基于RFID技術的食品物流車輛管理系統設計

韓雪娜 ，李 暉 ，2

（1.哈爾濱商業大學 計算機與信息工程學院，哈爾濱 150028；2.黑龍江省電子商務與信息處理重點實驗室，哈爾濱 150028）

0 引言

無線射頻識別（RFID）技術是典型的非接觸式自動識別技術，通過無線射頻信號自動采集電子標簽上的數據信息，利用電感耦合和電磁輻射等方式，將標簽信息傳送至讀寫器系統中，通過上位機系統進行后續的信號處理［1］。射頻識別全過程無需人工干預，信號強度大，接收范圍廣，RFID發展至今技術已成為21世紀最有前景的信息技術之一，廣泛適用于庫存管理和運輸調度等物聯網應用領域［2-4］。

在現代物流運輸過程中，考慮食品類產品保存周期短，生產流通快，運輸損耗嚴重等特點，要求食品物流車輛管理應該具備快速性、安全性和可靠性。因此，提高食品物流場區運作效率對加快商品流轉速度，保障食品經濟穩定發展起到較為重要的作用［5］。鄒毅峰建立了無成本約束和有成本約束的食品物流系統優化決策模型，并根據模型的特點給出了求解的啟發式算法［6］；王興家在對冷鏈物流的特征、流程、存在的問題的研究基礎之上，開展了生鮮食品冷鏈物流配送的優化研究［7］；王梅對食品安全追蹤物聯網的工作原理與組成進行了分析研究，提出了一種基于物聯網的食品物流安全追蹤方法［8］；鄒饒邦彥通過對配送中心的儲運流程分析，得出在使用RFID系統后改進的運營流程，基于RFID的優化模式［9］。傳統接觸式人工識別方法識別速度較慢，精度不高，標簽易損耗，存在諸多弊端，已滿足不了現代食品物流業的要求，基于此，將RFID技術引入食品物流管理，設計基于RFID技術的食品物流車輛管理系統對于保證產品運輸安全，加快食品行業流通有著重要的理論研究價值［10-12］。

1 系統總體架構

食品物流車輛管理系統對待入物流園區的車輛身份進行識別，自動獲取車輛信息，同時根據車載食品的安全和食用條件，對車輛的調度優先級進行區分。優先對級別較的地認證車輛進行車位引導，幫助車輛快速安全地停靠合理位置，方便食品貨物的及時裝運和存儲。基于RFID技術的食品物流車輛管理系統由車輛識別系統和車輛定位系統兩個子系統組成，其中車輛識別系統包括射頻識別模塊，通信模塊和機械動作模塊三部分；車輛定位系統包括車位探測模塊，車位控制模塊，信息顯示模塊和車位誘導管理模塊四部分，系統總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構Fig.1 Architecture of management system

1.1 車輛識別系統

車輛識別系統依據無線射頻識別技術信息傳導原理，通過讀寫器獲取相關食品物流車輛上的電子標簽信息，在確認車輛身份之后，操縱機械動作開關予以放行，同時通過數據庫搜索記錄車輛相關信息數據，并上傳資料到應用服務器進行車載食品信息比對，在物流車輛管理云平臺上更新相關車輛的位置信息的同時，根據車載食品的安全實用條件（包括保質期，冷凍期，運輸周期等）對車輛優先級進行區分，以期實現車輛的物聯互通和迅速引導。

1.2 車輛定位系統

在完成車輛識別任務后，食品物流車輛駛入配送場區，通過車輛定位系統，實現準確快速的車位引導［13］。針對食品物流過程的特殊性，在車輛優先級劃分的基礎上，對當前物流園區空閑車位進行判斷，同時實現不同食品運輸周期要求的物流車輛分類定位引導：對于食品運輸周期要求短時的車輛完成近位引導：即定位系統引導車輛泊入距離園區入口處較近的空閑車位，方便裝卸和轉運；對于食品運輸周期要求寬泛的車輛實現遠位引導：即定位系統引導車輛泊入距離園區入口處較遠的空閑車位，為緊急運輸車輛預留近位空間，實現高效車位誘導

1.2.1 車位探測子系統

車位探測子系統用于指示車位使用狀態，由車位狀態指示燈、信號采集收發器和車位信息探測傳感裝置等基本模塊組成。車位信息探測傳感裝置通過超聲反射回波方法實時計算障礙物距離，進而對監測車位的車輛停放狀態進行判斷，同時根據車位當前使用情況控制車位指示燈的顯示顏色，不同顏色反映車位占用情況，保證50米距離范圍可見，幫助車輛迅速定位。

1.2.2 車位控制子系統

車位控制子系統是整個引導系統的控制核心，完成包括數據采集、信號傳輸和對象控制等基礎功能，通過計算不同區域的車位動態時變，及時有效地更新信息顯示系統的車位數目，通過串行連接線將相關操作數據上傳到二級服務器，可以在管理終端上實時測算車位情況。同時控制子系統具備自我檢測檢查功能，可以通過自檢程序對故障設備進行定位和告警，并通過管理終端告知維修人員對系統進行維修維護［14-15］。

1.2.3 信息顯示子系統

車位信息顯示子系統通過顯示屏動態顯示食品物流園區可用車位數的實時變化情況，引導顯示屏有三部分組成，其中入口顯示屏標識全區域車位變化，區位顯示屏標識不同區域的車位變化，交叉路口顯示屏標識不同行車方向上的車位變化。

1.2.4 車位誘導子系統

車位誘導管理軟件通過電子地圖顯示車位狀況，對于動態物流車輛管理實施停車超時告警和設備故障報警，同時兼有VIP車位管理。通過事件記錄表和歷史記錄表單內部信息加載，最終形成圖表方式報告表方便查驗。

2 系統硬件結構

基于RFID技術的物流車輛管理系統硬件結構主要包括RFID讀寫模塊、通信模塊和機械動作模塊，見圖2。

圖2 系統硬件結構Fig.2 Hardware structure of management system

RFID讀寫模塊包括電子標簽和讀寫器，考慮車輛運行速度和信號覆蓋寬度，物流管理系統中電子標簽采用頻率為2.4GHz的有源標簽，同時匹配對應的2.4G讀卡器系統，實現車輛身份信息的快速檢測。通信模塊負責RFID讀寫器和服務器之間進行RS232全雙工數據通信［16］。機械動作模塊根據RFID讀寫模塊的身份識別結果對入場門禁閘機進行控制［17］，完成物流車輛的自動入場和車位引導。

讀寫器是RFID系統中最重要的基礎設施，一方面，RFID標簽返回的電磁信號通過天線進入讀寫器的射頻模塊中轉換為數字信號，再經過讀寫器的數字信號處理單元對其進行必要的加工整形，最后從中解調出返回的信息，完成對RFID標簽的識別和讀/寫操作；另一方面，上層中間件及應用軟件與讀寫器進行交互，實現操作指令地執行和數據地匯總上傳。在上傳數據同時，讀寫器會對RFID標簽原子事件進行去重過濾或簡單的條件過濾，將其加工為讀寫器事件后再上傳，減少與中間件及應用軟件之間數據交換的流量［18-19］。

3 系統軟件流程

食品物流車輛管理系統的軟件流程見圖3。主要過程如下所述：

圖3 系統軟件流程Fig.3 Software flow of management system

（1）開啟RFIDThread線程：無線射頻傳輸程序啟動，實現RFID通信信號的接收和相關數據的發送。

（2）開啟有源2.4GHz線程：RFID信號遵循ISO14443協議，規定鄰近卡（PICCs）進入耦合設備（PCDs）時的輪尋，通信初始化階段的字符格式，幀結構，時序信息，允許多標簽進入讀寫器范圍，從中進行合理選擇。

（3）車輛在線檢測和監聽：以10 ms為周期對物流車輛電子標簽信息進行監聽，同時規定非接觸的全雙工塊傳輸協議，并定義了激活和停止協議。

（4）解析串口幀數據：在判斷幀數據格式是否正確的基礎上，獲取車輛身份標簽號；匹配預設車輛卡號成功后，顯示車輛信息，為后續車輛定位奠定基礎［20］。

4 關鍵事件分析

基于RFID的食品物流車輛管理系統利用無線射頻識別信號實現可編程控制器（PLC）與標識信息間的數據傳輸，完成非接觸式目標識別與跟蹤。

5 系統實現

食品車輛上配置的電子標簽上電后，按照預設規則周期性的進行信號發射，當RFID標簽進入讀寫器的作用區域，閱讀器獲取到標簽發射出來的信息，完成了對標簽的識別過程，同時將入場車輛信息顯示在相應的身份識別管理系統中，依據物流車輛裝載物品的食品特性對其進行優先排序。通過對空閑車位進行判斷，針對食品運輸周期要求短時的車輛就近引導泊入空閑車位，方便裝卸和轉運；針對食品運輸周期要求寬松的車輛引導泊入距入口處較遠的指定車位，為緊急運輸車輛預留車位空間，實現高效車位誘導。綜合車輛識別和車輛定位，最終保證食品物流車輛地快速引導。

6 結語

在分析當前食品物流運輸時間較長、運轉效率不高等問題的基礎上，分析無線射頻識別技術在車輛管理中應用的優勢，設計了一種基于RFID技術的食品物流車輛管理系統，在完成車輛身份信息自動識別的同時，實現了物流場區車位的快速誘導。相對于傳統的人工物流管理，本文設計的自組織管理系統功能豐富完善，對象識別準確，運行穩定可靠，在保證精度的條件下提高運營速度，具有較高的市場應用前景。