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基于射頻識別技術(shù)的商品物流跟蹤與倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
引 言
基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)是不同于傳統(tǒng)物流跟蹤與倉儲(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 無線射頻技術(shù)融入到物流倉儲(chǔ)行業(yè)而誕生的產(chǎn)物�；� RFID 的商品物流跟蹤與倉儲(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)公司開發(fā)的基于RFID 的食品溯源系統(tǒng)、未來超市系統(tǒng)等都是類似的概念。隨著科技的飛速發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆炸型增長，人們對物流的要求也越來越高，而這種新興的基于 RFID 的商品物流跟蹤與倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)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(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 讀寫器為前端采集模塊，在 PC上開發(fā)信息處理系統(tǒng)，通過 RFID 讀寫器與 RFID 天線的組合對商場里的商品進(jìn)行識別、跟蹤與管理，以完成對供應(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)對商品的物流跟蹤、收貨、入庫、盤點(diǎn)、出庫、銷售等各個(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儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以滿足用戶在倉庫中的快速盤點(diǎn)、遠(yuǎn)程讀取、穿透讀取等方面的基本要求。
本設(shè)計(jì)的軟件平臺和硬件平臺都是針對某些特定功能進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，功能上有一定的針對性和獨(dú)立性。RFID 讀寫器的遠(yuǎn)距離、穿透性給如今的物流倉儲(chǔ)提供了方便、快捷、高效的處理方式，而且通過讀寫器與處理系統(tǒng)可以對 RFID 標(biāo)簽所對應(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，可以為出入庫節(jié)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(tǒng)之中，方便查詢調(diào)閱。
在本設(shè)計(jì)中，相對于傳統(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，大大提高了出入庫以及記錄的效率 ;第二點(diǎn)，RFID 標(biāo)簽相對于條碼標(biāo)簽來說，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[5]；第三點(diǎn)，RFID 可以用于物流過程的自動(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別模塊、物流跟蹤模塊、商品入庫模塊、商品盤點(diǎn)模塊、商品出庫模塊以及銷售記錄模塊六個(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，對用戶造成很不好的影響。物流信息無法及時(shí)更新、出入庫緩慢、倉儲(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(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物品的信息，并保存數(shù)據(jù)，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(chǔ)上，可以添加網(wǎng)絡(luò)信息同步的功能，將各個(gè)物流倉儲(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的時(shí)候及時(shí)在網(wǎng)上更新物流信息，使用戶在最快的時(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)庫相結(jié)合，通過超高頻 RFID 讀寫器讀取出入庫時(shí)的物品信息，通過數(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)庫中。使用戶能夠快速、實(shí)時(shí)的了解到所購買商品的出入庫的具體信息。
圖 2 所示為系統(tǒng)整體架構(gòu)圖，物流跟蹤倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)主要是由 RFID 電子標(biāo)簽、超高頻 RFID 讀寫器、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和上位機(jī)等部分組成。超高頻 RFID 讀寫器與天線放置在商品存儲(chǔ)的倉庫門上，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)讀寫器的讀取范圍時(shí)，讀寫器會(huì)同時(shí)讀取多枚標(biāo)簽的信息，使物品的出入庫時(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)，就可以查詢到該商品經(jīng)過了哪些轉(zhuǎn)發(fā)中心，經(jīng)過的路程是怎樣的。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)是一種無線通信技術(shù)，該技術(shù)能夠通過無線電訊號識別一些特定的對象，并且能夠?qū)ζ渲械男畔⑦M(jìn)行讀寫操作。無線射頻識別技術(shù)類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，并使用專門的條形碼掃描讀寫器將條形碼中的信息讀取出來，該讀寫器讀取的信息是由光信號來傳遞的。而無線射頻識別技術(shù)（RFID）的掃描識別用的是其開發(fā)的專門使用的 RFID 讀寫器，該技術(shù)使用的標(biāo)簽也是專門制作的、能夠附著在物體上面的電子標(biāo)簽。該掃描識別技術(shù)是使用頻率信號將標(biāo)簽中的信息由標(biāo)簽通過天線傳到射頻識別讀寫器中。從結(jié)構(gòu)上來說，無線射頻識別技術(shù)，即 RFID 是一種比較簡單的無線系統(tǒng)，它是由兩個(gè)基本的器件組成。RFID 系統(tǒng)可以用來檢測物體、控制物體以及跟蹤物體。該系統(tǒng)是由一個(gè)詢問器和多個(gè)應(yīng)答器組成[7].
2.2 RFID 讀寫器模塊
無線射頻識別技術(shù)可以不接觸對象物品，只通過無線射頻信號來識別目標(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)對其工作造成影響，并且操作方式方便、簡單、快捷。RFID 讀寫器必須與 RFID天線配合起來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)中常見的工作流程[8].
RFID 讀寫器工作的基本原理并不復(fù)雜 :RFID 標(biāo)簽進(jìn)入RFID 讀寫器產(chǎn)生的磁場后，接收到讀寫器發(fā)出的無線射頻信號，憑借著在標(biāo)簽線圈產(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)送給讀寫器（無源標(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（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽，Active Tag）；RFID 讀寫器讀取 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、倉儲(chǔ)管理、門禁考勤等領(lǐng)域。
2.3 RFID 標(biāo)簽介紹
耦合元件和芯片是組成無線射頻電子標(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)識目標(biāo)物品，俗稱電子標(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（也稱作半被動(dòng)標(biāo)簽），以及被動(dòng)標(biāo)簽三大類。也有人把它分成有源、半有源和無源三大類標(biāo)簽[12].被動(dòng)式電子標(biāo)簽是沒有內(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)是通過接收 RFID 讀寫器發(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，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)。目前市場上的電子標(biāo)簽以無源電子標(biāo)簽為主。半主動(dòng)標(biāo)簽類似于被動(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，天線就可以用來充分的回傳信號，而不必去管電磁波的接收任務(wù)。半主動(dòng)式標(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 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)語言介紹
本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面開發(fā)，使用的是一款名為 Microsoft Visual Studio 2013C# 的開發(fā)軟件。Visual Studio 2013 是微軟公司推出的 C# 開發(fā)環(huán)境，是目前最流行的桌面應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。Visual Studio 2013 是一個(gè)做界面設(shè)計(jì)非常簡單的軟件開發(fā)工具。它的主要功能就是將"面向?qū)ο蟮木幊陶Z言"在開發(fā)環(huán)境中轉(zhuǎn)化為"面向機(jī)器的簡單語言".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)人開發(fā)的專業(yè)版，該版本為獨(dú)立開發(fā)人員提供集成開發(fā)環(huán)境、專業(yè)的開發(fā)平臺以及實(shí)用的測試工具等。
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的顯示的串口波特率的顯示，并添加了"打開"、"關(guān)閉"的功能按鈕。信息顯示框?qū)?huì)顯示操作過程中的反饋信息，而且在信息框中可以通過點(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(chǔ)管理系統(tǒng)的串口操作界面如圖 4 所示。
3.3 物流跟蹤與倉儲(chǔ)管理界面設(shè)計(jì)
物流跟蹤與倉儲(chǔ)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"、"庫存盤點(diǎn)"、"物品出庫"、"銷售記錄"等。
3.3.1 商品識別模塊
商品識別，就是將貼有電子標(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)簽中的序號讀出，并顯示在標(biāo)簽序號一欄里，之后會(huì)將標(biāo)簽的序號與數(shù)據(jù)庫中的信息對比，將與其綁定的物品編號、物品名稱以及圖片從數(shù)據(jù)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(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)過的中轉(zhuǎn)站信息就會(huì)被記錄到數(shù)據(jù)庫中。之后可以在入庫、出庫中看到物品經(jīng)過的物流中轉(zhuǎn)站。具體如圖 6 所示。
3.3.3 商品入庫模塊
入庫，是當(dāng)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(biāo)簽的序號，然后在下面的物品編號、物品名稱、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，將填寫的信息添加至數(shù)據(jù)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 商品盤點(diǎn)模塊
盤點(diǎn)，就是統(tǒng)計(jì)目前倉庫中所存在的物品，以及物品的數(shù)量，并將倉庫中存在的物品、該物品的編號、對應(yīng)的標(biāo)簽號以及物品的數(shù)量打印輸出到盤點(diǎn)界面上來，讓用戶對目前倉庫的狀態(tài)以及物品的數(shù)量一目了然。想要盤點(diǎn)倉庫中的物品，只要點(diǎn)擊盤點(diǎn)模塊中的盤點(diǎn)倉庫中商品的按鈕即可。
3.3.5 商品出庫和銷售記錄模塊
出庫，就是將倉庫中已有的商品提取出去一部分。相對應(yīng)的，提取了哪件物品，是可以通過掃描電子標(biāo)簽來確定的，而選擇需要出庫的數(shù)量，則不能超過物品的最大數(shù)量。當(dāng)確定好了出庫的數(shù)量后，點(diǎn)擊出庫按鈕即可。出庫的物品的數(shù)量會(huì)在數(shù)據(jù)庫中減少，并且出庫的物品名稱、出庫的數(shù)量以及出庫的時(shí)間都可以在銷售記錄里查到。
4 結(jié) 語
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的RFID 技術(shù)，通過 RFID 讀寫器來實(shí)現(xiàn)簡單的物流跟蹤與倉儲(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)：
[1] 王金妹 . 基于 RFID 的制藥廠倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 成都 :電子科技大學(xué)，2013.
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[3] 姬麗娜，袁紅兵，葉舒沁 .RFID 技術(shù)在倉儲(chǔ)管理中的應(yīng)用研究 [J]物流科技，2011（10）：79-81.
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