【正文】 管理、電子貨位管理、溫濕度監(jiān)測等功能。為充分利用倉庫的存儲空間并提高貨物出入庫的效率和準(zhǔn)確性，以托盤為電子貨位管理的基本單位，通過在每個托盤上應(yīng)用 RFID 電子標(biāo)簽實現(xiàn)可視化的電子貨位管理，并通過貨位優(yōu)化分配規(guī)則，實現(xiàn)貨物先進(jìn)先出管理。能對庫區(qū)溫濕度信息進(jìn)行實時監(jiān)測，并能通過電子顯示牌進(jìn)行顯示。RFID 技術(shù)是構(gòu)建數(shù)字化倉庫最為關(guān)鍵的技術(shù)。通過建立數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)倉儲管理信息自動化，促進(jìn)生產(chǎn)過程的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，提高生產(chǎn)效率，降低庫存和資金占用，增強市場競爭力。 目的及意義信息采集作為倉庫管理的重要組成部分，關(guān)鍵所在。信息采集的準(zhǔn)確性不僅影響到倉庫的出入庫管理，而且對整個倉庫系統(tǒng)的庫存管理的自動化和智能化程度。目前，國內(nèi)物流中心大多采用的是條碼掃描技術(shù)作為倉庫管理中貨物流和信息流同步的主要載體。條碼技術(shù)是一個無論在技術(shù)上還是標(biāo)準(zhǔn)上都趨于成熟的非接觸式識別技術(shù)。但是隨著企業(yè)對信息化要求的不斷提高，條碼技術(shù)在應(yīng)用中也存在許多無法克服的缺點。電子標(biāo)簽作為一種新興的自動識別技術(shù)，它的出現(xiàn)使倉庫管理煥然一新。2 / 44電子標(biāo)簽是用來標(biāo)識各種物品的一種新的識別技術(shù)，這種標(biāo)簽根據(jù)無線射頻識別原理（RFID,Radio Frequency Identification System）而生產(chǎn)，它與讀寫器通過無線射頻信號交換信息[2][3]。電子標(biāo)簽最大的優(yōu)點就在于：（1）可以實現(xiàn)非接觸、無視覺識別，因此完成產(chǎn)品識別工作時無須人工干預(yù)，便于實現(xiàn)自動化；（2）閱讀距離遠(yuǎn)，識別速度快，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測貨物快速出入倉庫；（3）可進(jìn)行多目標(biāo)同時讀取，便于監(jiān)測大量貨物同時出入倉庫[4][5]。上述優(yōu)點使電子標(biāo)簽完全實現(xiàn)自動化的信息采集，最大限度地降低了人工干預(yù)，為自動化倉庫管理的實現(xiàn)提供了堅實的技術(shù)保障。電子標(biāo)簽識別技術(shù)已經(jīng)成為目前最具前景的物流信息采集技術(shù)，受到很多國際知名廠商和研究機構(gòu)的青睞。正是基于上述原因，本次課題采用基于電子標(biāo)簽的射頻識別技術(shù)替代應(yīng)用已經(jīng)較為成熟的二維條碼識別技術(shù),應(yīng)用到倉庫信息采集系統(tǒng)中。目前倉儲管理系統(tǒng)中應(yīng)用 RFID 技術(shù)主要有兩種模式,一種模式是用電子標(biāo)簽全部替代條形碼；另一種模式是將電子標(biāo)簽和條形碼結(jié)合使用[6]。本課題將電子標(biāo)簽與條形碼關(guān)聯(lián)，并沒有完全摒棄傳統(tǒng)條形碼技術(shù)，而是把條碼信息作為產(chǎn)品的標(biāo)識信息寫入到電子標(biāo)簽中。通過對 RFID 標(biāo)簽號和寫入信息的讀取實現(xiàn)基于 RFID 的自動出入庫，這是自動化立體倉庫重要的一步。實現(xiàn)了基于RFID 的信息采集后，對倉庫的生產(chǎn)運作過程都通過標(biāo)簽化的方式進(jìn)行實時的追蹤，便可以實時地監(jiān)控庫存貨品狀態(tài)以及出入庫管理，實現(xiàn)對倉庫的可視化管理。在強大的市場導(dǎo)向下，RFID 技術(shù)在世界范圍內(nèi)必將引起一場重大的變革，它將成為一個新的經(jīng)濟增長點。在現(xiàn)今激烈的市場競爭中，快速、準(zhǔn)確、實時的信息獲取及處理將成為企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。RFID 技術(shù)的應(yīng)用對于以信息化為基礎(chǔ)的現(xiàn)代物流管理來說尤為重要。相信在不久的將來，RFID 技術(shù)將逐步深入到現(xiàn)代物流管理的方方面面[7][8]。 射頻識別技術(shù)的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快，RFID 產(chǎn)品種類也較多。如德州儀器公司（MI） 、Motorola、Phillips、EM 、iPico、Alien 等世界著名廠家都生產(chǎn) RFID 產(chǎn)3 / 44品，并且它們得產(chǎn)品各有特點，自成系列。下面舉幾個 RFID 應(yīng)用的例子：高速公路自動收費系統(tǒng)是 RFID 技術(shù)最成功得應(yīng)用之一。目前中國的高速公路發(fā)展非常快，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的先決條件就是有便利的交通條件。而高速公路收費卻存在一些問題，一是交通堵塞，二是少數(shù)不法收費員貪污路費，使國家損失了相當(dāng)?shù)呢斦杖?。RFID 技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動收費上，能夠充分體現(xiàn)它費接觸識別的優(yōu)勢，讓車輛高速通過收費站的同時自動完成收費。一般來說，對于公路收費系統(tǒng)，根據(jù)車輛的大小和形狀不同，需要大約 4m的讀寫距離和很快的讀寫速度，也就是要求系統(tǒng)的頻率應(yīng)該在 900MHz 以上，射頻標(biāo)簽一般在車的擋風(fēng)玻璃后面?，F(xiàn)在最現(xiàn)實的方案是將多車道的收費口分為兩個部分：自動收費口和人工收費口。將天線架設(shè)在道路的上方，在局收費口約 50～100m 處，當(dāng)車輛經(jīng)過天線時，車上的射頻標(biāo)簽被頭頂上的天線收到，以判別車輛是否帶有有效的射頻標(biāo)簽。如果沒帶標(biāo)簽，讀寫器指示燈指示車輛進(jìn)入不同車道，人工收費口仍維持現(xiàn)有的操作方式。進(jìn)入自動收費口的車輛，養(yǎng)路費款被自動從用戶賬戶上扣除，且用指示等及蜂鳴器告訴司機收費是否完成，不用停車就可通過。擋車器將攔下惡意闖入的車輛。香港“駕易通”采用的就是射頻識別技術(shù)。裝有射頻標(biāo)簽的汽車能被自動識別，無須停車?yán)U費，大大提高了行車速度和效率[9] 。在生產(chǎn)流水線上用 RFID 技術(shù)，可以實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視、提高生產(chǎn)率，改進(jìn)生產(chǎn)方式，節(jié)約成本。德國寶馬汽車公司在裝配流水線上應(yīng)用射頻標(biāo)簽，以便大量地生產(chǎn)用戶定制地汽車。寶馬汽車的生產(chǎn)是基于用戶提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項種選定自己所需要的顏色、引擎型號還有輪胎式樣。這樣一來，汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車，如果沒有一個高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，就很難完成這樣復(fù)雜的任務(wù)。寶馬公司就在其裝配流水線上配有 RFID 系統(tǒng)，他們值用可重復(fù)使用的射頻標(biāo)簽，該射頻標(biāo)簽上帶有詳細(xì)的汽車所需的所有要求，在每個工作電處都有讀寫器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置處能毫不出錯的完成裝配任務(wù)[10]。幾家著名的集成電路制造商在競爭激烈的半導(dǎo)體工業(yè)中采用加入了射頻識4 / 44別技術(shù)的自動識別工序控制系統(tǒng)。半導(dǎo)體生產(chǎn)對于超凈的特殊需要，使得在此應(yīng)用 RFID 非常理想；而其他自動識別系統(tǒng)，如條形碼在如此苛刻的化學(xué)條件和超凈要求下就不適用。晶片是集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵。一片 8 英寸（）的晶片可以制造出 100～1000 個。假如每片芯片零售價為 100 美元，那么一個晶片商所包含的芯片價便至少就是 10000 美元。一個晶片容器可裝 25 個晶片，4 個晶片容器可同時進(jìn)行處理。那么一次誤操作造成的損失就達(dá) 1000000 美元。顯然，跟蹤每個晶片容器并消除誤操作是非常必要的。在一個超凈車間里，通常能有 800 個位點。晶片容器要從一個位點移動到下一位點。有時，晶片會因進(jìn)入了錯誤的堆而造成損失。射頻識別系統(tǒng)將核查晶片堆、設(shè)備、工序和操作人員。如果其中任何一項的身份不對，設(shè)備將不能開始工作，同時向操作人員給出提示[10]。利用電子物品監(jiān)視系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）的目的是防止商品被盜竊。系統(tǒng)是基本配置的 RFID，內(nèi)存容量僅為 1 比特，即開或管。它是基于從 1930 年就已知道的磁性物質(zhì)的特性，有四種主要技術(shù)：微波、磁場、聲磁、射頻。系統(tǒng)包括貼在物體上的射頻標(biāo)簽和商品出口處的掃描器。射頻標(biāo)簽在安裝時被激活，它在激活狀態(tài)時接近掃描器將會被探測到，這樣就會報警。EAS 系統(tǒng)已被廣泛使用，據(jù)估計每年消耗約 60 億套。在貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控方面，澳大利亞和英國的西思羅機場將射頻識別技術(shù)應(yīng)用于旅客行李管理中，大大提高了分揀效率，降低了出錯率。在幾年前，歐共體就要求從 1997 年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識別技術(shù)的防盜系統(tǒng)。而我國鐵路行包自動追蹤管理系統(tǒng)還只是在計劃推廣之中，真正應(yīng)用還要假以時日。在射頻卡應(yīng)用方面，1996 年 1 月韓國就在漢城的 600 輛公共汽車上安裝射頻識別系統(tǒng)用于電子月票，實現(xiàn)了非現(xiàn)金結(jié)算，方便了市民出行。而德國漢莎航空公司則開始試用射頻卡作為飛機票，改變了傳統(tǒng)的機票購銷方式，簡化了機場人關(guān)的手續(xù)。在我國，射頻卡主要應(yīng)用于公共交通、地鐵、校園、社會保障等方面。上海、深圳、北京等地陸續(xù)采用了射頻公交卡。在未來的一、兩年，5 / 44我國射頻卡應(yīng)用最大的項目將是第二代公民身份證。我國政府在 1993 年制定的金卡工程實施計劃及全國范圍的金融卡網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 10 年規(guī)劃，使一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進(jìn)程的重大國家級工程，由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛?，F(xiàn)在，射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(shù)，也將在中國很快地普及，可以說，我國射頻識別產(chǎn)品的市場是十分巨大的。國內(nèi)已經(jīng)有幾家公司在引進(jìn)國外的新進(jìn)技術(shù)，開發(fā)自己的RFID 系統(tǒng)。目前，在我國射頻識別技術(shù)主要應(yīng)用于公共交通、地鐵、校園、社會保障等方面。不久的將來，我國射頻識別技術(shù)應(yīng)用將在生產(chǎn)線自動化、倉儲管理、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)、貨運集裝箱的識別以及畜牧管理等方面有所突破。MIT1999 年在 RFID 和 Inter 的基礎(chǔ)上提出電子產(chǎn)品編碼（Electronic Product Code，EPC）研討會上首次公開展示其研發(fā)了近五年的 EPC 網(wǎng)絡(luò)——物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是在計算機互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用 RFID、無線通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物物聯(lián)網(wǎng)“Inter of Things”,旨在提高現(xiàn)代物流、供應(yīng)鏈管理水平、降低成本。2022 年 11 月 1 日，國際物品編碼協(xié)會（EAN/UCC）成立了 EPCglobal，正式接管了 EPC 在全球的推廣應(yīng)用工作。中國物品編碼中心在取得了國際物品編碼協(xié)會的唯一授權(quán)后，于 2022 年 4 月 22日在北京成立了 EPCglobal China。而作為物聯(lián)網(wǎng)象征的 RFID 技術(shù)有“得 RFID者得天下”之勢，因此在 EPC 系統(tǒng)的推動下 RFID 必將迎來更大的發(fā)展空間[11]。 全文內(nèi)容和章節(jié)安排本文主要內(nèi)容由四個部分組成：第一部分概述課題背景、課題研究的目的及意義、射頻識別技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀；第二部分詳細(xì)介紹了射頻識別系統(tǒng)的組成，結(jié)構(gòu)，分類，工作原理以及應(yīng)用于倉庫領(lǐng)域的好處；第三部分簡要介紹了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境以及相關(guān)語言，技術(shù)；第四部分詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程，用實際的軟硬件實現(xiàn)了一個完整的倉庫管理原型系統(tǒng)。全文分為六個章節(jié)，具體安排為：第一章緒論，簡介課題的研究背景，目的及意義，射頻識別技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)6 / 44狀；第二章詳細(xì)描述了射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分類，工作原理，以及應(yīng)用于倉庫管理的好處；第三章對本系統(tǒng)所使用的開發(fā)環(huán)境、語言以及相關(guān)技術(shù)做了簡要介紹；第四章詳細(xì)介紹了倉庫管理原型系統(tǒng)的設(shè)計，包括需求分析，設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計流程；第五章詳細(xì)介紹了倉庫管理原型系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，包括信息采集，入庫，出庫的實現(xiàn)；第六章對全文進(jìn)行總結(jié)回顧，提出本文中的不足之處。其中第二、四、五章為全文的重點部分。7 / 442 射頻識別技術(shù)簡介 典型的 RFID 系統(tǒng)射頻識別(即Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術(shù)是從90年代興起的一項自動識別技術(shù)。它利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信,以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)[12] 。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術(shù)不同, RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別,因此它可實現(xiàn)多目標(biāo)識別和運動目標(biāo)識別,可在更廣泛的場合中應(yīng)用。典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag) ,讀寫器(Read /Write Device)以及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。電子標(biāo)簽也稱射頻卡,它具有智能讀寫及加密通信的能力。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。無源RFID 系統(tǒng),即電子標(biāo)簽內(nèi)不含電池,電子標(biāo)簽工作的能量是由讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供。電子標(biāo)簽接收射頻脈沖,整流并給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯?？刂七壿嫿邮苤噶?完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其它操作[13]。EEPROM用來存儲電子標(biāo)簽的識別號及其它用戶數(shù)據(jù)。有源RFID系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽由電池供電,可以在較高頻段工作,識別距離較長,與讀寫器之間的通信速率也較高。RFID 系統(tǒng)還可以根據(jù)工作頻率的不同分為低頻、中頻及高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)一般工作在100KHz～500KHz,中頻系統(tǒng)工作在10MHz～15MHz左右,它們主要適用于識別距離短和成本低的應(yīng)用中。而高頻系統(tǒng)則可達(dá)850MHz～950MHz及2. 4GHz～5GHz的微波段,適用于識別距離長和讀寫數(shù)據(jù)率高的場合。RFID系統(tǒng)最大的特點是非接觸識別,因此可以同時識別多個電子標(biāo)簽及高速運動的電子標(biāo)簽并且它的電觸點無須外露,所以它可以抵抗惡劣環(huán)境[14]。 射頻識別系統(tǒng)基本模型射頻識別系統(tǒng)的基本模型如圖 所示。其中，電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、8 / 44應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體；閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器、讀頭、通信器、讀寫器（取決于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù)） 。本文所采用的電子標(biāo)簽是可讀寫的，所以閱讀裝置可以稱為讀寫器。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間（無接觸）耦合；在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換[15] 。圖 射頻識別系統(tǒng)的基本模型圖 無線射頻識別技術(shù)的分類無線射頻識別技術(shù)的分類有幾種[15]：根據(jù)標(biāo)簽的供電方式分為有源和無源系統(tǒng)。射頻標(biāo)簽可分為有源的和無源的兩種。有源射頻標(biāo)簽使用標(biāo)簽內(nèi)電池的能量，識別距離較長，可達(dá)幾十米甚至上百米，但是它的壽命有限并且價格較高；標(biāo)簽由于帶有電池，因此，有源標(biāo)簽的體積比較達(dá)，無法制作成薄卡（比如信用卡標(biāo)簽） 。無源射頻標(biāo)簽不含有電池，利用耦合的讀寫器發(fā)射的電磁場能量作為自己的能量，它的重量輕，體積小，壽命可以非常長，很便宜，可制成各種各樣的薄卡或掛扣卡；但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十厘米到幾十米，且需要有較大的讀寫器發(fā)射功率。按工作方式分類