基于射頻識(shí)別技術(shù)的商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
引 言
基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)是不同于傳統(tǒng)物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的一種新生管理系統(tǒng)。其是將現(xiàn)在新興的 RFID 無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)融入到物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)而誕生的產(chǎn)物。基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)并不是第一個(gè)與傳統(tǒng)條碼掃描系統(tǒng)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(tǒng)、未來(lái)超市系統(tǒng)等都是類(lèi)似的概念。隨著科技的飛速發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆炸型增長(zhǎng)，人們對(duì)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以很大程度上減少物流在出入庫(kù)與物流跟蹤時(shí)所花費(fèi)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(shè)計(jì)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(tǒng)，通過(guò) RFID 讀寫(xiě)器與 RFID 天線(xiàn)的組合對(duì)商場(chǎng)里的商品進(jìn)行識(shí)別、跟蹤與管理，以完成對(duì)供應(yīng)鏈條各個(gè)環(huán)節(jié)的信息捕獲、傳輸和存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)商品的物流跟蹤、收貨、入庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、出庫(kù)、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)的信息管理[3].
本設(shè)計(jì)的商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以滿(mǎn)足用戶(hù)在倉(cāng)庫(kù)中的快速盤(pán)點(diǎn)、遠(yuǎn)程讀取、穿透讀取等方面的基本要求。
本設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)都是針對(duì)某些特定功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，功能上有一定的針對(duì)性和獨(dú)立性。RFID 讀寫(xiě)器的遠(yuǎn)距離、穿透性給如今的物流倉(cāng)儲(chǔ)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(tǒng)可以對(duì) RFID 標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的信息進(jìn)行增刪改查操作[4].由于其具有遠(yuǎn)程穿透讀取功能，可以為出入庫(kù)節(jié)省大量時(shí)間，并且所有出入庫(kù)的信息都將保存在處理系統(tǒng)之中，方便查詢(xún)調(diào)閱。
在本設(shè)計(jì)中，相對(duì)于傳統(tǒng)的條碼掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)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(tǒng)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(kù)以及記錄的效率 ;第二點(diǎn)，RFID 標(biāo)簽相對(duì)于條碼標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，它的抗污染能力更強(qiáng)、耐久性更高、掃描速度更快，并且 RFID電子標(biāo)簽在穿透性、數(shù)據(jù)容量、安全性、重用性等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)[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(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和物流管理的高效性，保障數(shù)據(jù)的安全。
綜上所述，基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)擁有著巨大的發(fā)展前景，它不僅在使用和理論研究方面有著較高的價(jià)值，而且讓物流行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)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(tǒng)整體設(shè)計(jì)
商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以分為硬件設(shè)置和系統(tǒng)功能兩個(gè)模塊。其中，硬件設(shè)置可以分為串口選擇模塊、波特率設(shè)置模塊與讀寫(xiě)器功率設(shè)置模塊三個(gè)小模塊，而系統(tǒng)功能模塊可以分為商品識(shí)別模塊、物流跟蹤模塊、商品入庫(kù)模塊、商品盤(pán)點(diǎn)模塊、商品出庫(kù)模塊以及銷(xiāo)售記錄模塊六個(gè)小模塊。
具體的系統(tǒng)功能如圖1所示。
1.1 需求分析
如今，大多數(shù)的物流公司在商品的出入庫(kù)管理和商品的物流跟蹤上采用的還是傳統(tǒng)的條形碼掃描系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅效率低，條形碼還容易損壞，嚴(yán)重拉低了物流的運(yùn)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(duì)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(kù)緩慢、倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)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(kù)物品的信息，并保存數(shù)據(jù)，并且能對(duì)商品所到的各個(gè)地方進(jìn)行跟蹤和信息管理。在此基礎(chǔ)上，可以添加網(wǎng)絡(luò)信息同步的功能，將各個(gè)物流倉(cāng)儲(chǔ)地方的信息同步到一起，方便做數(shù)據(jù)分析和總體的管理，并且需要在商品入庫(kù)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(nèi)得到最新的商品物流信息。
1.2 整體方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)是使用 RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將 C#、RFID 射頻技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，通過(guò)超高頻 RFID 讀寫(xiě)器讀取出入庫(kù)時(shí)的物品信息，通過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將獲取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。使用戶(hù)能夠快速、實(shí)時(shí)的了解到所購(gòu)買(mǎi)商品的出入庫(kù)的具體信息。
圖 2 所示為系統(tǒng)整體架構(gòu)圖，物流跟蹤倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要是由 RFID 電子標(biāo)簽、超高頻 RFID 讀寫(xiě)器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和上位機(jī)等部分組成。超高頻 RFID 讀寫(xiě)器與天線(xiàn)放置在商品存儲(chǔ)的倉(cāng)庫(kù)門(mén)上，主要負(fù)責(zé)掃描讀取商品上的 RFID 標(biāo)簽，并將信息反饋到管理系統(tǒng)中。當(dāng)大量的電子標(biāo)簽同時(shí)到達(dá)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(biāo)簽的信息，使物品的出入庫(kù)時(shí)間更加快捷、方便。而當(dāng)物品每到達(dá)一個(gè)物流轉(zhuǎn)發(fā)中心時(shí)，都會(huì)記錄下該地址信息，在之后到達(dá)下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)中心時(shí)，就可以查詢(xún)到該商品經(jīng)過(guò)了哪些轉(zhuǎn)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地了解到物流的整個(gè)過(guò)程。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
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(hào)識(shí)別一些特定的對(duì)象，并且能夠?qū)ζ渲械男畔⑦M(jìn)行讀寫(xiě)操作。無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)類(lèi)似于條形碼掃描技術(shù)，對(duì)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(hào)來(lái)傳遞的。而無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的掃描識(shí)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(biāo)簽也是專(zhuān)門(mén)制作的、能夠附著在物體上面的電子標(biāo)簽。該掃描識(shí)別技術(shù)是使用頻率信號(hào)將標(biāo)簽中的信息由標(biāo)簽通過(guò)天線(xiàn)傳到射頻識(shí)別讀寫(xiě)器中。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)，即 RFID 是一種比較簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，它是由兩個(gè)基本的.器件組成。RFID 系統(tǒng)可以用來(lái)檢測(cè)物體、控制物體以及跟蹤物體。該系統(tǒng)是由一個(gè)詢(xún)問(wèn)器和多個(gè)應(yīng)答器組成[7].
2.2 RFID 讀寫(xiě)器模塊
無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)可以不接觸對(duì)象物品，只通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)來(lái)識(shí)別目標(biāo)物品的信息，并獲取其中的有關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)工作時(shí)不需要人工操控，惡劣的環(huán)境不會(huì)對(duì)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(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。圖 3所示為 RFID 在系統(tǒng)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(fù)雜 :RFID 標(biāo)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(hào)，憑借著在標(biāo)簽線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流獲得足夠的能量，將存儲(chǔ)在芯片中的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給讀寫(xiě)器（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽，Passive Tag），或者自身主動(dòng)的發(fā)送出模--頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽，Active Tag）；RFID 讀寫(xiě)器讀取 RFID 電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的相關(guān)信息，進(jìn)行解碼后，發(fā)送到信息處理系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)信息處理[9-11].其主要應(yīng)用在物流跟蹤、倉(cāng)儲(chǔ)管理、門(mén)禁考勤等領(lǐng)域。
2.3 RFID 標(biāo)簽介紹
耦合元件和芯片是組成無(wú)線(xiàn)射頻電子標(biāo)簽的兩個(gè)重要部分，任意一個(gè) RFID 標(biāo)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(biāo)識(shí)目標(biāo)物品，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽或者智能標(biāo)簽。RFID 標(biāo)簽主要可以分為主動(dòng)標(biāo)簽，半主動(dòng)標(biāo)簽（也稱(chēng)作半被動(dòng)標(biāo)簽），以及被動(dòng)標(biāo)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(biāo)簽[12].被動(dòng)式電子標(biāo)簽是沒(méi)有內(nèi)置電源為其供電的。該電子標(biāo)簽內(nèi)部集成電路的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)接收 RFID 讀寫(xiě)器發(fā)出的電磁波完成的。當(dāng)足夠強(qiáng)度的電磁波被 RFID 電子標(biāo)簽接收到時(shí)，其就可以向 RFID 讀寫(xiě)器發(fā)送存儲(chǔ)在其中的數(shù)據(jù)信息。
這些數(shù)據(jù)信息不僅包括該電子標(biāo)簽唯一的 ID 號(hào)，還包括之前預(yù)存在電子標(biāo)簽內(nèi) E2PROM 中的數(shù)據(jù)信息。不需要電源、價(jià)格便宜、體積輕薄都是被動(dòng)式標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的電子標(biāo)簽以無(wú)源電子標(biāo)簽為主。半主動(dòng)標(biāo)簽類(lèi)似于被動(dòng)標(biāo)簽，但是他比被動(dòng)標(biāo)簽多了一個(gè)用來(lái)驅(qū)動(dòng)標(biāo)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(hào)，而不必去管電磁波的接收任務(wù)。半主動(dòng)式標(biāo)簽的反應(yīng)速度比被動(dòng)式標(biāo)簽更快，效率比被動(dòng)式標(biāo)簽更高。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言介紹
本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)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(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境。Visual Studio 2013 是一個(gè)做界面設(shè)計(jì)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?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言"在開(kāi)發(fā)環(huán)境中轉(zhuǎn)化為"面向機(jī)器的簡(jiǎn)單語(yǔ)言".該環(huán)境在系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)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(dú)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(tái)以及實(shí)用的測(cè)試工具等。
3.2 串口操作界面設(shè)計(jì)
串口操作界面功能包括串口號(hào)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?qū)?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(duì)信息框中的信息進(jìn)行清空操作。商品物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的串口操作界面如圖 4 所示。
3.3 物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理界面設(shè)計(jì)
物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理界面所包含的功能主要有"商品識(shí)別"、"物流追蹤"、"商品入庫(kù)"、"庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)"、"物品出庫(kù)"、"銷(xiāo)售記錄"等。
3.3.1 商品識(shí)別模塊
商品識(shí)別，就是將貼有電子標(biāo)簽的物品放置在 RFID 讀卡器可以讀到的范圍之內(nèi)，讀卡器可以將標(biāo)簽中的序號(hào)讀出，并顯示在標(biāo)簽序號(hào)一欄里，之后會(huì)將標(biāo)簽的序號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息對(duì)比，將與其綁定的物品編號(hào)、物品名稱(chēng)以及圖片從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取并展示在商品識(shí)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(dāng)貼有電子標(biāo)簽的物品進(jìn)入到物流中轉(zhuǎn)站時(shí)，點(diǎn)擊記錄物流信息，該物品經(jīng)過(guò)的中轉(zhuǎn)站信息就會(huì)被記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。之后可以在入庫(kù)、出庫(kù)中看到物品經(jīng)過(guò)的物流中轉(zhuǎn)站。具體如圖 6 所示。
3.3.3 商品入庫(kù)模塊
入庫(kù)，是當(dāng)有商品需要入庫(kù)時(shí)，點(diǎn)擊讀取，即可讀取到商品上粘貼的電子標(biāo)簽的序號(hào)，然后在下面的物品編號(hào)、物品名稱(chēng)、物品數(shù)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(shù)據(jù)庫(kù)中，之后在商品識(shí)別和出庫(kù)中就可以識(shí)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(tǒng)計(jì)目前倉(cāng)庫(kù)中所存在的物品，以及物品的數(shù)量，并將倉(cāng)庫(kù)中存在的物品、該物品的編號(hào)、對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽號(hào)以及物品的數(shù)量打印輸出到盤(pán)點(diǎn)界面上來(lái)，讓用戶(hù)對(duì)目前倉(cāng)庫(kù)的狀態(tài)以及物品的數(shù)量一目了然。想要盤(pán)點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)中的物品，只要點(diǎn)擊盤(pán)點(diǎn)模塊中的盤(pán)點(diǎn)倉(cāng)庫(kù)中商品的按鈕即可。
3.3.5 商品出庫(kù)和銷(xiāo)售記錄模塊
出庫(kù)，就是將倉(cāng)庫(kù)中已有的商品提取出去一部分。相對(duì)應(yīng)的，提取了哪件物品，是可以通過(guò)掃描電子標(biāo)簽來(lái)確定的，而選擇需要出庫(kù)的數(shù)量，則不能超過(guò)物品的最大數(shù)量。當(dāng)確定好了出庫(kù)的數(shù)量后，點(diǎn)擊出庫(kù)按鈕即可。出庫(kù)的物品的數(shù)量會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中減少，并且出庫(kù)的物品名稱(chēng)、出庫(kù)的數(shù)量以及出庫(kù)的時(shí)間都可以在銷(xiāo)售記錄里查到。
4 結(jié) 語(yǔ)
隨著時(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(shè)計(jì)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(xiàn)簡(jiǎn)單的物流跟蹤與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要面向的是需要大量存儲(chǔ)商品的公司以及物流托運(yùn)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(shè)計(jì)，所以本設(shè)計(jì)會(huì)有很廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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