基于射频识别技术的商品物流跟踪与仓储系统设计论文
引 言
基于 RFID 的商品物流跟踪与仓储管理系统是不同于传统物流跟踪与仓储管理系统的一种新生管理系统。其是将现在新兴的 RFID 无线射频技术融入到物流仓储行业而诞生的产物。基于 RFID 的商品物流跟踪与仓储管理系统并不是第一个与传统条码扫描系统不同的概念[1].早在前几年，公交卡、食堂卡就使用了相关的射频技术，而最近相关公司开发的基于RFID 的食品溯源系统、未来超市系统等都是类似的概念。随着科技的飞速发展和相关产业的爆炸型增长，人们对物流的要求也越来越高，而这种新兴的基于 RFID 的商品物流跟踪与仓储管理系统可以很大程度上减少物流在出入库与物流跟踪时所花费的时间，极大地提高了物流的配送以及信息更新的速度[2].
本设计采用 RFID 读写器为前端采集模块，在 PC上开发信息处理系统，通过 RFID 读写器与 RFID 天线的组合对商场里的商品进行识别、跟踪与管理，以完成对供应链条各个环节的信息捕获、传输和存储，从而实现对商品的物流跟踪、收货、入库、盘点、出库、销售等各个环节的信息管理[3].
本设计的商品物流跟踪与仓储管理系统可以满足用户在仓库中的快速盘点、远程读取、穿透读取等方面的基本要求。
本设计的软件平台和硬件平台都是针对某些特定功能进行开发设计的，功能上有一定的针对性和独立性。RFID 读写器的远距离、穿透性给如今的物流仓储提供了方便、快捷、高效的处理方式，而且通过读写器与处理系统可以对 RFID 标签所对应的信息进行增删改查操作[4].由于其具有远程穿透读取功能，可以为出入库节省大量时间，并且所有出入库的信息都将保存在处理系统之中，方便查询调阅。
在本设计中，相对于传统的条码扫描系统，该系统的运用主要有以下三大优点：第一点，扫描效率高。使用该系统可以同时扫描并读取多个物品的相关信息，大大提高了出入库以及记录的效率 ;第二点，RFID 标签相对于条码标签来说，它的抗污染能力更强、耐久性更高、扫描速度更快，并且 RFID电子标签在穿透性、数据容量、安全性、重用性等方面都具有很大的优势[5]；第三点，RFID 可以用于物流过程的自动化管理，提高物流数据采集的实时性和物流管理的高效性，保障数据的安全。
综上所述，基于 RFID 的商品物流跟踪与仓储管理系统拥有着巨大的发展前景，它不仅在使用和理论研究方面有着较高的价值，而且让物流行业的发展趋势和人们所关心的高效、迅速、便捷的生活方式相接轨。
1 系统整体设计
商品物流跟踪与仓储管理系统可以分为硬件设置和系统功能两个模块。其中，硬件设置可以分为串口选择模块、波特率设置模块与读写器功率设置模块三个小模块，而系统功能模块可以分为商品识别模块、物流跟踪模块、商品入库模块、商品盘点模块、商品出库模块以及销售记录模块六个小模块。
具体的系统功能如图1所示。
1.1 需求分析
如今，大多数的物流公司在商品的出入库管理和商品的物流跟踪上采用的还是传统的条形码扫描系统，这种系统不仅效率低，条形码还容易损坏，严重拉低了物流的运送速度。并且在网上更新物流信息时，还需要手动添加，经常会有很久不更新物流信息的时候，对用户造成很不好的影响。物流信息无法及时更新、出入库缓慢、仓储管理繁琐等这些都是制约如今物流发展的重要因素，想要物流提速，必须要解决这方面的问题[6].
为了可以在最大程度上为物流提速，所以理想化中的物流跟踪与仓储管理系统是需要在环境搭建好之后，能够及时、快速、高效的读取需要出入库物品的信息，并保存数据，并且能对商品所到的各个地方进行跟踪和信息管理。在此基础上，可以添加网络信息同步的功能，将各个物流仓储地方的信息同步到一起，方便做数据分析和总体的管理，并且需要在商品入库的时候及时在网上更新物流信息，使用户在最快的时间内得到最新的商品物流信息。
1.2 整体方案设计
本设计是使用 RFID 技术实现的物流跟踪与仓储管理系统，该系统将 C#、RFID 射频技术与数据库相结合，通过超高频 RFID 读写器读取出入库时的物品信息，通过数据管理系统将获取到的数据存储到数据库中。使用户能够快速、实时的了解到所购买商品的出入库的具体信息。
图 2 所示为系统整体架构图，物流跟踪仓储管理系统主要是由 RFID 电子标签、超高频 RFID 读写器、数据管理系统和上位机等部分组成。超高频 RFID 读写器与天线放置在商品存储的仓库门上，主要负责扫描读取商品上的 RFID 标签，并将信息反馈到管理系统中。当大量的电子标签同时到达读写器的读取范围时，读写器会同时读取多枚标签的信息，使物品的出入库时间更加快捷、方便。而当物品每到达一个物流转发中心时，都会记录下该地址信息，在之后到达下一个转发中心时，就可以查询到该商品经过了哪些转发中心，经过的路程是怎样的。这可以使我们更加直观地了解到物流的整个过程。
2 系统硬件设计
2.1 RFID 技术
RFID 技术是一种无线通信技术，该技术能够通过无线电讯号识别一些特定的对象，并且能够对其中的信息进行读写操作。无线射频识别技术类似于条形码扫描技术，对于条形码扫描技术而言，它是将已经制作完成的条形码粘贴在确定的物体上，并使用专门的条形码扫描读写器将条形码中的信息读取出来，该读写器读取的信息是由光信号来传递的。而无线射频识别技术（RFID）的扫描识别用的是其开发的专门使用的 RFID 读写器，该技术使用的标签也是专门制作的、能够附着在物体上面的电子标签。该扫描识别技术是使用频率信号将标签中的信息由标签通过天线传到射频识别读写器中。从结构上来说，无线射频识别技术，即 RFID 是一种比较简单的无线系统，它是由两个基本的.器件组成。RFID 系统可以用来检测物体、控制物体以及跟踪物体。该系统是由一个询问器和多个应答器组成[7].
2.2 RFID 读写器模块
无线射频识别技术可以不接触对象物品，只通过无线射频信号来识别目标物品的信息，并获取其中的有关数据。该系统工作时不需要人工操控，恶劣的环境不会对其工作造成影响，并且操作方式方便、简单、快捷。RFID 读写器必须与 RFID天线配合起来才能够正常工作并读取标签中的数据信息。图 3所示为 RFID 在系统中常见的工作流程[8].
RFID 读写器工作的基本原理并不复杂 :RFID 标签进入RFID 读写器产生的磁场后，接收到读写器发出的无线射频信号，凭借着在标签线圈产生的感应电流获得足够的能量，将存储在芯片中的数据信息发送给读写器（无源标签或被动标签，Passive Tag），或者自身主动的发送出模--频率的信号（有源标签或主动标签，Active Tag）；RFID 读写器读取 RFID 电子标签中存储的相关信息，进行解码后，发送到信息处理系统中进行相关的数据信息处理[9-11].其主要应用在物流跟踪、仓储管理、门禁考勤等领域。
2.3 RFID 标签介绍
耦合元件和芯片是组成无线射频电子标签的两个重要部分，任意一个 RFID 标签在被生产出来的时候，都会被赋予了一个全球唯一的电子编码，将其粘贴在物体上，可以唯一的标识目标物品，俗称电子标签或者智能标签。RFID 标签主要可以分为主动标签，半主动标签（也称作半被动标签），以及被动标签三大类。也有人把它分成有源、半有源和无源三大类标签[12].被动式电子标签是没有内置电源为其供电的。该电子标签内部集成电路的驱动是通过接收 RFID 读写器发出的电磁波完成的。当足够强度的电磁波被 RFID 电子标签接收到时，其就可以向 RFID 读写器发送存储在其中的数据信息。
这些数据信息不仅包括该电子标签唯一的 ID 号，还包括之前预存在电子标签内 E2PROM 中的数据信息。不需要电源、价格便宜、体积轻薄都是被动式标签的优点。目前市场上的电子标签以无源电子标签为主。半主动标签类似于被动标签，但是他比被动标签多了一个用来驱动标签 IC 的小型电池，能够使 IC 处在工作状态。这样，天线就可以用来充分的回传信号，而不必去管电磁波的接收任务。半主动式标签的反应速度比被动式标签更快，效率比被动式标签更高。
3 系统软件设计
3.1 开发环境及开发语言介绍
本设计的系统界面开发，使用的是一款名为 Microsoft Visual Studio 2013C# 的开发软件。Visual Studio 2013 是微软公司推出的 C# 开发环境，是目前最流行的桌面应用程序的开发环境。Visual Studio 2013 是一个做界面设计非常简单的软件开发工具。它的主要功能就是将"面向对象的编程语言"在开发环境中转化为"面向机器的简单语言".该环境在系统界面设计方面都是可视化的，并且还有面向个人开发的专业版，该版本为独立开发人员提供集成开发环境、专业的开发平台以及实用的测试工具等。
3.2 串口操作界面设计
串口操作界面功能包括串口号的显示的串口波特率的显示，并添加了"打开"、"关闭"的功能按钮。信息显示框将会显示操作过程中的反馈信息，而且在信息框中可以通过点击"清空"按钮，对信息框中的信息进行清空操作。商品物流跟踪与仓储管理系统的串口操作界面如图 4 所示。
3.3 物流跟踪与仓储管理界面设计
物流跟踪与仓储管理界面所包含的功能主要有"商品识别"、"物流追踪"、"商品入库"、"库存盘点"、"物品出库"、"销售记录"等。
3.3.1 商品识别模块
商品识别，就是将贴有电子标签的物品放置在 RFID 读卡器可以读到的范围之内，读卡器可以将标签中的序号读出，并显示在标签序号一栏里，之后会将标签的序号与数据库中的信息对比，将与其绑定的物品编号、物品名称以及图片从数据库中读取并展示在商品识别里。具体如图 5 所示。
3.3.2 物流跟踪模块
物流跟踪则是当贴有电子标签的物品进入到物流中转站时，点击记录物流信息，该物品经过的中转站信息就会被记录到数据库中。之后可以在入库、出库中看到物品经过的物流中转站。具体如图 6 所示。
3.3.3 商品入库模块
入库，是当有商品需要入库时，点击读取，即可读取到商品上粘贴的电子标签的序号，然后在下面的物品编号、物品名称、物品数量里填入该物品的相关信息，点击浏览，上传该物品的图片，点击添加，将填写的信息添加至数据库中，之后在商品识别和出库中就可以识别出该商品的相关信息。
3.3.4 商品盘点模块
盘点，就是统计目前仓库中所存在的物品，以及物品的数量，并将仓库中存在的物品、该物品的编号、对应的标签号以及物品的数量打印输出到盘点界面上来，让用户对目前仓库的状态以及物品的数量一目了然。想要盘点仓库中的物品，只要点击盘点模块中的盘点仓库中商品的按钮即可。
3.3.5 商品出库和销售记录模块
出库，就是将仓库中已有的商品提取出去一部分。相对应的，提取了哪件物品，是可以通过扫描电子标签来确定的，而选择需要出库的数量，则不能超过物品的最大数量。当确定好了出库的数量后，点击出库按钮即可。出库的物品的数量会在数据库中减少，并且出库的物品名称、出库的数量以及出库的时间都可以在销售记录里查到。
4 结 语
随着时间的推移，RFID 技术将会取代条码扫描技术，彻底融入我们的生活。本设计将使用我们生活中并不常见的RFID 技术，通过 RFID 读写器来实现简单的物流跟踪与仓储管理系统。本系统设计主要面向的是需要大量存储商品的公司以及物流托运公司。目前，物流产业还没有基于 RFID 方面的较为完整、成熟的设计，所以本设计会有很广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 王金妹 . 基于 RFID 的制药厂仓储管理系统设计与实现 [D]. 成都 :电子科技大学，2013.
[2]C.M.Roberts.Radio frequency identification（RFID）[J].Computers& Security,2006,25（1）：18-26.
[3] 姬丽娜，袁红兵，叶舒沁 .RFID 技术在仓储管理中的应用研究 [J]物流科技，2011（10）：79-81.
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