基于RFID智能分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究

王偉宏，陳家明，蘇文青，李業(yè)興，師文慶

（廣東海洋大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，廣東湛江 524088）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)日益頻繁，人們對(duì)貨物送達(dá)的要求越來越高，對(duì)于傳統(tǒng)的文件、包裹和越來越多高價(jià)值、小批量、個(gè)性化的貨物，都成為快遞的托寄物內(nèi)容。根據(jù)國家郵政局最新發(fā)布的《2016年度快遞市場監(jiān)管報(bào)告》，我國2016年的快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量累計(jì)完成312.8億件，同比增長51.4%，業(yè)務(wù)收入將近4 000億元，比2015年增長了43.5%[1]，我國已成為網(wǎng)絡(luò)購物發(fā)達(dá)的國家。由于包裹數(shù)量龐大，如果繼續(xù)采用人工的快遞派件方式，成本和出錯(cuò)率無法降低，效率低下。另外，現(xiàn)在正規(guī)取件流程是：收件人向快遞員出示相關(guān)證件（例如：身份證、學(xué)生證、駕駛證等）并簽名確認(rèn)取件。現(xiàn)實(shí)生活中，收件人會(huì)忘記帶相關(guān)證件或需要委托取件。快遞員往往降低要求（只要求收件人名字和手機(jī)號(hào)碼）來提高派件效率。上述流程凸顯出派件效率低，個(gè)人信息容易泄漏等弊端。因此，解決這些問題成為快遞行業(yè)能否健康發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文介紹一種基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)的快遞分揀系統(tǒng)，一定程度上取代人工，自動(dòng)完成快遞分類，提高分揀效率和降低出錯(cuò)率，給消費(fèi)者更好的體驗(yàn)。

1 系統(tǒng)方案概述

基于RFID的智能分揀管理系統(tǒng)，主要分為與消費(fèi)者交互的應(yīng)用裝置，用樹莓派控制的自動(dòng)分揀機(jī)械裝置和WEB服務(wù)器后臺(tái)管理三大部分（如圖1所示）。

（1）應(yīng)用裝置是基于jQuery Mobile制作的WEB手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)站，用戶可以在網(wǎng)站上進(jìn)行各項(xiàng)操作，收件人注冊(cè)登錄完只需使用本項(xiàng)目開發(fā)的移動(dòng)APP快件領(lǐng)取掃一掃，可對(duì)快件單（快件單上只有二維碼或條形碼和收件地址信息，沒有其他收件人個(gè)人信息）上的二維碼或條形碼掃一掃即可確認(rèn)取件；收件人也可以授權(quán)給他人用同樣方式幫其取件，從而保證了用戶信息的安全，大大降低了快件領(lǐng)取的出錯(cuò)率。

圖1 智能分揀系統(tǒng)框圖

（2）自動(dòng)分揀裝置主要是以MF-RC522作為處理芯片的RFID讀寫器射頻模塊，具有成本低，體積小和電壓低等特點(diǎn)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，本設(shè)計(jì)采用樹莓派3作為中心系統(tǒng)，具有獨(dú)立的Linux操作系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，有較完善的資源庫，對(duì)驅(qū)動(dòng)程序和攝像頭采集處理數(shù)據(jù)等更加高效調(diào)用。在RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)著全球惟一的數(shù)字編碼，貼上這個(gè)標(biāo)簽，就可在全球范圍內(nèi)進(jìn)行跟蹤和識(shí)別[2]。當(dāng)傳送帶將包裹送到指定位置后，RFID讀寫器對(duì)貼在包裹上的標(biāo)簽，發(fā)射射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)和地址信息，無須人工干預(yù)，再根據(jù)該標(biāo)簽的地址信息結(jié)合攝像頭采集的圖像，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分揀，并將分揀結(jié)果通過樹莓派上傳到服務(wù)器。

（3）WEB服務(wù)器后臺(tái)管理是基于jQueryMo?bile開發(fā)的系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)和處理來自應(yīng)用裝置前端頁面的一系列請(qǐng)求。

使用jQueryMobile，在網(wǎng)頁頁眉中引入組件，然后加入viewport元素相關(guān)程序，讓瀏覽器知道屏幕大小。這兩個(gè)關(guān)鍵步驟能讓看到的頁面在不同的瀏覽器中自適應(yīng)；其次采用WEB存儲(chǔ)，包括lo?calStorage（本地存儲(chǔ)）和sessionStorage（會(huì)話存儲(chǔ)），使用javascript對(duì)這兩種方式分別設(shè)置鍵值對(duì)，并保留在客戶端中，在重新加載頁面時(shí)讀出它們，可用其記錄用戶的訂單詳細(xì)信息等[4]；最后用Web workers在后臺(tái)創(chuàng)建用戶使用的相應(yīng)線程，這是因?yàn)轫撁鎴?zhí)行的javas?cript均為單線程，若執(zhí)行時(shí)間過長，頁面可能會(huì)出現(xiàn)“假死狀態(tài)”。通過Web workers把費(fèi)時(shí)的處理交給后臺(tái)，保證前端頁面的性能[3]。最終管理員可對(duì)整個(gè)快遞分揀過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有注冊(cè)用戶的信息管理；還可以管理訂單和預(yù)訂單，對(duì)快遞的寄件人、收件人、出發(fā)地和目的地，還有運(yùn)輸過程中的物流信息等進(jìn)行管理[2]。

2 硬件實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)分揀裝置主要包括RFID讀寫器的識(shí)別和攝像頭采集圖像進(jìn)行最終分揀（如圖2所示）。

一開始RFID讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得能量被激活；然后標(biāo)簽根據(jù)查詢信號(hào)的要求，將標(biāo)簽中的信號(hào)反饋回RFID讀寫器，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別，最后送到主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性[5]；針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，包括采集圖像，保存編碼數(shù)據(jù)、地點(diǎn)和時(shí)間等重要內(nèi)容。

圖2 RFID識(shí)別流程

圖3 RFID標(biāo)簽

圖4 RFID標(biāo)簽的ID信息編碼

攝像頭采集圖像處理流程如圖5所示。

采用OpenCV操作攝像頭，利用工程應(yīng)用中最常用的視覺定位，比如電路板上都會(huì)預(yù)留一個(gè)定位點(diǎn)，便于設(shè)備判斷將標(biāo)簽貼到哪個(gè)位置；然后對(duì)圖片進(jìn)行灰度和記性二值化處理，去掉飽和度較低的部分，其次對(duì)圖片進(jìn)行縮放，提高后續(xù)的處理速度；最后調(diào)用HoughCircles函數(shù)，提取輪廓部分。在各個(gè)分揀出口處做好不同的標(biāo)記，使用OpenCV來偵查標(biāo)記的位置和對(duì)傳送帶上快件的運(yùn)動(dòng)跟蹤，當(dāng)攝像頭檢測到快件到達(dá)相應(yīng)標(biāo)記處時(shí)，機(jī)械裝置就將其送出到相應(yīng)分揀出口。下面是OpenCV的運(yùn)動(dòng)物體跟蹤處理流程：

圖5 攝像頭采集工作處理框圖

（1）前景檢測模塊CvFGDetector：對(duì)每一個(gè)像素判斷其是前景還是背景；

（2）新團(tuán)塊檢測模塊CvBlobDetector：使用前景檢測的結(jié)果檢測新進(jìn)入場景的團(tuán)塊；

（3）團(tuán)塊跟蹤模塊CvBlobTracker：使用新團(tuán)塊檢測模塊的結(jié)果初始化該模塊，并跟蹤新進(jìn)入的模塊；

（4）軌跡生成模塊CvBlobTrackGen：主要是保存操作，收集所有團(tuán)塊的位置，并在每條軌跡結(jié)束時(shí)將其保存；

（5）軌跡后處理模塊CvBlobTrackPostProc：進(jìn)行軌跡的平滑操作；

（6）跟蹤流程模塊CvBlobTrackerAuto：將前面5個(gè)模塊連接起來。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件實(shí)現(xiàn)是設(shè)計(jì)客戶端APP，本開發(fā)構(gòu)建于jQuery和jQuery UI類庫之上，可以確保外觀，視覺和行為在不同移動(dòng)平臺(tái)的一致性[3]。由于處于實(shí)驗(yàn)階段，本頁面沒有加過多的修飾（如圖6所示）。

（1）會(huì)員登錄和注冊(cè)，用戶必須登錄才能進(jìn)行其它操作。當(dāng)點(diǎn)擊第一個(gè)圖標(biāo)，將會(huì)跳轉(zhuǎn)到登錄界面要求輸入相應(yīng)的賬號(hào)和密碼。

（2）在線下單是對(duì)于需要寄送快遞的個(gè)人所用，可以在上面填寫相應(yīng)的信息然后打出只貼有二維碼和RFID標(biāo)簽的訂單，擺脫傳統(tǒng)手寫訂單的各種弊端。

圖6 客戶端頁面

（3）產(chǎn)品中心/在線客服，更多服務(wù)是可以根據(jù)不同物流公司推廣相應(yīng)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

（4）我的訂單/留言板是能夠根據(jù)包裹訂單號(hào)查詢物流信息，每次確認(rèn)領(lǐng)取后有一次在留言板對(duì)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程。

（5）關(guān)于我們，是提供開發(fā)團(tuán)隊(duì)的相關(guān)信息，用戶有建議可以及時(shí)反饋給開發(fā)者，可以更好的進(jìn)行開發(fā)工作。

（6）快件領(lǐng)取/快件代拿，當(dāng)本人領(lǐng)取時(shí)只需點(diǎn)擊“快件領(lǐng)取“按鍵，會(huì)自動(dòng)啟用手機(jī)攝像頭對(duì)二維碼進(jìn)行掃碼，然后會(huì)和數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行匹配，無誤即提示“確認(rèn)領(lǐng)取”。當(dāng)需要代拿時(shí)，只需點(diǎn)擊“快件代拿”按鍵，輸入代拿人的賬號(hào)和手機(jī)，和數(shù)據(jù)庫匹配無誤后即開通該用戶對(duì)該快件領(lǐng)取的權(quán)限。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)旨在提供更高效快捷的快遞分揀方式，同時(shí)給客戶帶來更加方便快捷和安全的取件，寄件，查看的方式。從寄出快遞開始，到快遞的分揀、運(yùn)輸、派送，到派件員將快遞送到客戶手中簽收全過程都可在手機(jī)移動(dòng)端查看，讓用戶實(shí)時(shí)掌控動(dòng)態(tài)，更加安心。最后，希望能夠繼續(xù)更深入研究RFID技術(shù)，提高我國快遞物流分揀效率和實(shí)現(xiàn)延伸服務(wù)功能，并基于各地不同的環(huán)境和需求設(shè)計(jì)，開發(fā)相應(yīng)的服務(wù)系統(tǒng)和設(shè)備，同時(shí)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理交互，將完善的分揀設(shè)備投入到快遞行業(yè)中使用。

參考文獻(xiàn)：

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