基于射频识别技术的智能仓储管理系统研究与设计(硕士毕业论文

基于射频识别技术的智能仓储管理系统研究与设计(硕士毕业论文内容摘要：

仓储系统是市场发展的新需求，是很有必要的 [1]。 仓 储 管 理 及库存精确定位 在整个企业的管理流程中起着 十分 重要的作用， 若 不能保证及时的库存控制、准确进货，将 可能 会给企业带来巨大 的 损失。 这不仅导致企业各项管理费用增加，而且 还 会 使得 客户服务质量 很难 得到保证， 而 最终影响 到 企业的市场竞争力。 所以本文提出了全新的基于 RFID（ Radio Frequency Identification） 技术的智能仓储管理系统方案来解决传统 仓储管理出现的 问题。 智能仓储系统国内外研究现状 （ 1） 技术 概述 RFID射频识别技术是一项很早的技术，在 20世纪 60年代该技术从理论上已经得到很大发展。 经过多年的进步， 以下的射频识别技术已相对成熟，而目前业界最为关注的是中高频段的 RFID技术，尤其是 860MHz到 960MHz远距离射频识别技术发展的最快。 目前， RFID 技术的标准化问题逐渐为人们所重视，射频识别技术产品的种类更加丰富，无源电子标签、有源电子标签以及半无源电子标签都得到了很快发展，电子标签的成本也不断降低。 物流仓储行业是 RFID 技术最有潜力的应用领域之一。 物流过程中的信息自动采集，货物追踪，仓储管理应用，快递等均是该技术很好的应用对象[2]。 （ 2）国外研究现状 从 全球范围来看，美国是 RFID 技术应用的积极推动者，在美国 RFID 技术标准建XXXXXXX 大学硕士学位论文 绪论 2 立、相关硬件、软件技术的开发以及应用领域均走在了世界前列。 欧洲的 RFID 技术追随美国主导的 EPCglobal 标准。 日本虽然已提出 UID 技术标准，但主要是本国厂商的支持，要成为国际认可标准还有很长的路。 目前，美国、日本、英国、瑞典、德国等国家均有较成熟的 RFID 技术产品 [3]。 目前，从全球的产业格局来看， RFID 产业主要集中应用比较成熟的欧美地区。 西门子、飞利浦、 TI、 ST 等厂商基本上垄断了 RFID 芯片市场；微软、 IBM、 HP、 SAP 等 公司抢占了 RFID 系统集成研究的有利位置； Intermec、Alien、 Symbol等公司则提供 RFID电子标签、阅读器、天线等产品设备。 在国外， RFID技术主要被用在对货物的识别。 由 Unified Barcode amp。 RFID 开发的仓储管理软件，支持移动计算、 RFID 阅读和 RF(WIFI)网络，其功能包括：便携数据采集应用、多设备测量单元、无纸采集和接收、实物库存和货物跟踪；另外，全球最大的零售商沃尔玛公司曾经有过一项要求前 100家供应商在 2020年 1月之前在单件商品中使用射频识别技术的决议。 另据沃尔玛官 方表示，截至到 2020 年已有 600 多家供应商使用了 RFID 技术。 （ 3）国内研究现状 与欧美等发达国家相比，我国在射频识别技术产业上的发展还相对落后。 目前，我国的 RFID 企业总数已经超过 100 家，但是关键核心技术缺乏，尤其是在超高频射频识别技术方面。 从包括阅读器、电子标签和天线等硬件产品来看，中低频射频识别技术门槛相对较低，发展较早，技术较为成熟。 而超高频射频识别技术门槛相对较高，国内发展比较晚，技术还不够成熟，从事超高频 RFID 技术产品生产的企业还很少，具有自主知识产权的企业更少。 目前，在我国还未形成较 成熟的 RFID 产业链，而且产品的核心技术基本上还掌握在国外的公司手中，尤其是中间件及芯片等方面。 国内企业基本上具有 RFID天线设计和研发的能力，但是还不具备设计应用于金属材料或液体环境中的可靠 RFID标签天线的能力。 中国在 RFID 技术标准化的研究工作上也有一定的基础，已制定了《建设事业 IC卡应用技术》等应用上的标准；在频率规划方面，也已经做了大量试验；在技术标准方面，已经依据 ISO IEC 15693 标准，基本上完成了国家标准起草工作。 我国很多研究人员及研究机构也陆续开展了 RFID 技术在仓储管理中的应用研究。 例如 DC 软件公司对白沙物流信息管理系统实施 RFID 技术。 DC 公司技术人员依据白沙物流的运作特点，结合国内物流行业的发展现状，合理地将 RFID 技术运用在货物入库、调整、盘点、出库等仓储管理环节，在技术上实现了突破性的进步；另外，西安电子科技大学针对国内仓储管理现状，提出一种基于射频识别技术的仓储管理系统优化方案，并给出了系统设计原理和工程实现的详细描述。 XXXXXXX 大学硕士学位论文 绪论 3 RFID 技术用于智能仓储系统的优点 RFID 技术是兴起 于 20 世纪 90 年代的一种非接触自动识别技术。 该技术 利用 了 射频信号 在 空间 耦合 的传输特性 ， 实现对 标签 的自动识别。 其 识别过程 中不需 物理接触 或 光学可视， 也 无须人工 干预 即可完成信息的 自动 录人和处理。 同时，电子标签 还具有 携带数据量大、可 重复 读写、保密性强， 且 不怕灰尘 及 污渍环境适应力 强等的优点。 这些优势都是 其它识 别 方式无法比拟的， 因此 RFID 技术 可以 在物流、交通、生产、防伪等领域有着巨大的发展和应用前景。 本系统设计将其运用在智能仓储管理系统中，与传统仓储管理方案相比优势如下： 读 取快捷方便： 数据 读 取无需物理接触或光学可视，甚至还能透 过货物的 外包装来进 行数据的读取。 而且有效 识别的 距离更 长。 识别 速度 快： 标签 一旦 进 入阅读器有效识别范围就可即 时读 取其中的数据。 穿透性 强 和 无 障碍 阅读 ： 传统的 条形码扫描机 要求 近距离且没有物体阻挡情况下才能 辨读条形码。 而无线射频技术 能够穿透非金属和非透明材质。 数据容量大 ： RFID 电子标签 的容量 可达 数 兆字节。 随着 存储 载体的发展，数据容量也 会 不断 的增加。 使用寿命 长 ， 应 用范 围 广 ：电磁波 通信方式，使其能够 应 用于高 污 染和放射性等 环境，而且其寿命大大高于印刷的条形 码 ； 传统条形码的 数据 载体是纸张，因此容易 被 污染，但 RFID 对油、水 或 化学药品等物质 都 具有很强 的 抵抗 能力。 标签 数据可 动态 更改 ： RFID 标签的交互式便携数据功能允许用户通过阅读器或编程器方便的向电子标签写入数据，而且操作 时间 比打印条形 码 更短。 安全性高： RFID 电 子 标签 可将数据的 读 写操作 设 置密 码 保 护 ；另外， RFID 承载的是 数字 信息，其内容可 方便的进行 密码保护，不易被 篡改和伪造 ， 因此具有更高的安全性。 本文章节内容安排 本文从智能仓储管理系统项目背景出发， 分析 了系统国内外研究现状，系统的组成。 重点 研究 了阅读器的设计和智能仓储管理方案设计。 主要内容如下： 第一章：绪论部分，主要 分析 了本系统研究项目背景及国内外相关技术研究 现状，XXXXXXX 大学硕士学位论文 绪论 4 并突出本系统设计的特点即将 RFID 技术用于智能仓储系统的优点。 第二章：系统主要相关理论与技术 分析。 本系统主要包括两大技术点， 其一是 射频识别 系统 ，这部分主要分析了射频识别系统的组成与基本原理；射频识别卡的 分类和 国家标准； 副载波信号调制的原理 ； ISO14443 标准中非接触式智能卡 Type A 和 Type B 两类标准的调制方式以及 BPSK（ Binary Phase Shift Keying， 二进制相移键控 ）信号解码原理；其二 是 智能仓储管理系统方案 部分， 主要分析了 智能仓储管理方案 与传统的管理方式具有更加方便、 快捷、可靠等的优点。 将射频识别技术 与计算机系统巧妙合理的运用到仓库管理系统当中，使得仓库管理呈现自动定位货物大体库位和及时提醒仓库管理人员补仓、出仓的智能特点。 这将使得仓库管理更加合理。 第三章： 系统总体设计部分，主要分析了整个系统的框架、组成结构， 智能仓储管理方案 的 设计 ， 并对本系统的主要研究重点作简单分析，是整篇论文的设计蓝图部分。 第四章：本部分是智能仓储管理系统的射频识别系统的研究和设计，是本论文的重点部分。 主要包括射频阅读器设计和计算机智能仓储管理系统软件设计两大模块。 阅读器设计部分主要 分析 射频 识别 卡基本原理和射频 识别 卡的标准，并从软件和硬件两个方面对阅读器装置的功能、结构和实现分别进行 设计。 阅读器硬件部分各电子电路和芯片的选取和设计；软件方面主要给出软件设计的流程图。 计算机智能仓储管理系统软件设计部分主要是计算机前台用户操作界面的设计和数据库的设计。 第五 章：系统的搭建和测试，整合以上所设计各部分，构建仓库智能管理系统，并运行测试。 第六 章：本文的内容总结部分。 简单总结了文章研究的主要内容和达到的效果，并对进一步的研究做出展望。 XXXXXXXXXXX 大学硕士学位论文 系统主要相关理论与技术 5 2 系统 主要相关理论与技术 射频识别系统 射频 识别 卡全称无线射 频身份识别卡，简称 RFID。 又称作感应式 IC、感应卡、 RF卡或者非接触卡。 按其供电方式不同可分为无源 射频识别 卡和有源 射频识别 卡。 有源 射频识别 卡内部是由电池提供电源，其工作范围较远，但体积大、寿命短、成本比较高，而且不适合工作于恶劣环境中；无源 射频识别 卡内部没有电池，他是利用电磁波供电技术把接收到的电磁波射频能量转化成直流电源，为卡片内电子电路提供电源。 这种射频识别 卡工作距离相对较短，但寿命较长而且对工作环境要求较低。 按其所使用载波频率可分为高频卡、中频卡和低频卡。 低频卡主要有 和125kHz 两种，中频卡的频率主要是 ，高频卡频率主要是 、 、 915M、433M 赫兹等。 不同频段 射频识别 卡的应用场合，工作范围和成本均有差异。 本系统使用中频。 （ 1） 射频识别系统基本组成 射频识别系统主要由 RFID 读写器、电子标签和计算机组成 ，如图 所示。 射 频 识 别 阅读 器 电 子 标 签（ 非 接 触 式数 据 载 体 ） 数 据耦 合 元 件（ 线 圈 、 微 波 天线 ）能 量时 序计 算 机 图 射频识别系统的基本组成部分 Figure The basic ponent of radio frequency identification system 阅读器 器由微控制器 (单片机 )、 读写基站、 天线模块、电源模块、 ISP下载接口、音频报警部分和信号指示灯等部分 组成。 （ 2） 基本工作原理 XXXXXXXXXXX 大学硕士学位论文 系统主要相关理论与技术 6 无源 射频识别 卡自身没有电源，其工作能量依靠 LC 震荡电路从阅读器天线发出的电磁波转化获得 [4]。 1） 阅读器上电初始化之后，读写基站将准备好要发送的数据编码后利用频率为 的载波发送出去，在附近空间内形成交变的电磁场，并每隔一定时间便将一条命令数据调制好发送到天线 RF 射频信号中，寻找周围电子标签。 2） 当 射频识别 卡电子标签（电子标签内含有 一个天线，其谐振频率与 RFID 阅读器天线的谐振频率一致）进入阅读器读写范围内的交变电磁场，标签内的 LC 振荡电路感应出一定频率的交变电信号，谐振电路即天线将产生电荷的积累，经过标签内的整流稳压电路将交流电信号整流成直流电信号，当此电信号积累足够大时，就可为电子标签中的电子电路提供工作所需电压，从而获得工作电源，供内部芯片电路工作。 电子标签内的芯片电路开始正常工作，接受并处理由阅读器发送过来的数据信息。 3） 另一方面，电子标签检测到射频信号中包含的数据信息，通过解调电路将有用数据从射频信号中分离，并对其进行判断 处理。 4） 电子标签再将处理结果经过调制后通过内部天线线圈发送到阅读器设备。 5） 阅读器设备天线感应到标签发送的数据信号，将其解调出来，送至微控制器处理。 到此便完成一次电子标签数据的读写过程。 （ 3） 副载波信号调制 的原理 射频电子标签传送回阅读器的数据采用副载波负载调制的方式，其基本原理如图 所示。 此时，电子标签的谐振电路消耗由阅读器发出电磁波 产生的能量，这个消耗能量有重新被激活的效应，这种现象使得阅读器 出现压降。 这种效应可通过改变电子标签内 IC 的电阻或负载将数据从标签传送回阅读器 [5]。 K射频阅读器 调 制 脉 冲电 子 标 签 图 副载波负载调制原理 Figure Subcarrier load modulation principle XXXXXXXXXXX 大学硕士学位论文。