引言

　　儀器儀表在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，倉(cāng)儲(chǔ)管理是儀表企業(yè)整個(gè)供應(yīng)鏈中的重要環(huán)節(jié)。儀表產(chǎn)品具有種類多、更新快的特點(diǎn)，因而其倉(cāng)儲(chǔ)管理面臨著巨大壓力。儀表倉(cāng)庫(kù)的高效化管理是企業(yè)服務(wù)質(zhì)量的保證，更是企業(yè)形象和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的熏要保障。當(dāng)今的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)出存作業(yè)十分復(fù)雜化多樣化+傳統(tǒng)的人工管理模式和簡(jiǎn)單的靜態(tài)倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)已無(wú)法保證儀表企業(yè)各種資源的高效利用。

　　在這種情況下，特別是在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)背景下，RFID(Radio Frequency Identification)，即射頻識(shí)別技術(shù)呈現(xiàn)出了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別耳標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可高效地上作于各種惡劣環(huán)境。同時(shí)該技術(shù)可識(shí)另4高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快嬉方便。基于RFID的倉(cāng)庫(kù)管理將為解決上述問(wèn)題提供有效的途徑。本文將RFID技術(shù)引入到r儀表倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化識(shí)別管理當(dāng)中，提出了一種新型儀表倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

　　1 總體方案設(shè)計(jì)

　　新型儀表倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，整體系統(tǒng)分為RFID貨架標(biāo)簽、RFlD手持讀寫器和RFID管理中心3個(gè)子系統(tǒng)。其中RFID貨架標(biāo)簽置于倉(cāng)庫(kù)個(gè)種類儀表架上，采用有源主動(dòng)式設(shè)計(jì);RFID手持端基于嵌入式系統(tǒng)，為移動(dòng)讀寫端，一方面可以對(duì)各個(gè)RFlD貨架標(biāo)簽信息進(jìn)行讀出和寫入，另一方面可以實(shí)現(xiàn)和RFID管理中心端的雙向聯(lián)絡(luò);RFID管理中心端為整體系統(tǒng)的控制核心，采用上位機(jī)/下位機(jī)模式，基于MCU的信號(hào)收發(fā)器通過(guò)USB總線與上位PC機(jī)通信，上位PC機(jī)基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)完成倉(cāng)庫(kù)信息管理。

圖1 自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)的整體方案

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分為RFID貨架標(biāo)簽硬件設(shè)計(jì)、手持讀寫器硬件設(shè)計(jì)和管理中心硬件設(shè)計(jì)三部分，考慮到基礎(chǔ)硬件的相似性，對(duì)貨架標(biāo)簽和手持讀寫器采用了相同的硬件設(shè)計(jì)方案，功能差異用軟件實(shí)現(xiàn)。整體系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 RFID系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

　　無(wú)線射頻通信是RFID系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此射頻通信電路設(shè)計(jì)是整體硬件子系統(tǒng)的首要設(shè)計(jì)重點(diǎn)。此外，數(shù)據(jù)顯示電路、USB接口電路設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)的重點(diǎn)硬件支撐，設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

圖3 無(wú)線通信電路原理圖

　　采用2，4GHz低功耗無(wú)線射頻芯片nRF2401進(jìn)行了RFlD貨架標(biāo)簽、手持讀寫器和管理中心三端中的射頻通信電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。其中，nRF2401工作于2，4～2，5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置了頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。在RFID貨架標(biāo)簽和手持讀寫器中，設(shè)計(jì)了LCD液晶顯示屏，用來(lái)實(shí)時(shí)顯示儀表信息和參數(shù)數(shù)據(jù)。采用了工業(yè)字符型液晶LCDl602，能夠同時(shí)顯示2行×16列即32個(gè)字符信息。RFID管理中心端的信號(hào)收發(fā)器通過(guò)USB總線與上位PC機(jī)通信，設(shè)計(jì)中采用了具有本地模式的8位數(shù)據(jù)總線及中斷輸出的USB接口芯片CH372。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也分為貨架標(biāo)簽端軟件設(shè)計(jì)、手持端軟件設(shè)計(jì)和管理中心端軟件設(shè)計(jì)三部分。標(biāo)簽端和手持端的軟件設(shè)計(jì)主要基于C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，管理中心端PC主機(jī)軟件基于Java和數(shù)據(jù)庫(kù)編程實(shí)現(xiàn)。

　　3.1 標(biāo)簽端軟件設(shè)計(jì)

　　貨架標(biāo)簽端設(shè)置為多個(gè)，按類別固定在各儀表貨架上，標(biāo)簽端程序流程如圖4所示。采用主動(dòng)方式，定時(shí)廣播含有自身ID信息以及儀表種類信息的數(shù)據(jù)，未檢測(cè)到手持端時(shí)循環(huán)廣播。當(dāng)檢測(cè)到有手持端進(jìn)入廣播區(qū)域后，接收手持端信息并向其發(fā)送握手應(yīng)答信號(hào)。然后對(duì)接收到的信息進(jìn)行解析，判斷是否有操作請(qǐng)求，有則執(zhí)行操作;操作完成后或未接到請(qǐng)求時(shí)，MCU會(huì)掃描鍵盤請(qǐng)求，必要時(shí)對(duì)鍵盤事件進(jìn)行及時(shí)處理。

圖4 標(biāo)簽端軟件流程圖

　　3.2手持端軟件設(shè)計(jì)

　　手持端同時(shí)面向中心端和標(biāo)簽端進(jìn)行無(wú)線連接通信，其軟件流程如圖5所示。所有操作均安排在一個(gè)主循環(huán)中完成。循環(huán)過(guò)程中首先監(jiān)測(cè)中心端，當(dāng)收到指令后進(jìn)行校驗(yàn)、解析和操作執(zhí)行;然后檢測(cè)有效區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽，若匹配成功則執(zhí)行操作;最后檢測(cè)鍵盤請(qǐng)求。研發(fā)過(guò)程中。手持端軟件基于C語(yǔ)言代碼編程實(shí)現(xiàn)。

圖5 手持端軟件流程圖

　　3.3 中心端軟件設(shè)計(jì)

　　中心端軟件主要負(fù)責(zé)儀表庫(kù)數(shù)據(jù)的核心管理任務(wù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了RFID中間件技術(shù)，軟件成序的結(jié)構(gòu)如圖6所示，可分為應(yīng)用程序?qū)?、服?wù)接口層、RFID中間件和信號(hào)收發(fā)器驅(qū)動(dòng)層。

圖6 管理中心主機(jī)程序結(jié)構(gòu)框圖

　　中間件介于底層RFID硬件設(shè)備與應(yīng)用軟件中間，對(duì)來(lái)自RFID信號(hào)收發(fā)器傳來(lái)的與標(biāo)簽相關(guān)的事件、數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、忙總和計(jì)算，減少?gòu)氖瞻l(fā)器傳往應(yīng)用層的巨量原始數(shù)據(jù)。中間件主要完成硬件設(shè)備的協(xié)調(diào)控制、標(biāo)簽數(shù)據(jù)的過(guò)濾與事件處理和數(shù)據(jù)路由等功能。

　　頂層應(yīng)用程序的開發(fā)基于Java語(yǔ)言和PB數(shù)據(jù)庫(kù)編程，采用了B/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其功能拓?fù)淙鐖D7所示。能夠很好地完成客戶及倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)信息的管理、倉(cāng)庫(kù)操作信息及儀表信息的管理等功能。

圖7 管理中心主機(jī)程序功能框圖

　　4 實(shí)驗(yàn)分析

　　為檢驗(yàn)方案性能，我們采用實(shí)驗(yàn)室模擬和倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)試用的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總分析表明，該系統(tǒng)的功耗較傳統(tǒng)裝置降低了26.9，平均識(shí)別管理效率提高了18.200，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠很好地滿足儀表倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)出存管理要求。

　　5 結(jié)論

　　本文提出了一種基于RFID技術(shù)的儀表倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)識(shí)別管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，基于2. 4GHz無(wú)線通信和嵌人式計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)造了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，基于嵌入式編程和數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)完成了各子系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以顯著提高儀表倉(cāng)庫(kù)的進(jìn)出存管理效率，節(jié)省管理成本，另外，本設(shè)計(jì)方案的提出對(duì)增強(qiáng)儀表倉(cāng)庫(kù)管理的自動(dòng)化和智能化水平具有積極的推動(dòng)作用。綜上所述，該系統(tǒng)具有較高的實(shí)用價(jià)值。