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基于射頻識別技術(shù)的商品物流跟蹤與倉儲系統設計論文
引 言
基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉儲管理系統是不同于傳統物流跟蹤與倉儲管理系統的一種新生管理系統。其是將現在新興的 RFID 無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)融入到物流倉儲行業(yè)而誕生的產(chǎn)物�；� RFID 的商品物流跟蹤與倉儲管理系統并不是第一個(gè)與傳統條碼掃描系統不同的概念[1].早在前幾年，公交卡、食堂卡就使用了相關(guān)的射頻技術(shù)，而最近相關(guān)公司開(kāi)發(fā)的基于RFID 的食品溯源系統、未來(lái)超市系統等都是類(lèi)似的概念。隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆炸型增長(cháng)，人們對物流的要求也越來(lái)越高，而這種新興的基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉儲管理系統可以很大程度上減少物流在出入庫與物流跟蹤時(shí)所花費的時(shí)間，極大地提高了物流的配送以及信息更新的速度[2].
本設計采用 RFID 讀寫(xiě)器為前端采集模塊，在 PC上開(kāi)發(fā)信息處理系統，通過(guò) RFID 讀寫(xiě)器與 RFID 天線(xiàn)的組合對商場(chǎng)里的商品進(jìn)行識別、跟蹤與管理，以完成對供應鏈條各個(gè)環(huán)節的信息捕獲、傳輸和存儲，從而實(shí)現對商品的物流跟蹤、收貨、入庫、盤(pán)點(diǎn)、出庫、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節的信息管理[3].
本設計的商品物流跟蹤與倉儲管理系統可以滿(mǎn)足用戶(hù)在倉庫中的快速盤(pán)點(diǎn)、遠程讀取、穿透讀取等方面的基本要求。
本設計的軟件平臺和硬件平臺都是針對某些特定功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)設計的，功能上有一定的針對性和獨立性。RFID 讀寫(xiě)器的遠距離、穿透性給如今的物流倉儲提供了方便、快捷、高效的處理方式，而且通過(guò)讀寫(xiě)器與處理系統可以對 RFID 標簽所對應的信息進(jìn)行增刪改查操作[4].由于其具有遠程穿透讀取功能，可以為出入庫節省大量時(shí)間，并且所有出入庫的信息都將保存在處理系統之中，方便查詢(xún)調閱。
在本設計中，相對于傳統的條碼掃描系統，該系統的運用主要有以下三大優(yōu)點(diǎn)：第一點(diǎn)，掃描效率高。使用該系統可以同時(shí)掃描并讀取多個(gè)物品的相關(guān)信息，大大提高了出入庫以及記錄的效率 ;第二點(diǎn)，RFID 標簽相對于條碼標簽來(lái)說(shuō)，它的抗污染能力更強、耐久性更高、掃描速度更快，并且 RFID電子標簽在穿透性、數據容量、安全性、重用性等方面都具有很大的優(yōu)勢[5]；第三點(diǎn)，RFID 可以用于物流過(guò)程的自動(dòng)化管理，提高物流數據采集的實(shí)時(shí)性和物流管理的高效性，保障數據的安全。
綜上所述，基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉儲管理系統擁有著(zhù)巨大的發(fā)展前景，它不僅在使用和理論研究方面有著(zhù)較高的價(jià)值，而且讓物流行業(yè)的發(fā)展趨勢和人們所關(guān)心的高效、迅速、便捷的生活方式相接軌。
1 系統整體設計
商品物流跟蹤與倉儲管理系統可以分為硬件設置和系統功能兩個(gè)模塊。其中，硬件設置可以分為串口選擇模塊、波特率設置模塊與讀寫(xiě)器功率設置模塊三個(gè)小模塊，而系統功能模塊可以分為商品識別模塊、物流跟蹤模塊、商品入庫模塊、商品盤(pán)點(diǎn)模塊、商品出庫模塊以及銷(xiāo)售記錄模塊六個(gè)小模塊。
具體的系統功能如圖1所示。
1.1 需求分析
如今，大多數的物流公司在商品的出入庫管理和商品的物流跟蹤上采用的還是傳統的條形碼掃描系統，這種系統不僅效率低，條形碼還容易損壞，嚴重拉低了物流的運送速度。并且在網(wǎng)上更新物流信息時(shí)，還需要手動(dòng)添加，經(jīng)常會(huì )有很久不更新物流信息的時(shí)候，對用戶(hù)造成很不好的影響。物流信息無(wú)法及時(shí)更新、出入庫緩慢、倉儲管理繁瑣等這些都是制約如今物流發(fā)展的重要因素，想要物流提速，必須要解決這方面的問(wèn)題[6].
為了可以在最大程度上為物流提速，所以理想化中的物流跟蹤與倉儲管理系統是需要在環(huán)境搭建好之后，能夠及時(shí)、快速、高效的讀取需要出入庫物品的信息，并保存數據，并且能對商品所到的各個(gè)地方進(jìn)行跟蹤和信息管理。在此基礎上，可以添加網(wǎng)絡(luò )信息同步的功能，將各個(gè)物流倉儲地方的信息同步到一起，方便做數據分析和總體的管理，并且需要在商品入庫的時(shí)候及時(shí)在網(wǎng)上更新物流信息，使用戶(hù)在最快的時(shí)間內得到最新的商品物流信息。
1.2 整體方案設計
本設計是使用 RFID 技術(shù)實(shí)現的物流跟蹤與倉儲管理系統，該系統將 C#、RFID 射頻技術(shù)與數據庫相結合，通過(guò)超高頻 RFID 讀寫(xiě)器讀取出入庫時(shí)的物品信息，通過(guò)數據管理系統將獲取到的數據存儲到數據庫中。使用戶(hù)能夠快速、實(shí)時(shí)的了解到所購買(mǎi)商品的出入庫的具體信息。
圖 2 所示為系統整體架構圖，物流跟蹤倉儲管理系統主要是由 RFID 電子標簽、超高頻 RFID 讀寫(xiě)器、數據管理系統和上位機等部分組成。超高頻 RFID 讀寫(xiě)器與天線(xiàn)放置在商品存儲的倉庫門(mén)上，主要負責掃描讀取商品上的 RFID 標簽，并將信息反饋到管理系統中。當大量的電子標簽同時(shí)到達讀寫(xiě)器的讀取范圍時(shí)，讀寫(xiě)器會(huì )同時(shí)讀取多枚標簽的信息，使物品的出入庫時(shí)間更加快捷、方便。而當物品每到達一個(gè)物流轉發(fā)中心時(shí)，都會(huì )記錄下該地址信息，在之后到達下一個(gè)轉發(fā)中心時(shí)，就可以查詢(xún)到該商品經(jīng)過(guò)了哪些轉發(fā)中心，經(jīng)過(guò)的路程是怎樣的。這可以使我們更加直觀(guān)地了解到物流的整個(gè)過(guò)程。
2 系統硬件設計
2.1 RFID 技術(shù)
RFID 技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，該技術(shù)能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號識別一些特定的對象，并且能夠對其中的信息進(jìn)行讀寫(xiě)操作。無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)類(lèi)似于條形碼掃描技術(shù)，對于條形碼掃描技術(shù)而言，它是將已經(jīng)制作完成的條形碼粘貼在確定的物體上，并使用專(zhuān)門(mén)的條形碼掃描讀寫(xiě)器將條形碼中的信息讀取出來(lái)，該讀寫(xiě)器讀取的信息是由光信號來(lái)傳遞的。而無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)（RFID）的掃描識別用的是其開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)使用的 RFID 讀寫(xiě)器，該技術(shù)使用的標簽也是專(zhuān)門(mén)制作的、能夠附著(zhù)在物體上面的電子標簽。該掃描識別技術(shù)是使用頻率信號將標簽中的信息由標簽通過(guò)天線(xiàn)傳到射頻識別讀寫(xiě)器中。從結構上來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)，即 RFID 是一種比較簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統，它是由兩個(gè)基本的器件組成。RFID 系統可以用來(lái)檢測物體、控制物體以及跟蹤物體。該系統是由一個(gè)詢(xún)問(wèn)器和多個(gè)應答器組成[7].
2.2 RFID 讀寫(xiě)器模塊
無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)可以不接觸對象物品，只通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號來(lái)識別目標物品的信息，并獲取其中的有關(guān)數據。該系統工作時(shí)不需要人工操控，惡劣的環(huán)境不會(huì )對其工作造成影響，并且操作方式方便、簡(jiǎn)單、快捷。RFID 讀寫(xiě)器必須與 RFID天線(xiàn)配合起來(lái)才能夠正常工作并讀取標簽中的數據信息。圖 3所示為 RFID 在系統中常見(jiàn)的工作流程[8].
RFID 讀寫(xiě)器工作的基本原理并不復雜 :RFID 標簽進(jìn)入RFID 讀寫(xiě)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，接收到讀寫(xiě)器發(fā)出的無(wú)線(xiàn)射頻信號，憑借著(zhù)在標簽線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應電流獲得足夠的能量，將存儲在芯片中的數據信息發(fā)送給讀寫(xiě)器（無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽，Passive Tag），或者自身主動(dòng)的發(fā)送出模--頻率的信號（有源標簽或主動(dòng)標簽，Active Tag）；RFID 讀寫(xiě)器讀取 RFID 電子標簽中存儲的相關(guān)信息，進(jìn)行解碼后，發(fā)送到信息處理系統中進(jìn)行相關(guān)的數據信息處理[9-11].其主要應用在物流跟蹤、倉儲管理、門(mén)禁考勤等領(lǐng)域。
2.3 RFID 標簽介紹
耦合元件和芯片是組成無(wú)線(xiàn)射頻電子標簽的兩個(gè)重要部分，任意一個(gè) RFID 標簽在被生產(chǎn)出來(lái)的時(shí)候，都會(huì )被賦予了一個(gè)全球唯一的電子編碼，將其粘貼在物體上，可以唯一的標識目標物品，俗稱(chēng)電子標簽或者智能標簽。RFID 標簽主要可以分為主動(dòng)標簽，半主動(dòng)標簽（也稱(chēng)作半被動(dòng)標簽），以及被動(dòng)標簽三大類(lèi)。也有人把它分成有源、半有源和無(wú)源三大類(lèi)標簽[12].被動(dòng)式電子標簽是沒(méi)有內置電源為其供電的。該電子標簽內部集成電路的驅動(dòng)是通過(guò)接收 RFID 讀寫(xiě)器發(fā)出的電磁波完成的。當足夠強度的電磁波被 RFID 電子標簽接收到時(shí)，其就可以向 RFID 讀寫(xiě)器發(fā)送存儲在其中的數據信息。
這些數據信息不僅包括該電子標簽唯一的 ID 號，還包括之前預存在電子標簽內 E2PROM 中的數據信息。不需要電源、價(jià)格便宜、體積輕薄都是被動(dòng)式標簽的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的電子標簽以無(wú)源電子標簽為主。半主動(dòng)標簽類(lèi)似于被動(dòng)標簽，但是他比被動(dòng)標簽多了一個(gè)用來(lái)驅動(dòng)標簽 IC 的小型電池，能夠使 IC 處在工作狀態(tài)。這樣，天線(xiàn)就可以用來(lái)充分的回傳信號，而不必去管電磁波的接收任務(wù)。半主動(dòng)式標簽的反應速度比被動(dòng)式標簽更快，效率比被動(dòng)式標簽更高。
3 系統軟件設計
3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言介紹
本設計的系統界面開(kāi)發(fā)，使用的是一款名為 Microsoft Visual Studio 2013C# 的開(kāi)發(fā)軟件。Visual Studio 2013 是微軟公司推出的 C# 開(kāi)發(fā)環(huán)境，是目前最流行的桌面應用程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Visual Studio 2013 是一個(gè)做界面設計非常簡(jiǎn)單的軟件開(kāi)發(fā)工具。它的主要功能就是將"面向對象的編程語(yǔ)言"在開(kāi)發(fā)環(huán)境中轉化為"面向機器的簡(jiǎn)單語(yǔ)言".該環(huán)境在系統界面設計方面都是可視化的，并且還有面向個(gè)人開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)版，該版本為獨立開(kāi)發(fā)人員提供集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、專(zhuān)業(yè)的開(kāi)發(fā)平臺以及實(shí)用的測試工具等。
3.2 串口操作界面設計
串口操作界面功能包括串口號的顯示的串口波特率的顯示，并添加了"打開(kāi)"、"關(guān)閉"的功能按鈕。信息顯示框將會(huì )顯示操作過(guò)程中的反饋信息，而且在信息框中可以通過(guò)點(diǎn)擊"清空"按鈕，對信息框中的信息進(jìn)行清空操作。商品物流跟蹤與倉儲管理系統的串口操作界面如圖 4 所示。
3.3 物流跟蹤與倉儲管理界面設計
物流跟蹤與倉儲管理界面所包含的功能主要有"商品識別"、"物流追蹤"、"商品入庫"、"庫存盤(pán)點(diǎn)"、"物品出庫"、"銷(xiāo)售記錄"等。
3.3.1 商品識別模塊
商品識別，就是將貼有電子標簽的物品放置在 RFID 讀卡器可以讀到的范圍之內，讀卡器可以將標簽中的序號讀出，并顯示在標簽序號一欄里，之后會(huì )將標簽的序號與數據庫中的信息對比，將與其綁定的物品編號、物品名稱(chēng)以及圖片從數據庫中讀取并展示在商品識別里。具體如圖 5 所示。
3.3.2 物流跟蹤模塊
物流跟蹤則是當貼有電子標簽的物品進(jìn)入到物流中轉站時(shí)，點(diǎn)擊記錄物流信息，該物品經(jīng)過(guò)的中轉站信息就會(huì )被記錄到數據庫中。之后可以在入庫、出庫中看到物品經(jīng)過(guò)的物流中轉站。具體如圖 6 所示。
3.3.3 商品入庫模塊
入庫，是當有商品需要入庫時(shí)，點(diǎn)擊讀取，即可讀取到商品上粘貼的電子標簽的序號，然后在下面的物品編號、物品名稱(chēng)、物品數量里填入該物品的相關(guān)信息，點(diǎn)擊瀏覽，上傳該物品的圖片，點(diǎn)擊添加，將填寫(xiě)的信息添加至數據庫中，之后在商品識別和出庫中就可以識別出該商品的相關(guān)信息。
3.3.4 商品盤(pán)點(diǎn)模塊
盤(pán)點(diǎn)，就是統計目前倉庫中所存在的物品，以及物品的數量，并將倉庫中存在的物品、該物品的編號、對應的標簽號以及物品的數量打印輸出到盤(pán)點(diǎn)界面上來(lái)，讓用戶(hù)對目前倉庫的狀態(tài)以及物品的數量一目了然。想要盤(pán)點(diǎn)倉庫中的物品，只要點(diǎn)擊盤(pán)點(diǎn)模塊中的盤(pán)點(diǎn)倉庫中商品的按鈕即可。
3.3.5 商品出庫和銷(xiāo)售記錄模塊
出庫，就是將倉庫中已有的商品提取出去一部分。相對應的，提取了哪件物品，是可以通過(guò)掃描電子標簽來(lái)確定的，而選擇需要出庫的數量，則不能超過(guò)物品的最大數量。當確定好了出庫的數量后，點(diǎn)擊出庫按鈕即可。出庫的物品的數量會(huì )在數據庫中減少，并且出庫的物品名稱(chēng)、出庫的數量以及出庫的時(shí)間都可以在銷(xiāo)售記錄里查到。
4 結 語(yǔ)
隨著(zhù)時(shí)間的推移，RFID 技術(shù)將會(huì )取代條碼掃描技術(shù)，徹底融入我們的生活。本設計將使用我們生活中并不常見(jiàn)的RFID 技術(shù)，通過(guò) RFID 讀寫(xiě)器來(lái)實(shí)現簡(jiǎn)單的物流跟蹤與倉儲管理系統。本系統設計主要面向的是需要大量存儲商品的公司以及物流托運公司。目前，物流產(chǎn)業(yè)還沒(méi)有基于 RFID 方面的較為完整、成熟的設計，所以本設計會(huì )有很廣闊的應用前景。
參考文獻：
[1] 王金妹 . 基于 RFID 的制藥廠(chǎng)倉儲管理系統設計與實(shí)現 [D]. 成都 :電子科技大學(xué)，2013.
[2]C.M.Roberts.Radio frequency identification（RFID）[J].Computers& Security,2006,25（1）：18-26.
[3] 姬麗娜，袁紅兵，葉舒沁 .RFID 技術(shù)在倉儲管理中的應用研究 [J]物流科技，2011（10）：79-81.
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