◎四川大學計算機學院 羅健瑞

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展正在改變著人們的生活方式，今天足不出戶可以購買全世界的商品，商品貨物的管理和轉(zhuǎn)運發(fā)生著巨大的變化，倉庫提供了貨物的存儲功能，為滿足日益增長的各種需求，其管理也在進行徹底的改變[1-2]。實現(xiàn)倉庫信息的快速與精確的管理是供應(yīng)鏈中十分重要的一個環(huán)節(jié)，并在企業(yè)管理和日常生活中發(fā)揮著巨大的作用[3]。

傳統(tǒng)情況下，貨物生產(chǎn)出來要放在倉庫中保管，保管員對入庫和出庫進行登記管理，并建立貨物臺賬定期進行盤點，以保證存儲在倉庫中的貨物的信息的正確性。其缺點是操作繁瑣、出錯率高、查詢困難、統(tǒng)計困難，隨著企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品種類的不斷的擴展，其倉庫中的原材料及其產(chǎn)品的種類越來越多、出入庫操作的頻率越來越頻繁，人工在大面積倉庫中準確查找物品越來越困難。而基于RFID 技術(shù)[4]的倉庫信息管理系統(tǒng)[5]設(shè)計與應(yīng)用方案為解決上述問題提供了可用的途徑，借助RFID 技術(shù)設(shè)計和開發(fā)相應(yīng)的倉庫信息管理應(yīng)用系統(tǒng)，通過手持讀寫器實現(xiàn)貨物數(shù)據(jù)的批量、實時采集與高效準確獲取，可以實現(xiàn)倉庫人員與貨物的管理、使用RFID 標簽對貨物進行貼標簽和存放位置管理、使用移動的RFID讀寫器來掃描貨物的信息進行貨物的出入庫管理[6]、實現(xiàn)貨物的動態(tài)統(tǒng)計匯總、并對物品進行分類管理、分析流量和進出的頻率等，為企業(yè)的整體管理與運營提供輔助決策支持[7]。

為此，本文針對倉庫貨物的信息管理，借助于RFID 相關(guān)設(shè)備與技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)了倉庫信息管理系統(tǒng)[8]。該系統(tǒng)通過無線信號識別標簽數(shù)據(jù)從而獲得貨物的詳細信息，電子標簽中包含了物品詳細信息而且是唯一貨物的標識，使用手持移動讀寫器掃描標識獲得貨物的詳細信息，由計算機網(wǎng)絡(luò)把貨物及其RFID 標簽的信息傳輸?shù)絺}庫信息服務(wù)器上進行存儲和管理，并按照倉庫的位置進行存放，實現(xiàn)倉庫貨物的快速與精確管理。

一、倉庫信息管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（一）倉庫信息管理系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)

倉庫信息管理系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)圖如圖1 所示。倉庫信息管理系統(tǒng)對要存放的貨物使用RFID 技術(shù)進行定制貨物的電子標簽[9]，標簽中記錄貨物的標識、名稱、所屬類型、尺寸大小、用途等信息，讀寫器可以安裝在移動終端或固定位置上，讀寫器包括傳送器、接收器和微處理器等部件，讀寫器的工作原理由自身的天線發(fā)出射頻信號，電子標簽的天線按照頻率來接收，電子標簽發(fā)射內(nèi)部存儲的貨物標識信息[10]，電子標簽記錄了貨物的詳細信息，是處理的貨物信息載體，固定讀寫器先讀電子表情信息、寫入貨物信息到標簽、打印標簽貼到貨物上，這樣就建立了貨物信息與電子標簽的聯(lián)系，通過管理標簽來追蹤貨物的情況，要求完成標簽即倉庫物品的入庫、管理、出庫、盤點、移交等業(yè)務(wù)活動。

倉庫信息管理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)主要分為三個層次，最下層是倉庫貨物的數(shù)據(jù)采集，對應(yīng)于系統(tǒng)中使用的物理設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)即系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層。業(yè)務(wù)應(yīng)用用戶API 即系統(tǒng)的應(yīng)用層。采用RFID 技術(shù)來采集記錄在標簽上的貨物的基本信息，包括電子標簽的生成、打印及其和貨物的關(guān)聯(lián)、倉庫存放的位置等，固定讀寫器用來對貨物的電子標簽進行寫入，即對每一個倉庫管理系統(tǒng)中的物品進行唯一的標簽生成，根據(jù)應(yīng)用的不同需要存儲的信息也不同，例如把貨物的標識及其完整的描述信息寫到對應(yīng)的標簽上。手持讀寫器是倉庫人員在出入庫、盤點等場合用來采集貨物的詳細信息，需要通過天線把標簽中的數(shù)據(jù)讀出發(fā)射給讀寫器，讀寫器通過自己的天線接收數(shù)據(jù)，這樣貨物的數(shù)據(jù)就進入到讀寫器的存儲中，讀寫器和計算機要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境保證讀寫器的數(shù)據(jù)能夠正確的傳輸?shù)焦芾淼挠嬎銠C上，讀寫器可以和計算機直接連接或者通過一些專用的通訊（WIFI、藍牙、RFC 等）模塊來完成數(shù)據(jù)的傳輸，利用事件處理組件完成RFID 數(shù)據(jù)的交互工作。本系統(tǒng)使用的讀寫器提供了WIFI 通訊模塊，進行適當?shù)呐渲镁涂梢允褂?，其部署方便且滿足系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芤蟆?yīng)用層上開發(fā)網(wǎng)頁版的客戶端應(yīng)用API 和手持與固定讀寫器的應(yīng)用程序。客戶端應(yīng)用程序的功能包括系統(tǒng)的初始化、用戶與角色管理（包括數(shù)據(jù)庫管理員、系統(tǒng)管理員、倉庫操作員、統(tǒng)計分析員、固定讀寫器用戶、移動讀寫器用戶等）、系統(tǒng)管理包括網(wǎng)絡(luò)配置管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的備份與恢復等功能，倉庫的終端業(yè)務(wù)提供可以在計算機上實現(xiàn)倉庫的日常動態(tài)的出入庫操作、報表的生成、各種復合的查詢響應(yīng)等功能。手持移動RFID讀寫器提供的功能有通訊、貨物標簽的掃描、傳輸來配合完成出庫、入庫、盤點、移交等倉庫日常工作的功能；固定讀寫器上需要在完成移動讀寫器的功能基礎(chǔ)上，完成和計算機連接起來為每個貨物生成電子標簽并記錄到倉庫數(shù)據(jù)庫中，通過使用RFID 的相關(guān)設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集、通過RFID 設(shè)備與服務(wù)器相連接的網(wǎng)絡(luò)或者直連通道進行數(shù)據(jù)傳輸和倉庫管理中的貨物日常出入庫及其客戶與人員的信息管理的業(yè)務(wù)應(yīng)用的三個不同層面的數(shù)據(jù)交互，完成倉庫貨物的快速與準確的自動化管理工作。

圖1 倉庫信息管理系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

（二）倉庫信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

在倉庫信息系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計倉庫信息系統(tǒng)物理實現(xiàn)的模式及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖包括了四個部分如圖2 所示，分別是數(shù)據(jù)中心部分、標簽制作管理部分、手持RFID 操作部分和用戶客戶端API 部分。數(shù)據(jù)處理中心部分是倉庫信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB 服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用發(fā)布，標簽制作是使用固定讀寫器制作寫入標簽并管理，手持RFID 用來掃描倉庫貨物進行出入庫和盤點操作，客戶端API 實現(xiàn)倉庫信息管理，這四個部分通過網(wǎng)絡(luò)相互通訊。從系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)上可以把整個系統(tǒng)的各個層次定為物理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲與展現(xiàn)和應(yīng)用界面操作。網(wǎng)絡(luò)鏈接的系統(tǒng)設(shè)備包括RFID 相關(guān)設(shè)備，如固定讀寫器、移動讀寫器、標簽打印設(shè)備；數(shù)據(jù)存儲與處理設(shè)備例如數(shù)據(jù)中心備份中心等、數(shù)據(jù)庫與WEB服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由器交換機等、安全設(shè)備例如防火墻等、應(yīng)用客戶端等，它們通過網(wǎng)絡(luò)互連起來組成整個系統(tǒng)運行的物理平臺。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，包括倉庫內(nèi)部的無線網(wǎng)絡(luò)、鏈接各個部分的局域網(wǎng)絡(luò)等，系統(tǒng)中信息可以通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行傳輸。手持讀寫設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)來訪問數(shù)據(jù)庫，各個功能設(shè)備之間的鏈接是通過TCP/IP 來進行的。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用來管理和存儲倉庫信息管理的關(guān)系表包括系統(tǒng)用戶信息表、系統(tǒng)角色表、權(quán)限表、貨物種類表、貨物信息表、貨物庫存表、貨物出入庫登記表、貨物盤點表、電子標簽信息表、倉庫區(qū)域分布表、倉庫管理職責表、系統(tǒng)日志表等，為系統(tǒng)的正常運行提供數(shù)據(jù)支撐；Web 服務(wù)器進行編程實現(xiàn)客戶端API 應(yīng)用界面，設(shè)計和開發(fā)手持設(shè)備讀取貨物詳細信息的功能（掃描的貨物信息要通過網(wǎng)絡(luò)在計算機上顯示等），固定讀寫器生成貨物的電子標簽的功能即通過界面輸入貨物的詳細信息標識（可以設(shè)置不同的策略自動生成標識）、名稱、所屬類型、尺寸大小、用途等信息生成貨物的唯一的電子標簽數(shù)據(jù)，并提供方便的查詢功能，還有在計算機終端上的倉庫貨物的管理功能。

二、RFID 相關(guān)設(shè)備的技術(shù)原理與應(yīng)用設(shè)計

（一）RFID 與倉庫信息

電子標簽、讀寫器、天線是RFID的三個基本組成部分。電子標簽包含電子編碼，它的組成是耦合元件、芯片及微型天線三個部分。讀寫器用來讀取和編輯電子標簽中寫入的貨物相關(guān)的數(shù)據(jù)。傳送器、接收器和微處理器封裝起來的組合器件是讀寫器的主要部件，RFID 技術(shù)借鑒了雷達技術(shù)的工作原理，電子標簽和讀寫器都要使用射頻信號，通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間耦合，根據(jù)時序關(guān)系實現(xiàn)能量的傳遞和數(shù)據(jù)的交換；讀寫器用天線發(fā)出射頻信號，電子標簽根據(jù)設(shè)定的頻率接收讀寫器發(fā)出的射頻信號識別后就發(fā)射標簽中存儲的標識與貨物信息，讀寫器通過天線接收來自電子標簽發(fā)回的信息并識別標簽內(nèi)容，讀寫器可以和計算機直接連接或者通過一些專用的通訊（WIFI、藍牙、RFC、GPRS 等）模塊建立網(wǎng)絡(luò)鏈接來完成把讀寫器識別的結(jié)果發(fā)給計算機或服務(wù)器。本系統(tǒng)的電子標簽使用無源標簽，工作頻率為900MHz 左右,其體積小成本低、工作環(huán)境要求適合用在倉庫管理系統(tǒng)中。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

手持RFID 讀寫器設(shè)備是由多個模塊組成的，主要的模塊有主控制、射頻收發(fā)、數(shù)據(jù)顯示、實時時鐘、擴展存儲、與計算機通訊模塊（有線的通訊包括USB 接口、串行通訊接口、以太網(wǎng)絡(luò)接口等， 無線的通訊包括WIFI、藍牙、RFC、GPRS 等）、鍵盤及電源等組成，并提供二次開發(fā)接口供用戶完成不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集模式。讀寫器通過天線產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，電子標簽根據(jù)頻率的設(shè)置接收讀寫器發(fā)出的射頻信號，使用磁場感應(yīng)電流的能量發(fā)出存儲在標簽芯片中的貨物相關(guān)信息，讀寫器天線收到射頻信息就可以得到貨物的信息。由用戶設(shè)置讀寫器是否存儲收到的貨物信息，如果需要存儲，就把掃描得到的貨物數(shù)據(jù)暫存到讀寫器的擴展存儲中，通過網(wǎng)絡(luò)（有線或無線的通訊接口或網(wǎng)絡(luò)鏈接）把貨物的信息實時傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。在本項目中，使用了凱泰集團的CS8000 采集器，該讀寫器是多功能的移動數(shù)據(jù)采集終端， 具有WIFI 和GPRS 無線傳輸功能，進行必要的配置后就可以很好的完成數(shù)據(jù)的采集功能。貨物的相關(guān)信息寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器后通過客戶端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)倉庫中貨物的管理。固定的讀寫器需要和計算機相連后在界面上輸入貨物的詳細信息加上讀寫器讀出的電子標簽(讀卡操作)的唯一標識信息寫入到電子標簽（寫卡操作），然后打印出粘貼到貨物上的電子標簽，并把打印好的標簽貼到貨物上，完成了貨物入庫的準備工作。倉庫信息管理系統(tǒng)對應(yīng)的RFID 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

圖3 倉庫信息管理系統(tǒng)對應(yīng)的RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（二）貨物的電子標簽制作

每一個在倉庫中的貨物要有一個對應(yīng)的電子標簽，標簽制作是固定讀寫器MHCX-12U 完成的。貨物電子標簽信息的生成，包括讀出電子標簽的標識、把貨物信息與標簽的標識一起寫入標簽、打印標簽生成貨物入庫的標識。通過固定讀寫器讀出出廠的地址標簽信息，把貨物的信息打包到電子標簽上寫入標簽，然后為每個貨物打印出標簽，粘貼到貨物上，建立標簽與貨物的一一對應(yīng)關(guān)系。需要把固定讀寫器和用戶API 連接起來，用戶采集的貨物信息和標簽信息結(jié)合起來。倉庫中每個貨物都要有一個對應(yīng)的電子標簽，每個RFID 標簽是唯一的，標簽的制作就是把標簽的唯一標識和貨物的信息一一對應(yīng)起來。倉庫的管理人員登錄系統(tǒng)，打開貨物入庫管理界面，用手持讀寫器讀出標簽信息到計算機或者錄入的貨物的電子標簽及其相關(guān)信息，利用固定讀寫器把電子標簽的標識和貨物的詳細信息結(jié)合打包組成電子標簽的寫入信息，由固定讀寫器寫入后打印對應(yīng)貨物的標簽，這樣就完成了貨物標簽的準備工作，貨物到達就信息粘貼標簽后入庫了。

（三）移動手持讀寫器的功能設(shè)計與實現(xiàn)

移動手持閱讀器需要通過標準網(wǎng) 關(guān)（WIFI、GPRS）、RD232、或 者USB 等接口和服務(wù)器主機相連，閱讀器通過天線和電子標簽進行通訊來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。閱讀器設(shè)備掃描電子標簽讀出貨物數(shù)據(jù)后通過網(wǎng)絡(luò)（這里是WIFI）寫入數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)庫中對這個貨物進行管理，這里給出一個用C++語言開發(fā)的地址標簽卡號發(fā)給服務(wù)器端的例子， 本系統(tǒng)是基于采用的CS8000 采集器提供的二次開發(fā)的接口實現(xiàn)的。操作過程是手持移動讀寫器掃描貨物的電子標簽，由電子標簽把記錄的貨物信息發(fā)送給讀寫器，讀寫器通過配置好的網(wǎng)絡(luò)把讀出的內(nèi)容發(fā)送給服務(wù)器，整個過程分成5 步。具體過程如下：

第一步：選用的設(shè)備提供了WIFI協(xié)議實現(xiàn)手持移動RFID 閱讀器和服務(wù)器的鏈接，打開手持設(shè)備上的WIFI 模塊，在服務(wù)器上配置相關(guān)的參數(shù)，選擇相關(guān)的參數(shù)來驗證手持讀寫器和服務(wù)器的數(shù)據(jù)通訊，用戶的密碼驗證， 使用讀寫器提沖的二次開發(fā)接口函數(shù)InputPassword, 調(diào)用InputPassword(Password)函數(shù)并輸入密碼，根據(jù)函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果來判斷輸入的密碼是否正確，正確時結(jié)果為1 否則為0。

第二步：調(diào)用讀標簽數(shù)據(jù)函數(shù)ReadCardData 得 到RFID 的 卡 號，ReadCardData(SectorNo,BlockNo,CardData)讀取RFID 的卡號，參數(shù)的含義為SectorNo 默認是 0，BlockNo塊號，CardData 是存儲塊號的字符指針。

第三步：將第二步讀取到的卡號發(fā)送到已經(jīng)配置好的連接的服務(wù)器上進行存儲使用UartWrite 函數(shù)，保存標簽號到字符數(shù)組，調(diào)用UartWrite (port,buffer, length, timeout)，其中port 使用的端口號，buffer 數(shù)據(jù)緩沖，length 數(shù)據(jù)長度，timeout 超時等待時間。

第四步：在讀寫器把讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送完后， 使用UartClear 函數(shù)清空數(shù)據(jù)，準備讀取新的數(shù)據(jù)。形式調(diào)用UartClear(port)清空緩沖數(shù)據(jù)，發(fā)送完成。

第五步：如果需要接受服務(wù)器發(fā)送給讀寫器的數(shù)據(jù)，使用UartRead 函數(shù)完成讀寫器接收服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，調(diào)用函數(shù)UartRead (port, buffer, length,timeout)， 其中port 參數(shù)端口號，buffer數(shù)據(jù)緩沖，length 數(shù)據(jù)長度，timeout超時等待時間。

三、倉庫系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

倉庫關(guān)系信息系統(tǒng)是基于 RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，對所有的貨物配備RFID 標簽，用戶可以通過移動的RFID 讀寫器感知倉庫中的貨物，實現(xiàn)對倉庫貨物、出入庫記錄、倉庫人員及其各種相關(guān)資源的快速準確的自動化和科學化管理。

倉庫信息管理系統(tǒng)的設(shè)計包括倉庫數(shù)據(jù)庫設(shè)計、貨物管理功能設(shè)計、用戶界面設(shè)計、固定讀寫器的標簽卡管理功能設(shè)計、手持讀寫器的貨物信息獲取與查詢功能設(shè)計及其相關(guān)管理功能設(shè)計、系統(tǒng)綜合性能的設(shè)計等方面，倉庫管理API 采用瀏覽器服務(wù)器模式，在WEB 服務(wù)器上編程實現(xiàn)了倉庫信息管理API 完成從PC 端的功能；移動手持讀寫器上實現(xiàn)貨物標簽掃描及其與客戶端的數(shù)據(jù)交互完成貨物的出入庫等功能，固定讀寫器的功能包括貨物標簽讀入、生成和打印及其和客戶端的數(shù)據(jù)交互， 倉庫信息的統(tǒng)計分析是為用戶提供各種統(tǒng)計分析的功能。倉庫管理API 端完成的功能有系統(tǒng)管理、角色管理、用戶管理、權(quán)限管理、倉庫信息管理、出入庫管理、盤點管理、客戶關(guān)系管理、倉庫數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。在貨物出入庫時，使用RFID 的信息快速準確生成相關(guān)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。系統(tǒng)的功能界面如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)功能模塊界面

主要的業(yè)務(wù)實現(xiàn)過程為：倉庫管理員通過界面錄入貨物的詳細信息后，利用網(wǎng)絡(luò)從固定讀寫器獲得對應(yīng)的貨物的電子標簽，組合這些信息寫入電子標簽，生成入庫單，貼好電子標簽，手持讀寫器來掃描貨物的電子標簽進行檢驗，檢驗合格在貨物上粘貼標簽后放置在指定位置，設(shè)置到庫狀態(tài)，通過客戶端軟件可以記錄貨物的入庫、出庫、移動、盤點、損壞等情況，出庫流程是客戶端進入出庫界面，選中要出庫的貨物后形成出庫單，倉庫管理人員掃描貨物上的標簽，將貨物信息的標志位改為已出庫狀態(tài)，回收電子標簽，并完成貨物的實際出庫工作。系統(tǒng)的權(quán)限管理用來規(guī)定不同的用戶可以操作的模塊，保證倉庫信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正常訪問和運行。系統(tǒng)權(quán)限管理如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)權(quán)限管理界面

四、結(jié)語

本文基于移動的RFID 設(shè)備設(shè)計和實現(xiàn)了一個倉庫管理信息系統(tǒng)，分析了RFID 的相關(guān)技術(shù)及其需要物理設(shè)備配置，給出了系統(tǒng)整體架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，設(shè)計和開發(fā)了貨物的電子標簽制作、RFID 電子標簽的數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)應(yīng)用客戶端等模塊，并詳細描述了應(yīng)用軟件的工作流程， 基本上達到了預(yù)期的目標。下一步將根據(jù)企業(yè)的需求進一步完善相關(guān)的功能，例如進行批量信息的標簽制作，給貨物增加 GPS 定位功能，增加系統(tǒng)預(yù)警功能等。