如何以RFID实现仓储系统货位虚实识别

1、前言

随着商品经济和信息技术的发展，自动化仓储系统(ASS—Automatic Storage System)已在大型集团企业、商场和国防等各个领域中崛起。它是一种人工不直接进行处理的自动存储和取出货物系统，是当今最新型的仓储设施。而自动化仓储系统中货位虚实的自动识别又是物流信息的前提。

ASS发展如此迅速，主要的原因有以下几点：

1、可以用计算机检测和控制。用电脑对信息进行准确的存储和管理，自动打印出各种报表。

2、是一种高层货架存储，占地面积小，充分利用库房空间，其库容量大。

3、能自动存取，收发准确迅速，储运损耗小，物流效率高和库存占用资金低及资金周转快等优点。

现代ASS中货物虚实的自动化识别是ASS的前提。ASS是由高层立体货架、堆垛机、输送系统、信息识别系统、计算机控制系统、通信系统、监控系统和管理系统等组成。其中信息识别系统的作用是完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂，甚至货位地址的识别。为实现这些功能，可用条形码、磁条、光学字符和射频等识别技术来对物流信息进行采集，而货位的虚实识别技术，即自动判断某汽车货位上货物的有无就是信息识别系统的重要组成部分，是实现仓储货位自动管理的基础是解决堆垛机和货物安全的必须，也是ASS正常运行的前提。

2、软件法是货位虚实识别技术的首选

应该说货位虚实识别技术的方法有多种，但是用软件法来判别货位虚实，其设计思想简单、实施方便，可在线时自动完成货位虚实的判别及修改，故为首选。

软件法实际是用数据库技术，是在管理计算机数据库中设置一张货位表，见图1所示。



表中字段“有货”为“是/否”逻辑型。字段值为YES的货位，表示该货位有货即“实”字段值为NO的货位，表示该货位无货即“虚”。从图2所示可见，



货位编号1、2、4、7、9等货位为“实”， 即有货，而货位号为3、5、6、8货位为“虚”，即无货。

货位的虚实是由AS/RS监控系统根据货物入出库实际情况自动修改的。其工作流程如下：当有货物准备入库时，监控系统程序查询货位表中有货字段为NO的空闲货位，将其分配给相应的堆垛机，并发出存货命令，堆垛机将货物放在该货位后，向上位机监控程序返回“存货命令己完成”的信息，这时上位机监控程序就将该货位对应地有货字段改YES为；货物出库时反之。这样，就实现了货位虚实的在线判别与修改。

然而当工作在离线方式时，软件法则无法完成货位虚实判别的任务，此时应用传感器法。

3、传感器法的应用

传感器法主要有反射式光电传感器、超声波传感器等类型。传感器法是将传感器安装在堆垛机货叉适当位置上，在存取货时则可检测欲操作货位上是否有货存在。

*光电传感器的检测

安装在堆垛机货叉上的组件式光电传感器，其输出作为堆垛机控制器的输入信号。存货时，如果欲存货的货位无货，则光电传感器无输出信号；如果欲存货的货位有货，则光电传感器有输出信号，堆垛机控制器接收该信号后，便立即停止运行，同时向上位计算机发出故障信号，等候处理。

*超声波传感器的检测

组件式超声波传感器由声波发射器、接收器、定时器及控制器等组成。该检测应用回声测距的原理。当堆垛机货叉向货位运动过程时，首先由声波发射器向货位发射高频脉冲波束，波束发射后即刻自行关机，同时又打开声波接收器检测回声信号，则定时器记录在空气中声波的传播时间，从而换算出被测货物到声波传感器之间的距离，从而识别货位虚实。见图3所示超声波传感器的检测示意图。

 

4、新型的一线（网络）法(1-Wire Net) 设计方案 

该法它适用了对于货位要求更高和可靠性高的场合，即在的每个货位上安装一个开关，开关可以是机械、光电、磁或其它原理的。但问题是大量的开关与识别装置（计算机）的联线是比较烦恼之事。因此，最大限度减少联线的数目是该方法的关键。为此，采用当代最新型的一线（网络）法，可谓是一种性能价格比较好的设计方案。

*1-Wire通用网络简介

1-Wire为外设器件沿着一条电连接线进行双向数据传输提供了一种简单的方案，任何系统都包括一台主机和一个以上的从机，它们共用一条数据线。这条数据线被地址、控制、及数据信息复用。大多数器件完全靠从数据线上获得的电源供电。当数据线上为高电平时，电荷存储在器件内部；为数据线低电平时，利用这些电荷提供能量。多个器件通过一个端口连接到微处理器，1-Wire器件有存储NVRAM、EEPROM、可寻址开关、数字传感器、时钟等类型。1-Wire器件中的DS2401为尺寸极小(1.3mm×0.6mm)的全球惟一电子序列号。

*一线（网络）法(1-Wire Net) 基本组成

该技术也称为微局域网(Micro LAN)，是由总线主机(BUS Master)、数据线——普通双绞线(及其扦接件)和1-Wire器件等三类设备所构成廉价网络，见图4所示。

 

在总线主机与1-Wire器件之间双向（半双工）传递信号和给1-Wire器件供电仅靠一根线(普通双绞线——数据线)，1-Wire Net因此而得名。一线网络对总线主机的要求不高，任何标准微处理器都可作为总线主机，如晶振频率1.8MHz以上的8051系列单片机、具有115.2kpbs UART的微型计算机(PC)等

*一种用于AS/RS实用化的用1-Wire器件和PC机组成的扩展微局域网， 货位虚实的检测
DS2401是1-Wire器件中最简单的一种(见图5)，



是一种可寻址开关。利用DS2401可以为货位贴上一个惟一的电子标签。每个器件都由工厂用激光刻写一个唯一的、不可更改的64位序列号，即它内部有64位串行码组成的8字节的标识码。第一个字节表示1-Wire器件类型；接下来的6个字节是其惟一的地址码，使得同类具有248种地址码，以保证在微局域网上不会产生节点地址冲突；最后一个字节是CRC校验码，以供主机在读地址是判断是否发生传输错误。因此，如需判断某开关的开闭状态时，主机只要读与开关相连的DS2401地址码即可，若读到器件的地址码，说明该开关处于闭合状态，其货位为实；否则说明开关处于断开状态，其货位为虚。这样就实现了的货位检测。因为在此，每一个1-Wire器件的DS2401可寻址开关，代表着一个货位。

*货位为巨量对时的电子标签的使用

当DS2401 1-Wire器件的数目超过98时，则必须使用1-Wire扩展器件DS2409，见图6所示，即一种用于AS/RS实用化的用1-Wire器件和PC机组成的扩展微局域网， 货位虚实的检测


这样使得可使用的1-Wire器件数目几乎没有限制。这样只要在AS/RS中的每个货位上安装含64K EEPROM的可寻址开关1-Wire器件，也等于给货位加上了一个可读／写的电子标签。这样，电子标签中不仅包含货位的虚实状态，而且还可包含货物其它信息，例如在货位的适当位置安装数字温度传感器，可以了解货位的温度。

从上分析，用新型的一线（网络）法，不仅在于货位虚实的探测并将联线数目减到最小，而且还可进一步扩展其它用途。

5、微波射频自动识别(RFID) 技术——微波射频式位置检测技术

微波射频识别是近年来国外应用最广泛的一项新型自动识别技术，能实现信息数据自动识别。对于远距离(可达10m以上)、高速移动(时速100km以上)、无接触物体识别场合尤为适用。其典型工作频率有915MHz、2.45GHz、5.8GHz三个频段，广泛应用于车辆自动识别门禁、物流，生产线管理、防伪领域。

微波射频式位置检测技术突出优点是利用无线射频方式进行非接触识别，无需外露电触点，无源电子标签可按不同的应用要求来封装。系统可同时识别多个静止的和高速运动的电子标签。以完成多目标识别。 

5.1微波射频识别系统组成

微波射频识别系统由读写器、天线、电子标签、专用短程通信协议DSRC及其相关的监控、定位和报警设备等构成，见图7框图所示。

 

   *电子标签由低功耗芯片、基片和微带电路组成。按供电方式分为有源和无源电子标签；按应答方式分为主动式和被动式，目前无源卡已能工作在915MHz、2.45GHz两个微波频段。

    *读写器用于启动(激活)电子标签，实现数据传送，并承担防碰撞和身份验证的任务。对无源识别系统，还应提供电子标签足够的微波能量。 

    *微波射频天线用来接收和发射微波功率，具有良好的方向性。

    *DSRC专用短程通信协议通过空间滤波、极化滤波、频率滤波、信号处理滤波和利用跳频进行频谱扩展等技术提高系统的准确识别率。

5.2射频自动识别(RFID) 技术在物流自动化仓储系统中的应用

*电子标签贴装于货物上，芯片标签内存EEPROM有货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂家等数据。

*读写器与天线在安装在堆垛机货叉上，当堆垛机货叉向货位运动过程时不断地发射微波能量与接收从射频卡(电子标签)发回的微波能量。

*用读写器通过天线启动(激活)电子标签并读取货位上有无货物号及其它的数据，将其传送至PC机上，从而实现了货物有无的鉴别。能确保仓储系统实时掌握货物所在位置和状态，完成商品的收发与转运等全过程的监控，从而提高供应链各个环节的效率和资产利用率。
 
5.3微波射频自动识别的主要优点

    *成本低廉，便于大面积使用，提高了系统的可靠性

    *电子标签无须裸露，可用耐火材料或陶瓷封装，耐腐蚀，最高耐温可超过300℃。可长期工作于高频强干扰、震动、粉尘、油污等各种恶劣环境。极为适合在炼钢厂使用。

    *安装维护简便，标签安装无严格要求，接收距离最远可达>10米。

    *采用绝对编址，无累计误差。使位置识别准确无误。

6、结束语

应该说，用计算机检测技术与射频识别技术RFID在物流-自动化仓储系统的应用有许多方法。设计时应根据实际情况的要求选用。但无论采用何种设计与方法，均以获得最佳性能价格比为前提，从而使物流信息技术的运行成为自动化仓储系统发展的重要保障。