王治

（杭州应用声学研究所，浙江杭州，310013）

1 系统结构与组成

1.1 系统结构

系统如图1所示，由标签打印机、无源RFID标签、RFID阅读器、计算机服务器四个部分组成。服务器设置物料名称、图号等信息，通过网口将信息传给标签打印机打印无线射频电子标签。打印机采用机器智能学习算法，可以避免误读、误写、重读、重写等现象，无需担心标签打印错误情况发生。

图1 系统硬件架构

RFID阅读器与服务器通过网口进行连接，服务器远程发出指令后，RFID阅读器开始工作，经防碰撞算法解析后，读取保存在RFID标签中的信息，将其回传给服务器，在客户端软件上进行操作，完成各项工作。

因此，我们可以从数据采集处理流程上，将此系统划分为三个部分，首先是第一层：数据采集层，通过RFID阅读器发送无线射频信号，识别到RFID标签种芯片ID号，完成数据的采集，并将其通过网络发送给服务器；第二层是数据处理层，服务器对采集来的数据进行筛选，识别其是否为正常标签ID，即：是否存在货物已出库但标签任存在，是否出现ID号冲突，并与数据库已经存有的标签ID号就行比照；第三层为应用层，编写上位机软件，通过软件进行各项操作，从而仓库管理整个流程。

1.2 系统硬件组成

1.2.1 RFID设备

包括RFID标签打印机、柔性无源RFID标签、RFID读写器。RFID标签选择抗金属型、工作频率为915MHz的无源标签，容量不低于512bit，尺寸于设备铭牌相同，厚度一般在4mm以下。

RFID标签打印机选择型号ZminX1iD的标签打印机，该打印机的分辨率为300DPI，满足日常打印要求，支持 Code 39、Code128、Code93、Data Matrix，PDF417、QR等二维码打印，最大打印宽度高达106mm，如图2所示。

图2 ZminX1iD标签打印机

1.2.2 服务器

图3 系统软件架构

计算机服务器通过网口于阅读器和打印机相连，承载着管理仓库管理系统。

1.3 系统软件

本系统使用Delphi 10.1来完成软件开发，系统模式为C/S模式，使用Object Pascal语言编程，应用平台兼容Windows XP以上版本操作系统。

致谢：感谢EvelyIle Barbin、Bjørn Smestad及Hans Niels Jahnke在此文撰写过程中给予的指导和帮助．

2 系统实施

本系统主要由仓库管理系统和监测系统组成，整体架构如下图所示。仓库管理系统接收出出库、入库、移库、盘点及日常巡检等任务，并将任务分解成可执行的具体行为下达给监测系统。监测系统接收仓库管理系统下达的要求，并实施监测完成情况。在完成一系列活动后，按要求生成出库单、入库单、移库单、巡检单等单据存储起来代查，RFID系统会对新入库物料进行标签打印和标签与物料信息的绑定，然后通过RFID阅读器完成之后的工作，并将操作结果反馈给仓库管理系统。

2.1 入库管理流程实现

货物入库时需要进行货品信息录入、检验并放置货品、产生入库单等多项操作,主要流程如图4所示。

图4 入库管理流程

（1）物料需求。采购部门与供应商按相关生产计划确保相应的物料需求，并保证物料可以运送至仓库，并由采购部门对物料进行信息核对、数量清点后，交给仓库管理人员。

生产部门按计划生产相应产品，并将检验合格的产品也移送至仓库成品库中存放，由仓库管理人员进行信息核对、清点。

（2）规划仓库库位。针对仓库的实际情况进行划分，格式按照库号+货架号+层数形成库位号，其中，库号为两位十六进制数，货架号为四位十六进制数，层数为一位十六进制数。并在客户端以平面图的形式显示各库位、货架位置，方便用户对货架进行快速查找与定位。

（3）制作标签。在物料进仓库时，系统针对物料名称、型号和品种识别码等，生成统一格式的标签，将标签格式发送给RFID标签打印机进行标签打印。打印完成后，将标签贴在物料的外包装上。同时确定物料摆放的位置，记下库位号。

（4）扫描入库。用RFID阅读器扫描第三步生成的RFID标签，将会在客户端上显示该标签的唯一标识码，将此唯一标识码与库位号、物料名称、型号、品种标识码等关联起来，同时输入物料数量、生产日期、生产批次、生产厂家、入库时间等信息，全部存在数据库。在确定入库之后，系统自动生成一张以“时间戳+物料品种标识码”为标题的入库单存档，方便以后进行问题追溯与历史查询。

2.2 出库管理流程实现

货物出库流程是入库流程的逆过程，需进行生成出库单、提取货物、确认出库等操作。流程如图5所示。

图5 出库管理流程

（2）生成出库单。仓库管理员根据物资领用申请单上的物料名称、型号、数量等信息，生成出库单。提货时，系统根据出库物料的名称、型号及数量，查询到所有目标物料的信息，包括入库批次、同批入库物料数量、入库时间等，将最先入库的目标物料判定为最优先出库物料，即“先进先出”原则，同时在平面图上显示该物料所在位置，指导仓库管理员到指定位置提货。

（3）扫描出库。仓库管理员到达指定位置领取物料后，使用RFID读写器扫描物料包装上的RFID标签，将扫描到的标签信息发送给计算机服务器，程序会自动将标签信息与出库单进行比较，如果核验无误，则显示“允许出库”标识，管理员点击该标识后，即可完成出库；如果校验不正确，则显示“不允许出库”,此时，管理员需检查物料是否为需出库物料。

同时，在仓库门口搭建有电磁防盗护栏。此护栏是对出库物品进行二次核验。如果防护栏识别到的出门物品的RFID标签信息与服务器要求出库物料信息一致，则会发出“滴”的一声，并闪绿灯。否则，则会一直发出“滴滴滴滴”声并闪红灯。

2.3 在库管理实现

在货物未出库的时间段内，需要工作人员定期对货物进行清点。管理人员使用RFID阅读器扫描标签获取每个货位上的货物信息，并跟实物数量进行对比。如果物品种类、数量信息不一致，则更新货物最新信息到仓库的数据库中，并对缺省物料去向进行追踪，防止出现物料丢失情况发生。

3 关键技术

3.1 系统功耗

3.1.1 电磁防盗护栏低功耗设计

电子防护栏主要电路如图6所示。VTX1接读卡天线，VADC接MCU的AD引脚，电场打开200uS后，做AD采集，利用有卡和无卡AD采集的结果不同判断卡片是否存在。进入低功耗前先进行读取VADC值操作，然后将读取的值保存起来。低功耗下每500ms唤醒一次程序，打开读卡天线，检测AD值有没有变化，如果变化比较大代表有卡靠近，否则就是没有卡，继续睡眠。为了防止环境变量的干扰，可以每五次或者十次更新一次用作对比的阈值（结果取平均值），保障电磁防盗护栏长效运行。

图6 电磁防盗护栏核心电路图

3.1.2 RFID阅读器低功耗设计

由于在设计中并不是所有的模块都同时工作，而是在某一个状态下，只开启一个或几个模块，其他模块处于关闭状态，所以如果有效组织模块的开关，将会减少寄存器的开关翻转动作。设计中利用有限状态机根据不同的指令和状态转换开启不同的模块来完成数据的处理要求和存储操作：当接收前向数据时，开启编码器、CRC计算/校验、和串并转换;当处理数据时，开启模块有限状态控制机、静默计数器、随机数产生器;当返回数据时，开启模块有限状态控制机、数据输出控制端、编码器其他模块关闭。

3.2 防碰撞算法

很多标签同时处于阅读器的有效工作区内时，可能会发生多个标签同时发送信号的情况，这时要求阅读器能在很短的时间内识别多个标签，由于阅读器和标签通信共享无线信道，阅读器或标签的信号可能发生信道争用，信号互相干扰等问题，使阅读器不能正确识别标签。采用帧时隙Aloha算法，将N个时隙组合成一帧，其中时隙长度固定，一帧中所包含的时隙数也固定。在整个识别过程中不改变帧的大小，每一帧的最大时隙数N 默认。帧中每个时隙都足够一个发送端向接收端发送完自身的ID信息。发送端随机选择N个时隙中的一个与接收端通信，一旦发生碰撞则等到下一帧的时候再随机选择时隙重发。而不是随机延迟若干时隙后重发。这样每个发送端在每一个帧中只占用一个时隙进行通信，在同一帧中，同一个发送端不会重复发送数据。这样不仅避免了不完全碰撞造成的冲突，而且简化了随机退避时间的选择机制。

4 结束语

基于无源RFID技术的仓库物料编码及信息管理系统有如下几个优势：①可视化的仓库库位，实现仓库物料的“先进先出”，避免了旧物囤积、新货最先出库的问题；②减少人力成本的同时，也提高了工作效率，标准化仓库操作流程提高企业管理水平等。

经测试，本系统能正常运行，并达到预期效果。单一RFID设备价格过高以及企业自身的信息化应用程度是制约企业对RFID仓库管理系统应用的一个重要因素。无源RFID定位需要在场地中布置大量的定位器以及全向读写器，小规模公司无法支撑整个系统的搭建。同时，现阶段货物在仓库的移动检测和定位到库位主要还是通过人力去输入数据，效率大大降低。但随着科技的日益发展及快速更新换代，标签成本终会降低，同时伴随着智能机器人的逐渐普及，将机器人取货移库与仓库关联相结合，基于RFID的仓库管理将会更加智能。