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與條形碼等傳統(tǒng)識別方式相比, RFID 標簽抗污染能力強、無須直接接觸、無須光學可視、無須人工干預即可完成信息輸入和處理, 操作方便快捷[1]。超高頻 (UHF) RFID標簽的感應距離遠、讀取速度快, 抗干擾能力強, 適當?shù)臈l件下識別率高[2], 可識別運動物體并可同時識別多個標簽[3], 廣泛地用于物品追溯[4,5]、供應鏈[6,7]和人員跟蹤等。RFID技術能夠?qū)崿F(xiàn)倉儲管理的快速入庫和出庫, 大幅度降低庫存盤點人力資源[8,9]。

當前UHF RFID標簽的價格仍然較高, UHF RFID閱讀器價格昂貴, 這制約了RFID技術在中小型倉儲中的應用。通過對倉儲物品信息編碼, 入庫時關聯(lián)RFID標簽, 出庫后更新管理數(shù)據(jù)并解除關聯(lián), 使RFID標簽得以循環(huán)重復使用, 降低RFID標簽使用成本;利用靜態(tài)字典編碼和線性表順序存儲在RFID閱讀器同步保存?zhèn)}儲數(shù)據(jù), 提高倉儲管理的靈活性。從而有效促進RFID技術在中小型倉儲領域內(nèi)的規(guī)模應用。

如圖1所示為基于超高頻RFID標簽的倉儲管理系統(tǒng), 它由倉儲管理數(shù)據(jù)庫和RFID系統(tǒng)組成, 包含RFID閱讀器對入庫/出庫物品信息采集和同步數(shù)據(jù)庫兩個過程。RFID系統(tǒng)由RFID標簽和閱讀器終端組成, 讀寫器和標簽都帶有天線, 閱讀器可以搜索一定范圍內(nèi)的RFID標簽并通信。不同于低頻和高頻RFID的能量耦合, 超高頻無源RFID標簽采用反向散射方式工作[10], 標簽利用接收到的由讀寫器發(fā)出的射頻能量, 將編碼信息利用反向散射調(diào)制回去, 其工作距離較遠[11]。以Ti公司EPC Gen2標簽為例, 使用導電銀漿印制天線, 響應距離可達7米[12]。

物品入庫時, RFID標簽粘貼于物品外包裝紙箱, RFID閱讀器讀取RFID標簽的EPC存儲區(qū)數(shù)據(jù) (UII碼) , 建立RFID標簽和物品信息編碼關聯(lián)。物品出庫時, 回收粘貼于物品外包裝的RFID標簽, 便攜式終端讀取RFID標簽的EPC存儲 (UII碼) , 記錄出庫信息后同步數(shù)據(jù)庫更新庫存并解除該物品和RFID標簽的關聯(lián)。解除關聯(lián)信息后的RFID標簽備循環(huán)重復使用。

圖1 基于超高頻RFID標簽的倉儲管理系統(tǒng)  下載原圖

倉儲管理數(shù)據(jù)庫作為倉儲管理的服務器, 通過USB連接RFID閱讀器實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步, 將RFID閱讀器在物品入庫/出庫時采集信息及時更新管理數(shù)據(jù)庫。RFID閱讀器同步其出庫信息后, 解除RFID的關聯(lián)信息, 閱讀器上只保留倉儲庫存物品的標簽關聯(lián)信息。

物品信息編碼是RFID閱讀器存儲RFID標簽對應倉儲物品信息的基礎。通過對物品信息編碼壓縮, RFID閱讀器高效存儲數(shù)目龐大的入/出庫物品信息并同步管理數(shù)據(jù)庫。如表1所示, 為了完整地記錄入庫物品信息, 物品信息編碼包括類別、品名、入庫時間、出庫時間、貨位號、供貨方以及提貨方。

表1 倉儲物品信息編碼 導出到EXCEL

在物品編碼信息中, 類別的劃分是用于方便貨物分類存儲的;品名是物品的商品名稱, 是物流過程的統(tǒng)一名稱;入庫時間和出庫時間是分別對應入庫附加RFID標簽的時間和出庫移除RFID標簽的時間, 并據(jù)其分析入庫和出庫情況、統(tǒng)計倉儲和管理庫存;貨位號是物品堆碼的位置編號, 供貨方和提貨方分別表征物品入庫來源和出庫去向。

字典編碼 (dictionary coding) 是文本壓縮的分支之一, 屬于無損壓縮。倉儲物品編碼信息中的類別、品名、供貨方和提貨方都是文本信息。由于倉儲管理的特點, 在入庫前入庫申請已進行相關信息的登記, 也就是說這些文本信息是管理數(shù)據(jù)庫預先知道的, 可以采用靜態(tài)字典編碼。

具體的編碼方法是將管理數(shù)據(jù)庫中預先知道的文本信息如類別、品名、供貨方和提貨方分別按其字符串首字拼音順序排列, 構建成靜態(tài)字典, 字符串對應順序的編碼。如類別字典中的第一個條目為“安防器材”, 對應8比特二進制編碼為“0000 0001”。

靜態(tài)字典條目的容量取決與編碼的長度, 8比特編碼最大可以包含255個條目, 16比特編碼最大可以包含65535個條目, 能滿足倉儲物品的類別、品名、供貨方和提貨方的編碼需求。當管理數(shù)據(jù)庫對靜態(tài)字典添加條目及其編碼, 只需要對RFID閱讀器進行同步更新編碼字典。

入庫時間和出庫時間包含日期和時鐘兩部分, 日期編碼為16比特, 時鐘編碼16比特。

日期的編碼方式以過去的某一天為基準日, 將當前日期減去基準日來實現(xiàn)日期的編碼。如以2010年12月31日為基準日, 如果入庫日期為2011年3月1日, 則只需要存儲60;若編碼值為75 則日期為2011年3月15日。存儲16位時, 周期為179年201天。

采用同樣的方法對時鐘進行編碼, 以0時0分作為基準, 當前時鐘減去基準時鐘來實現(xiàn)時鐘的編碼。如入庫時鐘為14時30分, 則存儲870;若編碼值為575, 則時鐘為9時35分。

日期和時鐘各自使用16比特二進制編碼合并得到時間的編碼, 以2011年3月15日9時35分為例, 時間編碼的十六進制表達為“00 4b 02 3f ”。

目前超高頻無源RFID標簽廣泛使用EPC Gen2標簽, 它符合ISO/IEC 18000-6C標準, 使用規(guī)模大, 價格也相對較低。EPC Gen2標簽中, 16比特為1字, 其存儲器空間分為保留內(nèi)存、EPC存儲器、TID存儲器和用戶存儲器四個存儲體 (見圖2) 。

圖2 RFID 標簽存儲空間  下載原圖

存儲體0是保留內(nèi)存, 包含32位的滅活口令 (Kill Password) 和訪問口令 (Access Password) 。訪問口令保護標簽鎖存/解鎖操作, 滅活口令保護標簽滅活操作。

存儲體1是EPC存儲器, 其自低地址往高地址依次為CRC-16、協(xié)議控制 (PC) 字和EPC字組。依據(jù)ISO18000-6C標準, EPC存儲器容量為128比特, CRC-16為16位冗余效驗碼, 協(xié)議控制 (PC) 字指示反向散射的物理層信息, 故可寫入數(shù)據(jù)區(qū)為EPC字組, 其容量為96bit。協(xié)議控制 (PC) 字和EPC字組合稱UII (Unique Item Identifier) 。

存儲體2是TID存儲器, TID (Tag ID) 電子標簽永久不變的唯一標識號, 其內(nèi)容只讀。

存儲體3是用戶存儲器, 用戶存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)可讀可寫。不同標簽的用戶存儲器容量不同, 容量越大價格越高。通常在需要附加離線信息在標簽上時才選用較大的用戶存儲器標簽。

RFID標簽不同于條形碼只標識到類別, RFID標簽可以標識到單品。RFID閱讀器存儲倉儲數(shù)據(jù)表包含RFID標簽的ID號 (UII碼) 和它標識的倉儲物品信息編碼兩個字段。

由于倉儲管理是標簽循環(huán)使用的閉環(huán)應用場合, 可以利用RFID標簽EPC存儲區(qū)的可寫入特性, 以順序增計數(shù)編碼。這樣, 以順序排列的RFID標簽UII碼字段就可以省略, 從而使二維表可以以線性表存儲。而且, 由于倉儲物品信息編碼長度固定, 計算線性表中的偏移就可以讀取相應的記錄。

可重用存儲管理系統(tǒng)中, 入庫關聯(lián)RFID標簽和出庫解除關聯(lián)是在RFID閱讀器上完成的。因而, RFID閱讀器是超高頻RFID可重用存儲管理系統(tǒng)中的關鍵設備。文中上節(jié)已述, RFID標簽標識的單一倉儲物品編碼信息是以線性表存儲在RFID閱讀器上, 對存儲空間進行物理地址讀寫來實現(xiàn)的。當前市售的基于操作系統(tǒng)Windows CE的RFID閱讀器價格昂貴, 其對存儲空間進行物理地址讀寫存儲線性表的效率低且實現(xiàn)機制復雜, 故而有必要設計一種不帶操作系統(tǒng)方便進行讀寫物理地址的RFID閱讀器, 用于該倉儲管理系統(tǒng)。

RFID閱讀器在倉儲管理是具有鍵盤輸入和屏幕顯示的便攜式設備, 需要有必需的圖形用戶界面。μC/GUI是美國Micrium公司出品的一款針對嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀圖形軟件, 其源碼公開、可移植、可裁減, 穩(wěn)定性和可靠性高, 故在本系統(tǒng)中采用了μC/GUI來設計RFID閱讀器的圖形用戶界面, 并在其框架下編程實現(xiàn)倉儲數(shù)據(jù)線性表順序存儲。

倉儲管理系統(tǒng)RFID閱讀器的硬件系統(tǒng)組成如圖3所示, 倉儲管理系統(tǒng)RFID閱讀器由微處理器LPC1768、超高頻RFID模塊、32Mbit SPI Flash存儲和其他外設組成。LPC1768是NXP公司采用ARM新一代低成本、低功耗Cortex-M3核的32位微處理器, 內(nèi)置512kB Flash存儲、64kB RAM以及8kB 引導存儲。為了能保存足夠多的存儲數(shù)據(jù), 擴展32Mbit 串行Flash (如M45PE32) , LPC1768內(nèi)置高速SSP口可以快速讀寫SPI Flash。LPC1768連接RFID模塊經(jīng)天線實時讀取無源超高頻RFID標簽。讀取的標簽數(shù)據(jù)對應關聯(lián)的倉儲編碼信息, 經(jīng)靜態(tài)字典解碼和時間解壓縮后, 標簽關聯(lián)物品信息在μC/GUI設計的用戶界面上顯示。

圖3 RFID閱讀器的硬件系統(tǒng)組成  下載原圖

基于超高頻RFID的倉儲管理系統(tǒng)利用超高頻RFID標簽感應距離遠、讀取速度快的特點, 顯著提高了倉儲管理的效率。當前RFID技術大多部署在閉環(huán)應用場合, 中小型存儲管理系統(tǒng)是典型的閉環(huán)應用, RFID標簽可重復使用, 這樣就有效減低了倉儲管理系統(tǒng)的運行成本。

信息編碼可以有效減少數(shù)據(jù)容量和提高存儲效率, 倉儲物品信息編碼壓縮成固定長度的序列, 使RFID閱讀器能夠高效存儲倉儲數(shù)據(jù), 提高了倉儲管理的靈活性。通過將RFID閱讀器倉儲數(shù)據(jù)同步更新管理數(shù)據(jù)庫, 進一步提升了倉儲管理的效率和質(zhì)量。