经被广泛运用，例如在高速公路上、在交通管理中、在快递跟踪中、在货物记录中、在航空行李管理中、在防盗车系统中。人们需要标签，以获得更多的信息，追踪标签的位置，也就是说，如果将物联网与人体相比较,RFID可以被看作是"眼睛"，用读卡器识别物体，实现对整个物体的监控。基于此，我们设计了基于RFID的校园快递管理系统，能够实现快递实时追踪，快速入库、盘点以及位置引导，方便学生快速、准确的完成取件。

1 快递管理系统

系统主要管理功能可以分为：驿站快递管理入库配送业务管理，库存发货业务管理，出库发货业务管理三个组成部分。系统结构设计如图1所示。

图1 快递管理系统基本组成

在大型驿站储物货架上通过内部安装固定式阅读器，对各个驿站管理区域的货品信息数据进行实时自动检测。当多个驿站货品被同时运输到达驿站后，RFID电子标签进入驿站货品信息读写器读写范围，读写器便会自动扫描，将获得的货品相关数据传递到驿站系统进行自动记录入库。货品入库登记后，通过货架上的固定式读写器完成货物的自动清点，并对货物的库区位置信息进行编码并上传数据库，数据库对货物的位置信息以及存储情况进行处理，自动向用户发送货物存取位置，实现智能化库存管理。并且在出口处设立出库闸口，用户凭借短信内的货物存取位置可以快速的找到货物并进行确认，货物进入出口处的固定式读写器范围后，读写器采取货物电子标签信息并上传数据库，用户通过在接触式读卡器匹配校园卡或扫描二维码等措施进行货品配对，在数据库完成出库管理。通过驿站管理局域网，将驿站货品相关信息数据及时自动发送给各个驿站货品数据库，并由驿站管理员与驿站管理系统一并对驿站货品信息数据进行比对，可以有效地节省大量货物运输管理时间，并且可以使所需要记录的驿站货品相关信息完整准确[1]。

2 系统硬件设计

系统的硬件系统主要分为控制模块，ZigBee无线通信模块，射频模块等。通过射频模块读取快递信息，再由无线通信模块ZigBee技术与控制模块进行数据传输，控制模块对快递信息进行录入以及整理。

当快递进入平台射频产品磁场后,硬件系统内射频模块将自动读取到由转写器控制驱动主机发出的一个产品有关射频磁场能量控制信号,凭借通过射频磁场感应器的射频电流所控制驱动发出获得的产品射频磁场能量从而自动发送或直接输出当时已经存储在平台主机内部芯片中央硬盘系统中的产品有关中央产品中的射频能量信息,读取转写器通过主机读取有关产品射频信息并对其进行射频解码后,通过ZigBee无线通信模块发送至STM32W108控制芯片硬盘中央产品射频信息处理系统中并同时进行其他人的有关产品射频信息数据处理。原理图如图2所示。

图2 系统硬件原理图

2.1 控制模块

控制模块系统核心模块控制核心芯片采用ST公司最新技术推出的完全实现人机交互集成的一个HZSTM32W108系统核心控制级别的核心模块芯片，该控制系统核心模块芯片，其技术成本区别于其他2.4ghzsoc控制核心模块芯片的主要技术成本。优势主要体现为：1) 在始终能够保持低功耗的技术成本优势前提下，采用了32位HZSARMCORTEX-M3处理器模块作为整个控制系统核心,具有更强大的通信数据处理性和运算控制能力。2) 控制核心模块芯片内部直接额外带有一个8 dpa的射频信号功放,发射功率最高精度可达+7 dbm,不再需要在外部添加射频信号功放，就可以使其具有较大的通信网络性和通信数据传输执行距离。3) 核心模块芯片内部已经固化了802.15.4 mac、ZigBee、Rf4CE等多个网络协议栈,摆脱了WIFE、蓝牙的传统局限性。直接使用芯片内部的多个网络协议栈与射频模块进行通信，传递速度更快，传递精准度更高[2]。STM32W108的引脚定义如图3所示。

图3 STM32W108电路图

2.2 无线通信模块

无线通信模块利用STM32W108芯片内部固化了经过ZigBee Alliance认证的ZigBee 2007Pro协议栈，通过屏蔽部分的寄存器，直接利用协议栈提供的API进行网络开发，实现与上位机的无线通信。ZigBee能在15 ms内激活，时间延迟非常低，因此ZigBee能从在睡眠状态迅速转变为活动状态，将射频模块收集到的信息迅速地传递到主机中，控制模块对信息进行处理并发出命令。

2.3 射频模块

射频芯片模块主要设计采用以IMPINJ-R2000芯片模块为主的超高频数据读写处理模块，将文字数据从射频数据采集处理模块中高速读出，再经由射频无线通信控制模块高速传输送到上位机,存入系统,完成数据处理的核心工作[3]。R2000芯片,其器件体积小,功耗低,所需最大输入功率小,具有超高载波灵敏度，使用ALOHA防抖动碰撞控制算法,具有超高载波抖动抑制保护能力的超高频数字读写控制能力[4]。

2.4 功率放大模块

功率放大模块电路图如图4所示。IMPINJ-R2000芯片内部自带功率放大器，但输出功率只有+5dBm，因此读写距离无法达到实际应用的需求。本读写器系统设计了外部功率放大模块，用来提高射频电路的输出功率，提高后的输出功率最大约为+30 dBm，读写范围大大增加，能很好的满足实际需求。

图4 功率放大模块电路图

3 系统软件设计

3.1 程序流程

选用C语言作为应用开发工具。系统软件主要由六个模块组成，分别是：快递信息管理模块，出入库管理模块，阅读器阅读管理模块，设备及标签检测模块，库存报警模块和库存信息查询模块。系统主程序流程如图5所示。根据用户信息的不同，在用户管理模块有些不同，对于库存管理模块则完全相同。

3.2 防碰撞算法

当有多个PICC(RFID电子标签)在PCD天线有效探测范围内时将会发生冲突。此时运行防碰撞程序，可确保每个PICC均能被准确识别。假设在PCD的检测范围内有N个数PICC，PCD可以检测到它们序列号的冲突位，并通过发送防碰撞指令的方式使N-1个PICC保持屏蔽状态，最后一个PICC得到发出全部序列号并与该PCD保持通讯的权限，然后在PCD的控制下使该PICC处于几秒钟的HALT(暂停)状态。至此，第一次防碰撞循环完成。依此类推，经过N-2次防碰撞循环即可完成其余N-1个PICC的读操作。

图5 主程序流程图

4 结论

本文利用RFID技术代替条形码识别来提高快递的识别效率,同时采用集成度较高的R2000读写器芯片，该芯片功能强大，内部集成了大多数的元器件，也是唯一具有载波抑制功能的读写芯片，满足了对产品小型化的需求。对在校园快递管理背景下的快递出入库管理、清点、货位统计、位置引导等方面进行设计,证明了RFID技术在出入库、清点等环节能够提高作业效率,同时可以解决货位、快递单次出库引起的问题。利用RFID技术对货品的扫描、查找、统计、查对都是自动进行,有效地减少了工作流程，提高了工作质量。