基于RFID 技術實現箱式操作臺的設計

柯友藝

（銳捷網絡股份有限公司，福建 福州）

引言

隨著物流信息技術的發展，大型倉庫貨物的出入庫數量呈現爆發式增長。傳統倉庫主要使用條形碼掃描技術來實現貨物的出入庫。條碼掃描技術掃描效率低一次只能掃描一個條碼標簽、掃描有方向性限定、識別距離短等問題影響貨物的出入庫時效，盤點準確性只能達到90%左右，給倉庫帶來較大的經濟投入和出入庫時效壓力。本文通過對RFID 技術特點的研究，設計了一款RFID 箱式操作臺，該操作臺具有快速盤點的性能、屏蔽性好、可靈活移動等特點，可以實現貨物快速出入庫盤點，提高出入庫效率。

1 無線射頻識別技術（RFID）發展和原理

無線射頻識別技術（RFID，Radio Frequency Identification）是一種用于鑒別目標物體的新興技術[1]。隨著第一篇論文《射頻標簽的基本原理》的發表，射頻識別技術（RFID）得到了快速的發展[2]。現在RFID 技術被廣泛應用于電子收費系統、身份識別、物品管理、動物管理、車輛管理等領域[3]。按使用的頻段分，RFID 通常可以分成以下幾個使用頻段：LF（125 KHz，135 KHz），HF（13.56 MHz），UHF（433.92 MHz，860～960 MHz）和微波頻段（2.45 GHz），其中UHF（860～960 MHz）頻段由于其讀取距離較遠和在流通領域里成本低等優點而被大量的使用[4]。

RFID（射頻識別）系統由兩部分組成：讀/寫設備和電子標簽。閱讀器通過天線發出電磁脈沖，電子標簽接收這些脈沖并發送已存儲的信息到閱讀器作為響應。系統框圖如圖1。

RFID 標簽由ASIC 芯片和一根連接在芯片兩端的天線緊密組成；標簽的這種結構使它能很方便的附在物體表面上。RFID 技術和條碼技術的主要區別如表1。

表1 RFID 技術和條碼技術的區別

2 貨物出入庫傳統技術方案

隨著互聯網技術的發展，特別是電商平臺的快速發展，倉庫出入庫貨物的數量呈現爆發式發展。當前倉庫出入庫盤點主要使用條碼掃描技術，掃描效率低，準確性只能達到90%左右。隨著人力成本的不斷提高，貨物流轉的實效要求不斷提高，使用傳統條碼掃描技術做出入庫盤點的弊端越來越明顯，已經成為痛點。提供一種能解決當前倉儲生產車間出入庫需求痛點的方案已經成為當前技術研發突破的方向。條碼掃描技術在貨物出入庫盤點中主要有以下幾種方式：

（1） 人工條碼掃描法：通過人員手持條碼掃描器對貨物一件件進行條碼掃描。在實際使用中一次只能掃描一個條形碼，這種掃描方式容易出現貨物漏掃情況；在大量貨物出入庫中需花費較多時間，對于貨物有出入庫實效要求的，只能通過增加工位和人員來提高出入庫效率。

（2） 工業類條碼自動化掃描法：在倉庫出入庫位置安裝生產流水線，在流水線上安裝固定式工業條碼掃描器，通過掃描器來實現對貨物的快速掃描。此種方式相比人工條碼掃描可以提高一定的掃描效率，由于條碼掃描一次只能識別一件的特性，要求前后兩件貨物需要有一定的間隔，避免造成誤掃或者漏掃，對掃描準確性和掃描效率有影響。

3 RFID 箱式操作臺的設計

3.1 RFID 箱式操作臺的設計原理

條碼掃描技術在倉庫出入庫盤點中應用主要存在以下三個痛點：掃描速度慢、準確性不高和成本投入較大。本文對條碼掃描技術的痛點進行分析結合RFID 的技術特點，設計了一款RFID 箱式操作臺，該操作臺具有批量快速采集、電磁屏蔽效果好、單機成本低的特點，可以提高倉庫出入庫的盤點時效。該RFID 箱式操作臺的系統框圖如圖2 所示，整個系統主要由以下幾部分組成：主箱體、小推車和后臺服務器數據庫系統。

圖2 RFID 箱式操作臺系統框圖

圖3 RFID 箱式操作臺外觀圖

箱式操作臺基本工作原理：根據所需出入庫的業務需求，用推車將裝有RFID 標簽的貨物推入主箱體中；開啟工控機上對接的后臺數據庫系統的APP，啟動RFID 盤點功能，進行RFID 標簽數據的批量采集；RFID 讀寫器把讀取到的RFID 標簽EPC 和TID 碼所帶的信息通過工控機上聯通信鏈路回傳到后臺服務器數據庫系統中；數據庫系統根據業務訂單需求對采集的RFID 標簽信息進行處理；如果RFID 標簽信息處理結果通過，后臺服務器數據庫系統將通過的結論回傳到工控機APP 上面，顯示盤點通過，完成本次的盤點作業任務；如果RFID 標簽信息核對有誤，提示引導操作員進行處理；操作臺安裝了萬向輪，支持無線數據通信，可根據倉庫所部署的網絡實現數據實時傳輸，操作臺可根據所需出入庫貨物的庫位進行快速靈活移動。

3.2 箱式操作臺詳細設計

（1） 本文所設計的操作臺主箱體外殼采用鈑金噴塑材料，整機設計最大尺寸為2 003 mm*1 240 mm*1 313 mm（長*寬*高），可通過貨物的最大箱體為1 000 mm*800 mm*800 mm（長* 寬* 高），主箱體和推車均采用金屬材質設計可以做到緊密接合；主箱體安裝4 個萬向輪提高操作臺的可移動性。推車的側面金屬件設計要求能和主箱體緊密接合，避免信號的泄露。推車安裝2 個定向輪2 個萬向輪，可以方便人員操作。RFID 箱式操作臺主箱體和推車都裝有輪子，具有可移動性，支持有線或者無線數據通信，箱式操作臺可快速移動靈活作業，滿足倉庫內任何庫位的出入庫業務需求。

（2） 箱式操作臺內置一臺工控機，工控機固定在主箱體上面，支持USB 口可用于外擴鼠標鍵盤等輔助操作設備；支持RS232 接口，用于跟RFID 讀寫器進行數據通信；支持WAN 上聯口，支持外擴WiFi、5G等無線模塊，用于RFID 讀寫器跟后臺服務器進行有線或者無線數據通信。在工控機中安裝RFID 盤點所需APP 程序，APP 程序通過網絡可實時訪問后臺服務器中的數據庫系統，進行商品出入庫業務操作。APP主要的軟件算法設計如下：APP 上可以顯示當前所需處理的作業清單，根據業務清單啟動RFID 讀寫器進行貨物掃描；RFID 讀寫器接收到盤點指令后，通過RFID 天線對貨物RFID 標簽進行掃描，讀取標簽EPC和TID 碼；RFID 讀寫器將盤點到的RFID 標簽EPC和TID 碼通過工控機傳輸至后臺數據庫系統中進行信息比對，如果確認的結果是通過，RFID 標簽信息進行存檔，完成商品的盤點任務；當RFID 讀寫器盤點到的RFID 標簽EPC 和TID 碼跟后臺數據庫系統中數據不一致時，APP 會顯示告警信息，可引導操作員進行問題定位排查，重新進行貨物RFID 標簽盤點，完成出入庫業務。

（3） 主箱體內置一臺RFID 讀寫器，讀寫器主要由：模擬電源模塊、射頻模塊、CPU 控制模塊、對外接口模塊四部分組成。CPU 采用ARM高速處理器，可以實現對采集標簽信息的快速處理；射頻模塊采用業界高性能基帶芯片，支持EPC C1G2/ ISO 18000-6C 標準，發射功率支持0-33dbm 可調，靈敏度可達-74dBm@30dBm,Profile 1。讀寫器連接4 面RFID 高增益天線，天線固定在主箱體的三個側面和頂面，組成一個立體的信號覆蓋空間，可以有效的增加標簽識別信號強度，提高RFID 標簽的識別準確性。

3.3 RFID 箱式操作臺基本性能測試

針對30PCS 標簽分別進行了5 000 次和10 000次盤點，標簽貼在物品上面，模擬實際出入庫場景，進行樣機性能測試，測試數據如表2。

表2 RFID 箱式操作臺盤點性能測試

在實際倉庫車間中，設備進行了試運行測試，測試結果：出入庫效率比傳統技術方案有了質的提升，一臺設備的效率可以比得上原先10 多個人采用條碼掃描技術的盤點效率，盤點準確性也比原先有質的提升。

4 結論

本文所設計的RFID 箱式操作臺，在實際的應用場景中，可以實現對整箱貨物的快速盤點處理，能夠對RFID 標簽進行快速批量采集，最大RFID 標簽盤點速率可達400 個/5S，盤點準確性能達到99%以上；整機設備可以快速靈活移動，滿足不同庫位的盤點需求，提高設備的利用率；一臺設備可代替10 幾個人工條碼掃描工作臺，減少人員投入，可提供倉庫高效管理。