基于RFID的分中心倉庫管理系統設計

黃維銘 林新 周冰 李品斌 曾文鈺

（1.廣西廣播電視技術中心玉林分中心；2.廣西廣播電視技術中心貴港分中心）

一、引言

近年來，隨著廣播電視事業的快速發展，由技術中心向分中心分發的工程設備、廣播電視備用器件、電線電纜等器材數量日益增加，給分中心的倉庫管理增加了不少工作和壓力，同時對分中心的倉庫管理工作也提出了更高的要求。目前分中心倉庫管理模式主要是人工管理模式，即貨物的出入庫、貨物的庫存狀態等信息均由分中心資產管理員通過整理倉庫管理員手抄的紙質表格內容并做好記錄后，再由資產管理員本人制作并添加相關信息到Excel中，維護部人員借用或者歸還貨物均通過QQ群向資產管理員進行報告，整個過程不僅繁瑣，而且極易出現差錯，對管理的貨物相關信息也難以實時更新，當需要進行貨物的盤點或統計的時候也十分耗費時間和人力，人工管理的方式已經越來越不能滿足事業發展對倉庫管理的要求。為此，我們借助物聯網應用中的RFID技術用于分中心的倉庫管理工作，幫助倉庫管理人員方便地完成對倉庫的各類貨物統計，加快倉庫管理自動化的步伐，提高倉庫管理的業務處理效率，盡可能地減少倉庫管理的重復性和低效性，從而實現了倉庫管理的系統化、規范化和自動化，為安全播出提供了堅實可靠的后勤保障。

圖1 系統結構拓撲圖

二、系統整體設計和功能概述

本文主要以玉林分中心的倉庫管理為需求進行分析。目前分中心主要有兩個倉庫，一個是241臺區的備品備件貨物倉庫，一個是綜合部的儀器設備倉庫，系統主要工作是對分布于上述兩個不同地域的倉庫的貨物信息進行采集。貨物信息主要包括貨物到貨驗收、入庫、出庫、借用、歸還、庫存盤點等數據，借助RFID技術采用自動采集的方式，各個倉庫點都將采集到的數據傳送到后臺服務器數據庫，提高倉庫管理系統中各個環節數據錄入的速度和數據一致性、準確性，確保資產管理員能及時準確地掌握庫存的真實數據，合理保持和控制倉庫中的物件庫存。

系統的設計主要由硬件和軟件設計兩部分構成，硬件部分主要是完成數據的采集和數據網絡傳輸，軟件部分主要完成數據的統計分析處理。兩個倉庫點的每一件貨物都具有由收發天線和存儲芯片構成的RFID電子標簽, 該標簽可存儲貨物的種類、數量等相關信息；在倉庫貨架上安裝固定式讀寫器和手持式移動閱讀器，用于倉庫貨物數量的監控、定位和自動盤點。每臺固定式讀寫器均配帶多支收發天線，每支天線有唯一的地址碼；讀寫器可以和標簽遠距離通信，讀寫貨物包裝表面的 RFID 電子標簽所記錄的內容，同時讀寫器可以通過計算機網絡等實時上傳數據至服務端的數據庫。系統結構拓撲圖如圖1所示。

系統主要有以下五種功能：貨物數據采集功能、貨物數據信息管理功能、貨物查詢功能、庫存盤點功能以及系統信息管理功能，其中貨物數據采集功能通過RFID實現對入庫和出庫的貨物數據的采集操作；貨物數據信息管理功能對采集來的貨物數據進行管理，將貨物的初始編碼數據信息輸入到系統后臺數據庫中，做到每一件貨物對應數據庫中相應列表字段唯一的 ID 號；貨物查詢功能是對每件貨物的實時狀態和出入庫時間快速查詢的功能；庫存盤點功能可定期完成對在庫貨物器材的清點，倉庫中每件裝備的標簽 ID號都與數據庫中的編碼信息建立了一一對應的映射，通過計算機遍歷查找，能夠減少人為盤點貨物的工作量，增加工作的精確性以及高效性；系統信息管理功能主要是對系統的配置信息進行設置，如添加、刪除系統用戶、設置用戶權限、設置系統操作日志等。

軟件使用C#編程工具開發，使用三層軟件架構設計，如圖2所示。

圖2 架構設計圖

由于本系統處理的貨物數據量較大，故對系統進行數據庫設計的時候首先對貨物數據進行建模，使用E-R圖進行描述，通過邏輯結構設計分析，建立了職工信息表，貨架代碼表，貨物信息表，貨物入庫表，貨物出庫表，現有庫存表，系統操作日志表等。

三、系統的實現

系統的實現主要包括系統網絡通信架構和系統各個主要功能模塊的實現，其中前者的實現關鍵考慮是分布式，涉及到倉庫點的整體布局、數據采集設備、網絡設備的部署和軟件網絡編程，如倉庫點的整體布局包括貨架的放置、分揀區和工作區，如可以按照廣播電視器材的分類或者工程用途等對貨架區進行歸類，科學合理的倉庫布局能提升管理的高效性，同時也為后續的開發設計提供便捷。數據采集設備實現通過 RFID 天線讀取貨物上的電子標簽，然后將其傳遞給射頻模塊中的 MCU 進行數據的處理及操作，處理后的數據由模塊的URAT接口傳輸給上位機，上位機通過調用 API 函數把該貨物射頻標簽的信息以TCP/IP的格式把數據進行封裝以便在網絡中傳輸。考慮到讀寫速度和通信接口兩個因素，選擇讀寫器采用MFRC522模塊，它支持雙向數據傳輸速率高達424kbit/s，并且支持豐富的接口， MFRC522模塊管腳定義如圖3所示。

網絡設備我們選擇帶路由功能的H3C-S5120V2-20P-LI三層交換機。

本系統使用C#編程軟件工具中的Socket網絡編程，數據庫的操作通過實例化類SqlConnection、SqlDataReader、SqlCommand、SqlDataAdapter 等實現。系統后臺數據庫使用Microsoft SQL Server 2012。連接數據庫的部分關鍵代碼如下：

圖3 MFRC522模塊管腳定義

四、安裝和調試

系統的安裝調試工作包括每件貨物的電子標簽、讀寫器的安裝以及讀寫器上位機軟件的調試，網絡設備的網絡配置，軟件設置等。讀寫器上位機軟件配置調試的參數主要有通信COM號，波特率，工作頻率，輸出功率等，大類讀寫器具體配置如圖4所示。本系統的關鍵是對貨物數據的采集，因此電子標簽和讀寫器的安裝顯得尤其重要，系統安裝和調試的過程中需要考慮的幾個關鍵問題 ：（一）固定式讀寫器的天線功率對識別電子標簽的影響；（二）廣播電視臺區強大的中波電磁場是否影響讀寫器發出的RF信號；（三）讀寫器的信號是否覆蓋對應的貨物，確保電子標簽的信號能被完整準確讀寫；（四）讀寫器的天線參數選擇是否合適，以便確保讀寫器與電子標簽之間通信正常，避免出現誤讀和漏讀電子標簽，保證數據采集功能和出入庫操作記錄功能的完整實現等等。

圖4 大類讀寫器上位機配置

系統軟件設置需結合網絡設備的網絡配置進行聯調聯試，實現整個鏈路的正常通信。在倉庫的客戶端PC上點擊運行系統，如設備的各個端口號，IP 地址配置正確，即可正常登陸，通過輸入查詢的某一貨物現在的庫存狀態，可以通過觀看判斷系統返回的結果驗證是否與服務器通信正常。系統登錄界面如圖5所示，系統主界面如圖6所示，貨物庫存查詢界面如圖7所示。由于篇幅有限，僅展示系統運行調試的部分截圖。

圖5 系統登錄界面

圖6 系統主界面

圖7 貨物庫存查詢界面

五、結束語

為了提高分中心倉庫貨物的管理效率，我們提出和設計了基于RFID倉庫貨物管理系統。通過對系統的進行初步測試，驗證了基于RFID的分中心倉庫貨物管理系統的可行性，基本達到了預期的效果，后期將對系統進行分布式設計，采樣更多倉庫點的貨物管理信息，實現大型網絡管理模式。后期不斷擴展和完善系統的功能，可以考慮增加采集倉庫的環境參數，如溫度，濕度，煙霧濃度等，通過設定倉庫的環境參數閾值，實現自動開啟空調等保證倉庫貨物安全存放環境條件的設備，同時可以實現防火防潮等聯動告警。