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與條形碼等傳統(tǒng)識別方式相比, RFID 標(biāo)簽抗污染能力強(qiáng)、無須直接接觸、無須光學(xué)可視、無須人工干預(yù)即可完成信息輸入和處理, 操作方便快捷[1]。超高頻 (UHF) RFID標(biāo)簽的感應(yīng)距離遠(yuǎn)、讀取速度快, 抗干擾能力強(qiáng), 適當(dāng)?shù)臈l件下識別率高[2], 可識別運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽[3], 廣泛地用于物品追溯[4,5]、供應(yīng)鏈[6,7]和人員跟蹤等。RFID技術(shù)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(diǎn)人力資源[8,9]。

當(dāng)前UHF RFID標(biāo)簽的價格仍然較高, UHF RFID閱讀器價格昂貴, 這制約了RFID技術(shù)在中小型倉儲中的應(yīng)用。通過對倉儲物品信息編碼, 入庫時關(guān)聯(lián)RFID標(biāo)簽, 出庫后更新管理數(shù)據(jù)并解除關(guān)聯(lián), 使RFID標(biāo)簽得以循環(huán)重復(fù)使用, 降低RFID標(biāo)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(jìn)RFID技術(shù)在中小型倉儲領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)模應(yīng)用。

如圖1所示為基于超高頻RFID標(biāo)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(biāo)簽和閱讀器終端組成, 讀寫器和標(biāo)簽都帶有天線, 閱讀器可以搜索一定范圍內(nèi)的RFID標(biāo)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(biāo)簽采用反向散射方式工作[10], 標(biāo)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(yuǎn)[11]。以Ti公司EPC Gen2標(biāo)簽為例, 使用導(dǎo)電銀漿印制天線, 響應(yīng)距離可達(dá)7米[12]。

物品入庫時, RFID標(biāo)簽粘貼于物品外包裝紙箱, RFID閱讀器讀取RFID標(biāo)簽的EPC存儲區(qū)數(shù)據(jù) (UII碼) , 建立RFID標(biāo)簽和物品信息編碼關(guān)聯(lián)。物品出庫時, 回收粘貼于物品外包裝的RFID標(biāo)簽, 便攜式終端讀取RFID標(biāo)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(biāo)簽的關(guān)聯(lián)。解除關(guān)聯(lián)信息后的RFID標(biāo)簽備循環(huán)重復(fù)使用。

圖1 基于超高頻RFID標(biāo)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(wù)器, 通過USB連接RFID閱讀器實(shí)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(guān)聯(lián)信息, 閱讀器上只保留倉儲庫存物品的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)信息。

物品信息編碼是RFID閱讀器存儲RFID標(biāo)簽對應(yīng)倉儲物品信息的基礎(chǔ)。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(dǎo)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(yīng)入庫附加RFID標(biāo)簽的時間和出庫移除RFID標(biāo)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(diǎn), 在入庫前入庫申請已進(jìn)行相關(guān)信息的登記, 也就是說這些文本信息是管理數(shù)據(jù)庫預(yù)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(yù)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(gòu)建成靜態(tài)字典, 字符串對應(yīng)順序的編碼。如類別字典中的第一個條目為“安防器材”, 對應(yīng)8比特二進(jìn)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(dāng)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(jìn)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(zhǔn)日, 將當(dāng)前日期減去基準(zhǔn)日來實(shí)現(xiàn)日期的編碼。如以2010年12月31日為基準(zhǔn)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(jìn)行編碼, 以0時0分作為基準(zhǔn), 當(dāng)前時鐘減去基準(zhǔn)時鐘來實(shí)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(jìn)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(jìn)制表達(dá)為“00 4b 02 3f ”。

目前超高頻無源RFID標(biāo)簽廣泛使用EPC Gen2標(biāo)簽, 它符合ISO/IEC 18000-6C標(biāo)準(zhǔn), 使用規(guī)模大, 價格也相對較低。EPC Gen2標(biāo)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(biāo)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(hù)標(biāo)簽鎖存/解鎖操作, 滅活口令保護(hù)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn), EPC存儲器容量為128比特, CRC-16為16位冗余效驗(yàn)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(biāo)簽永久不變的唯一標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽上時才選用較大的用戶存儲器標(biāo)簽。

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

由于倉儲管理是標(biāo)簽循環(huán)使用的閉環(huán)應(yīng)用場合, 可以利用RFID標(biāo)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(biāo)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(yīng)的記錄。

可重用存儲管理系統(tǒng)中, 入庫關(guān)聯(lián)RFID標(biāo)簽和出庫解除關(guān)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(guān)鍵設(shè)備。文中上節(jié)已述, RFID標(biāo)簽標(biāo)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(jìn)行物理地址讀寫來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)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(jìn)行物理地址讀寫存儲線性表的效率低且實(shí)現(xiàn)機(jī)制復(fù)雜, 故而有必要設(shè)計一種不帶操作系統(tǒng)方便進(jìn)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(shè)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(shè)計RFID閱讀器的圖形用戶界面, 并在其框架下編程實(shí)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(shè)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(dǎo)存儲。為了能保存足夠多的存儲數(shù)據(jù), 擴(kuò)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(shí)時讀取無源超高頻RFID標(biāo)簽。讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)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(biāo)簽關(guān)聯(lián)物品信息在μC/GUI設(shè)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(biāo)簽感應(yīng)距離遠(yuǎn)、讀取速度快的特點(diǎn), 顯著提高了倉儲管理的效率。當(dāng)前RFID技術(shù)大多部署在閉環(huán)應(yīng)用場合, 中小型存儲管理系統(tǒng)是典型的閉環(huán)應(yīng)用, RFID標(biāo)簽可重復(fù)使用, 這樣就有效減低了倉儲管理系統(tǒng)的運(yùn)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(jìn)一步提升了倉儲管理的效率和質(zhì)量。