RFID技術(shù)在快遞行業(yè)中的應(yīng)用

劉子楊,耿菲帆

(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽 合肥 230601)

0 引言

無線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification,RFID)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著RFID技術(shù)的快速發(fā)展和逐漸成熟,RFID技術(shù)應(yīng)用的成本越來越低,可以更好地滿足使用者的需求,這也推動(dòng)了RFID技術(shù)在現(xiàn)代物流中的廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),2022年,我國(guó)快遞業(yè)務(wù)量達(dá)到1 105億件,日均業(yè)務(wù)量達(dá)3.02億件。但現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)中涉及的企業(yè)非常復(fù)雜,一般民營(yíng)快遞業(yè)投入較少、信息更新滯后、庫存積壓嚴(yán)重。因此,將信息技術(shù)引入物流產(chǎn)業(yè)有了初步設(shè)想。將RFID技術(shù)與物流產(chǎn)業(yè)相結(jié)合,簡(jiǎn)化了管理流程,節(jié)約了管理成本,解決了快遞在運(yùn)輸中條形碼容易破損的問題,提高了物流速度,促進(jìn)了快遞行業(yè)的發(fā)展。

1 RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種,通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信,利用無線射頻方式對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫,從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一[1]。

RFID系統(tǒng)主要是由標(biāo)簽、閱讀器、天線和應(yīng)用軟件系統(tǒng)等幾部分組成。標(biāo)簽主要由耦合元件及芯片組成,存儲(chǔ)著目標(biāo)對(duì)象的唯一電子編碼及其相關(guān)信息;閱讀器由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊、接口單元組成;天線內(nèi)置于標(biāo)簽和閱讀器中,在標(biāo)簽和閱讀器間產(chǎn)生射頻信號(hào);應(yīng)用軟件系統(tǒng)最終處理標(biāo)簽信息。當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的有效范圍時(shí),標(biāo)簽內(nèi)置的耦合元件就會(huì)把閱讀器發(fā)射的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)芯片和發(fā)射電路,把儲(chǔ)存在芯片的對(duì)象信息通過天線發(fā)射出去。閱讀器接收到標(biāo)簽信息后,解讀信息,然后送到應(yīng)用軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理,從而完成信息的讀取。

目前,快遞運(yùn)輸信息儲(chǔ)存使用的是紙質(zhì)條形碼,而RFID電子標(biāo)簽在今后的快遞行業(yè)以及物流行業(yè)中更有優(yōu)勢(shì)。

(1)識(shí)別能力。傳統(tǒng)條形碼的識(shí)別能力雖然準(zhǔn)確,但需要人工一對(duì)一進(jìn)行掃碼識(shí)別,當(dāng)條形碼不清楚或者破損的情況下則無法識(shí)別,干擾工作進(jìn)度。而高頻段的RFID技術(shù)閱讀器可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)快遞物品的掃描,進(jìn)行批量的快遞信息識(shí)別處理,且RFID技術(shù)的識(shí)別速度快、精度高,極大地提高了信息傳輸和數(shù)據(jù)整理的速率。

(2)讀取距離。傳統(tǒng)條形碼的讀取距離短,必須靠近閱讀器才可進(jìn)行讀取。而RFID標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)不需要可視傳輸技術(shù)的支持,只需帶有RFID標(biāo)簽的物品在閱讀器的讀取范圍內(nèi)即可,且RFID技術(shù)能夠不受各種障礙物影響直接完成通信。

(3)儲(chǔ)存容量。傳統(tǒng)條形碼不可反復(fù)使用,成本較高。而 RFID標(biāo)簽的信息量很大,能夠多次讀取和寫入,重復(fù)利用率高。

(4)適應(yīng)環(huán)境。傳統(tǒng)條形碼直接暴露在空氣中,容易受到磨損導(dǎo)致失效。而RFID標(biāo)簽可以耐高溫、防水、防磁、耐磨損、使用壽命長(zhǎng),可以適應(yīng)不同天氣的影響,全天候地工作。

(5)安全性能。傳統(tǒng)條形碼是直接暴露在物品表面的,容易被造假,且偽造成本低,數(shù)據(jù)加密性低,安全性低。而RFID標(biāo)簽是嵌入物品,可以保證物品的真實(shí)性,且具有防偽溯源的功能,數(shù)據(jù)加密性高,安全性能高。

1.1 MF RC522芯片

本文采用MF RC522芯片實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的讀寫操作。MF RC522的工作頻率是13.56 MHz,它的特點(diǎn)是成本低、體積小、電壓低,是各種便攜式手持設(shè)備和智能儀表的較好選擇[2]。具體而言,MF RC522芯片可以讀取電子標(biāo)簽上存儲(chǔ)的信息或者將信息寫入標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的編程和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。此外,MF RC522芯片還支持多種射頻協(xié)議,包括ISO/IEC 14443 Type A/B、MIFARE和FeliCa等,可以與不同類型的電子標(biāo)簽進(jìn)行通信。

1.2 硬件選擇

本文選擇一款支持MF RC522芯片的開發(fā)板,比如Arduino UNO開發(fā)板;選擇一款MF RC522芯片模塊,比如RC522 RFID模塊;選擇電子標(biāo)簽,比如Mifare Classic 1K電子標(biāo)簽。Mifare Classic 1K電子標(biāo)簽是一種由恩智浦公司(NXP Semiconductors)開發(fā)的非接觸式射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽,采用13.56 MHz高頻技術(shù),能夠存儲(chǔ)1 KB的數(shù)據(jù),可廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。

Mifare Classic 1K是一種被動(dòng)式RFID電子標(biāo)簽,它不需要內(nèi)部電池或其他能源,通過接收讀卡器發(fā)射的射頻信號(hào)供電并回傳數(shù)據(jù)。因此,它也被稱為非接觸式電子標(biāo)簽。與有源式RFID標(biāo)簽不同,被動(dòng)式RFID標(biāo)簽通常更小、更輕便、更便宜,適用于許多不需要長(zhǎng)距離讀取的應(yīng)用場(chǎng)景。

電子標(biāo)簽的容量很大,快遞工作人員可以在電子標(biāo)簽中編寫寄件人信息(單位、寄件地址、電話)、收件人信息、快遞物品類型等信息。在快遞物品從上級(jí)中轉(zhuǎn)站準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入下級(jí)中轉(zhuǎn)站時(shí),快遞工作人員也可以在電子標(biāo)簽上編寫上級(jí)中轉(zhuǎn)站的信息,方便管理人員查詢快遞運(yùn)輸路線是否正確。快遞工作人員將Mifare Classic 1K電子標(biāo)簽粘貼在快遞的外包裝上,利用RFID閱讀器進(jìn)行信息讀取。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

MF RC522芯片引腳如圖1所示。

圖1 MF RC522芯片引腳

將MF RC522芯片模塊與Arduino UNO開發(fā)板通過SPI接口連接,連接方式如下:

-SDA連接到Arduino UNO的Digital Pin 10;

-SCK連接到Arduino UNO的Digital Pin 13;

-MOSI連接到Arduino UNO的Digital Pin 11;

-MISO連接到Arduino UNO的Digital Pin 12;

-IRQ不連接;

-GND連接到Arduino UNO的GND;

-RST連接到Arduino UNO的Digital Pin 9;

-3.3 V連接到Arduino UNO的3.3 V。

將射頻天線連接到MF RC522芯片模塊的天線接口。此裝置安裝在RFID閱讀器中,當(dāng)含有Mifare Classic 1K電子標(biāo)簽的快遞進(jìn)入閱讀器讀取范圍,則對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。

2 RFID技術(shù)應(yīng)用方案

目前,快遞中轉(zhuǎn)站中的快遞入庫與分揀的工作流程如下:運(yùn)輸車將快遞送到中轉(zhuǎn)站,再由人工進(jìn)行卸貨。卸貨結(jié)束后,分揀員拿著掃碼設(shè)備對(duì)快遞物品進(jìn)行逐件掃描,再根據(jù)地址信息對(duì)其進(jìn)行分類。但是,分揀員的工作量很大,為了更快地完成工作,分揀員會(huì)根據(jù)快遞地址信息將快遞直接丟到傳送帶上,這就導(dǎo)致快遞的破損概率較高,而且因?yàn)槭侨斯叽a,所以出錯(cuò)的概率也較高。

針對(duì)這些問題,首先,快遞人員要對(duì)快遞物品進(jìn)行統(tǒng)一入庫。快遞公司在快遞中轉(zhuǎn)站大門前后設(shè)有一定距離間隔的RFID閱讀器。運(yùn)載車輛上會(huì)有RFID電子標(biāo)簽,該RFID電子標(biāo)簽中編寫了該車所有快遞的信息。當(dāng)倉庫大門前閱讀器讀取到運(yùn)載車輛標(biāo)簽信息時(shí),則判定該車中所有快遞為入庫。當(dāng)倉庫大門后閱讀器讀取到運(yùn)載車輛時(shí),則判定該車中所有快遞為出庫。因此倉庫大門前后的RFID閱讀器是快遞入庫出庫的判定標(biāo)準(zhǔn)。閱讀器讀取運(yùn)載車輛上的電子標(biāo)簽后將信息傳輸?shù)胶笈_(tái),管理人員會(huì)得到該車上所有快遞物品的清單,通過信息的比對(duì),高效地完成對(duì)快遞的管理。若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤也能夠及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù),減少不必要的損失。此時(shí)收件人可在手機(jī)上得到快遞被快遞中轉(zhuǎn)站簽收的消息。快遞出入庫流程如圖2所示。

圖2 快遞出入庫流程

其次,在快遞入庫后的裝卸、分揀、配送環(huán)節(jié)中,本文利用RFID技術(shù)將快遞中轉(zhuǎn)站內(nèi)部工作分成兩大模塊,分別是快遞分揀模塊和快遞配送模塊。

2.1 RFID技術(shù)在快遞分揀模塊中的應(yīng)用

運(yùn)載車輛將快遞物品運(yùn)送到快遞裝卸車間,由人工進(jìn)行快遞卸貨后放在快遞分揀傳輸系統(tǒng)中。快遞分揀傳輸系統(tǒng)中安裝RFID閱讀器,通過對(duì)RFID閱讀器天線所在方向進(jìn)行能量增益以提高通信距離,閱讀器可同時(shí)對(duì)傳輸系統(tǒng)中快遞表面的RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行信息讀取,并將信息傳輸?shù)胶笈_(tái)的應(yīng)用軟件中。后臺(tái)應(yīng)用軟件把讀取到的地址信息進(jìn)行整理后,再對(duì)傳輸系統(tǒng)中的分揀機(jī)器發(fā)出指令,分揀機(jī)器會(huì)將快遞分揀到對(duì)應(yīng)的傳輸帶上,做到準(zhǔn)確無誤,從而完成快遞的分揀工作。快遞分揀系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 快遞分揀系統(tǒng)流程

2.2 RFID技術(shù)在快遞配送模塊中的應(yīng)用

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)是現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍民兩用的一個(gè)成功范例。GPS通過接收衛(wèi)星所發(fā)射的導(dǎo)航信號(hào),可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)候準(zhǔn)確地測(cè)量到物體瞬時(shí)的經(jīng)緯度、高度、速度等位置信息[3]。

目前的快遞配送行業(yè)信息不能自動(dòng)更新,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)快遞已經(jīng)到達(dá)下級(jí)中轉(zhuǎn)站,但客戶端仍顯示快遞物品還是在上一級(jí)中轉(zhuǎn)站或者在運(yùn)輸途中,導(dǎo)致客戶體驗(yàn)很差,不能全程實(shí)時(shí)跟蹤。因此,本文在快遞配送模塊將RFID技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合,可以解決目前快遞配送行業(yè)存在的問題。

在上下級(jí)快遞中轉(zhuǎn)站的運(yùn)載車輛上貼上RFID電子標(biāo)簽,通過無線終端裝置接收運(yùn)載車輛的射頻信息與GPS位置信息,利用GPS強(qiáng)大的衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)運(yùn)載車輛進(jìn)行經(jīng)緯度、高度、速度信息的收集。信息會(huì)傳輸?shù)胶笈_(tái)應(yīng)用軟件中,數(shù)據(jù)自動(dòng)整理進(jìn)入中心數(shù)據(jù)庫。管理者可通過Internet中企業(yè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)載車輛,客戶也可以在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)快遞的全程可視化跟蹤,提高用戶體驗(yàn)。

RFID技術(shù)與GPS技術(shù)的集成使得快遞信息得到及時(shí)準(zhǔn)確的采集,并反饋給用戶,快遞和運(yùn)輸車輛的安全得到了保障,同時(shí)也提高了管理者對(duì)快遞信息的管理的效率與便捷性。

3 RFID技術(shù)應(yīng)用的預(yù)期成果

RFID技術(shù)在快遞中轉(zhuǎn)站行業(yè)的應(yīng)用解決了快遞站寄件物品堆積、快遞不能及時(shí)更新等問題,優(yōu)化了快遞站的服務(wù)質(zhì)量與效率,是一項(xiàng)符合國(guó)家創(chuàng)新、綠色、開放共享的發(fā)展理念設(shè)計(jì)。據(jù)調(diào)查,使用RFID技術(shù)創(chuàng)造完整技術(shù)鏈的價(jià)格不會(huì)過高,并且隨著技術(shù)的成熟,相信很快就可以普及快遞站行業(yè)以及物流行業(yè),會(huì)有越來越多的人感受到科技帶來的便利。

4 結(jié)語

RFID技術(shù)在快遞中轉(zhuǎn)站行業(yè)的應(yīng)用項(xiàng)目可以解決目前國(guó)內(nèi)快遞站以及企業(yè)物流存在的問題,滿足現(xiàn)代新型社會(huì)發(fā)展需求。除此之外,RFID技術(shù)在快遞中轉(zhuǎn)站行業(yè)的應(yīng)用項(xiàng)目符合現(xiàn)代社會(huì)大力支持的公益性項(xiàng)目主題,符合社會(huì)的需求,可促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。