基于RFID的电子标签系统的设计与开发工业工程学士学位毕业论文.docx

1、基于RFID的电子标签系统的设计与开发工业工程学士学位毕业论文南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 学 号： 系 部： 机械工程学院 专 业： 工业工程 题 目： 基于RFID的电子标签系统的设计与开发 毕业设计说明书（论文）中文摘要物流的管理离不开信息技术的应用，RFID电子标签因其独有的非接触、无磨损、寿命长、阅读速度快、便于使用等特点成为时下最为先进的非接触感应技术，目前正广泛应用于各个行业和领域。电子拣货系统是物流管理的一个重要组成部分，电子标签拣货系统原理是借助安装于货架上的电子标签取代拣货单，将订单信息通过电脑传输到电子标签中，从而引导拣货人员正确、快速地完成拣货工

2、作。本文重点从RFID的基本原理出发，介绍了电子标签的关键技术，包括芯片，天线技术，封装和标签技术的应用。研究电子标签拣货系统硬件组成结构和工作原理，分析设计了该系统的功能结构、数据模型，并利用VB和ACCESS完成了拣货系统程序设计，实现了两种分拣模式下的库存管理、库存操作以及库存的盘点等作业。关键词 物流 拣货 电子标签 数据库 RFIDTitle Design and development of the Electronic Tagging Systembased on Radio frequency identification （RFID） technologyAbstractTh

3、e management of logistics can not do without the applyment of informationtechnology. The electronic tagging based on Radio frequency identification（RFID）is the most advanced contactless technology. It is widespread usedon many enterprise because of no wear non-contact and long service life andso on.

4、 The picking system on electronic is the most important part of management of logistics. The picking system used electronic tagging to replace order picking and transferred order form to electronic tagging with the help of computer, then people can finish the picking work correctly and quickly.The t

5、hesis mainly proceed from the principle of RFID, introduced the key technology of electronic tagging including chip, antenna and tag. It does research on the hardware structure and working principle of electronic picking system, then analyses and designs the function structure and data model, finall

6、y completes the design of VB technology and ACCESS database management system, realizing the management, operation and stocktack on inventory by two types of picking models. Keywords Logistics picking electronic tagging RFID database management system 毕业设计说明书（论文）中文摘要前 言随着全球经济快速发展，科学技术迅速进步，世界经济正处于前所谓

7、有的全球化和经济化过程中，而物流是世界经济的重要组成部分，随着全球经济的发展，物流业得到了迅猛发展，同时它的发展程度又影响着世界经济的发展程度，因此企业对于内、外部资源进行管理和调配的要求也不断提高。 物流(logistics)指物品从供应地向接受地的实体流动过程，它是以追求物流过程的持续改进和满足顾客的需求为目标的，根据企业的实际需要将运输、包装、流通加工、配送、存储、装卸、搬运、信息处理等基本功能实行有机结合。随着供应链管理(SCM，Supply Chain Management)的兴起，物流管理也被归纳到其中。在供应链过程中强调营销、产品及物流之间的相互关系和互动作用，物流不再是作为一个

8、单一的实体存在，也不再局限于自身范围，而成为现代化管理体系中的重要环节，它与整个生产、流通过程息息相关【1】。“谁掌握了物流和配送，谁就掌握了市场”这句话更是证明了物流在现代企业中的重要性，它可以称为第三方源泉，因此现代企业都追求高效率、低成本、优服务。物流的管理离不开科学技术，作为时下最先进的自动识别技术(RFID电子标签)，因其独有的非接触、阅读速度快、无磨损、寿命长、便于使用、读取量大等特点，目前成为最受企业欢迎的技术。作为一种能大幅度提高拣货效率，降低拣货错误率，降低企业成本的电子标签系统也应运而生。但是目前这项工程还有待改进、完善。第一章 绪论1.1 课题背景随着现代经济和科学技术的

9、快速发展，物流事业的发展呈现越来越好的发展趋势。仓库管理系统是物流管理信息系统的一部分，它能够通过运行业务规则和运算法则对资源行为、存货和分销、信息等进行更优化的管理，使其最大化的满足企业要求，提高工作效率，降低企业成本。显然，随着全球经济的快速发展，仓储数量和客户需求都在不断增长和提升，同时也伴随着分拣量的增加、补货响应时间的缩短和服务质量的提高等要求，依靠普通的分拣方法(例如单靠传统的人工记忆和手工录入方式)不仅效率低下费时费力，而且容易出错，这些问题都会给企业的生产经营管理带来不可挽回的损失，无法满足大规模配货配送的要求。因此如何提高人员、设备、空间的使用效率，缩短订货、拣货流程和补货时

10、间，降低存货成本，加强存货控制，降低物流和配送费用，成为许多仓储部门共同关心的问题。近年来，通过采用一些先进的自动识别技术手段实现了各类设备或物品在不同状态下的自动识别和管理。这使得这些技术在许多服务领域包括货物销售与后勤分配以及材料流通和生产企业领域得到快速的发展和推广。自动识别有多种技术，包括IC卡和RFID射频技术、条形码技术、光学符号识别、指纹法等技术【2】。几年前，条形码技术在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛应用。但是由于它存储能力不够强大、不能随便改写，而且抗污染能力弱等缺点，条形码在越来越多的情况下已经不能达到人们的目的、满足人们的需求了。在这个时候，基于RFID射频技术的

11、电子标签拣货系统作为一种电脑辅助的无纸化拣货系统，极大地满足了企业的需求。其原理是借助安装于货物上的电子标签代替纸质的拣货单，将订单信息通过电脑传输到电子标签中，自动完成数据处理，引导拣货人员正确、快速、轻松地完成拣货工作。RFID射频技术所带来的经济效益也逐渐开始呈现在世人面前。产品包装带有RFID标签的企业在国际上具有明显的竞争优势。因此，是否具有“RFID能力”已经成为衡量企业竞争的新标准【2】。1.2国内外研究现状由于RFID射频识别技术在我国起步较晚，因此其应用的领域不是很广泛，除了应用在中国铁路的车号自动识别系统外，主要的应用就只是公路收费，停车场收费，考勤系统，门禁系统以及各类购

12、物收费系统如各高校普遍使用的“一卡通”。当前，各大城市正陆续推行的无线射频公交片以及第二代公民身份证，正是目前为止我国在RFID射频技术应用领域中最大的项目【3】。我国RFID企业总数虽然也不少，但是最主要的是缺乏关键核心技术，特别是在超高频RFID方面。从芯片、天线等硬件产品来看，低高频RFID射频技术门槛较低，国内发展较早，技术相对比较成熟，产品在应用方面也很广泛；超高频RFID射频技术门槛较高，国内发展较晚，技术相对弱后，从事超高频RFID产品生产的企业很少，更缺少具有自主知识产权的创新型企业【4】。从产业链方面看，RFID的产业链主要由应用软件、读写设备的设计和制造、芯片设计、中间件、

13、标签封装等环节组成。目前我国对于RFID产品的核心技术还未完全掌握，尤其是在芯片、中间件等方面，完成整个系统还是要依赖于外国企业。在国内已经基本成熟，只有极少数企业具备了研发中低、高频标签封装技术和超高频读写器设计和制造的能力，但是还不能满足应用于特殊环境里的可靠性RFID标签天线设计能力。系统集成是在众多环节中发展相对较快的环节，中间件以及后台软件部分还有待改善，我国在这些方面还需要加强研究力度。虽然如此，但是可以看得出，我国射频识别产品的市场是十分巨大的。随着文化交流、旅游业及其他活动的发展，对自动收费系统的需求也会日益增长，以前的人工运作的停车收费方式也终将被淘汰，利用射频识别技术的高速

14、公路不用停车自动收费系统是将来的发展方向 【5】。 国内已有几家公司在引进国外的RFID先进技术，相信随着一大批有为学者的努力研究和市场环境的逐渐成熟，一定可以通过学习研究来开发自己的射频识别系统。RFID射频技术比较有发展前景，其将是未来一个新的经济增长点。所以可以肯定的是， RFID射频技术的掌握和普遍应用于各市场只是时间问题，RFID技术在中国的发展将遇到新的市场机遇，其发展前景也大为可观【6】。从国际形势来看，RFID射频技术最早起源于MIT的AutoID实验室，随后经过各种演变进入商业化阶段，就交给EPCglobal进行处理。从国外的情况来看，RFID对零售业的推广非常有利，沃尔玛的

15、强制性使用要求也带动了除了美国的其他世界各地的企业的使用，因为美国是它最开始的动力，是在物流上利用，所以日前应用关注点还是在物流供应链，希望带来革命性的一种改变。在欧洲也有很多企业厂商在跟进这样的技术，像西门子、麦德龙集团等大型企业【7】。总之，国外RFID技术较为先进，理论更为成熟。 1.3先进技术射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触的自动识别技术，它是用无线射频技术对物体对象进行非接触式和即时自动识别的无线通信信息系统，它是现代科技高速发展的产物，它适应社会发展的需要，也是未来标签发展的趋势。典型的电子标签系统由电子标签，电子标

16、签读写器以及、管理系统等组成。电子标签也称射频卡，它具有智能读写和加密通信的能力。读写器由无线收发模块、控制模块及接口电路、天线等组成【2】。电子标签系统最大的特点是采用RFID技术非接触识别，因此可以同时识别多个电子标签包括高速运动过程中的电子标签。它以无线方式通信，无须外露式的电接触点，可以按不同的应用要求来封装电子标签的芯片，可以抵抗恶劣环境，预防污损等【8】。1.4研究内容现代物流管理作为一种先进的组织方式和管理技术，物联网技术正炙手可热地快速发展。通过电子标签来实现计算机实时监控订单式拣货。使用RFID可以通过无线电讯号识别特定的目标和读写相关数据，方便拣货过程。采用RFID自动识别

17、技术有助于系统信息处理，减少人员数量流动，增加物流系统的高效性，达到提高系统工作效率和降低成本的目的。本次设计的具体任务如下：1.调查分析射频识别技术的产生、国内外发展现状及应用、先进技术，及其在多个应用领域中的应用价值。结合射频识别技术的特点及优势设计总体解决方案 。2.对电子标签的系统原理进行分析，包括电子标签系统的构成、主要技术参数等。3.分析条形码技术与RFID射频技术的区别以及各自特点，比较两种应用下的电子标签系统的效率。4. 就物流仓储管理进行初步系统总体设计和各功能模块设计，基于电子标签和阅读器的物流管理系统的硬件设备给出实际的设计，对组成部分进行研究。5. 完成RFID中间件和

18、应用系统软件的开发，运用ACCESS建立数据库，用Visual Basic语言编写阅读器协调控制、数据过滤与处理、数据路由与集成、进程管理的系统。6. 对设计的系统进行测试，包括功能测试，性能测试等。第二章 基于RFID电子标签系统分析2.1 RFID原理及组成说明射频是一种高频交流变化电磁波，通常所指的频率范围为100KHZ30GHZ。射频识别系统的数据是存储在电子标签之中的，其是通过电磁耦合供应能量以及实现与阅读器之间的数据交换，而不是通过接通电流触点来实现的。1. RFID工作原理RFID工作原理是：(1)在一定的区域范围内，当装有电子标签的物体接近天线时，读写器会受控发出微波查询信号

19、；(2)当物体表面的电子标签接收到读写器的微波查询信号后，电子标签会根据查询信号中的命令要求并将标签中的数据信息反馈给读出装置；(3)读写器接收到电子标签反射回的微波信号后，电子标签内的识别代码通过读写器内部微处理器即可将信息分离出来【9】；(4)最后计算机将识别信息作进一步处理，从而完成物品的信息的查询、修改、统计管理等应用。2. RFID组成RFID由电子标签、阅读器及天线等组成。(1)电子标签电子标签也称为智能标签，是射频识别系统真正的数据载体。一般情况下，电子标签是由无线天线和标签专用芯片组成的，其中包含串行电可擦除可编程只读存储器、加密逻辑、射频手法电路和微处理器。依据电子标签供电方

20、式的不同，可以将电子标签分为有源电子标签(Active tag)、半有源标签和无源电子标签(Passive tag)。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池。半有源标签介于两者之间，虽然带有电池，但是只用来激活系统，激活后进入无源标签工作模式。根据调制方式的不同分为主动式、被动式和半被动式。一般来讲无源系统为被动式，有源系统为主动式。有源电子标签，需要电池为集成电路的操作和与阅读器的通信提供能源，准确性也高，识读范围最远，工作可靠性高，当然成本也高。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，通过无线电波与读写设备进行交换数据。系统工作发送无线信号时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率

21、，基本上划分为五个主要范围:低频(30300kHz、高频(330MHz)和超高频(300MHz3GHz)以及微波(2.45GHz以上)。高频系统用于门禁控制和需要传送大量数据的应用； 低频系统用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪；超高频系统应用于需要较长的读写距离和较高的读写速度的场合，如火车监控、高速公路收费等系统【10】。(2)阅读器也称读写器，用于产生发射无线电射频信号并接受由标签反射回的无线电射频信号，经处理后获取标签数据信息。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、阅读器天线以及控制单元和接口电路，主要负责与电子标签的双向通信，同时接受来自主机系统的

22、控制指令。阅读器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率则决定了射频识别的有效距离。阅读器按照其外形分类可以分为工业阅读器、固定式阅读器、OEM模块、手持机、发卡机。(3)天线天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置，天线的设计和位置对系统的覆盖范围、操作通信的准确性和识读距离起着重要作用。天线的工作频率和频带宽度要能够符合射频识别系统的频率范围要求，如天线可以工作在860960MHz的频率范围内。一般天线都会和读写器整合在一起，天线具有多种不同的形式和结构，如阵列天线、八木天线、平板天线、螺旋天线等。在实际的应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，这就需要

23、专业人员对系统天线进行专业的设计、安装【12】。2.2电子标签系统概述物流系统又称物流管理系统，在当今世界，物流已经成为一个不可或缺的部分，因此合理的物流过程将大大影响企业的效益。在这个信息化较高的互联网社会，计算机必然参与到物流管理中去，同时数据库系统占用的作用越来越明显。管理人员只有及时地获取可靠的信息才能做出正确的判断和决策。因此利用数据库和编程软件设计仓库管理系统实现电脑管理已成为大多数企业的首选。电子拣货系统是一种可以实现无纸化物流管理的电脑辅助拣货系统。使用自动识别技术，它可以简化物流管理中的订单处理过程，降低错误率，提高工作效率，降低成本。电子拣货系统由计算机连接数据控制器控制货

24、架上的电子装置，借助信号灯与数字显示引导拣货人员快速、准确地完成拣货工作。在该系统中电子标签取代纸质拣货单，可以在货架上显示拣货信息，拣货人员只需依照电子标签指示执行拣货作业就可以【4】。由于拣货作业的效率及准确率对企业的服务质量和声誉有很大影响，所以如何才能有效地提高拣货作业效率及降低作业成本成为拣货作业研究领域的最大的课题。考虑在人工成本及作业效率的平衡，电子标签拣货系统应运而生，而且得到迅速发展和大量应用。同时基于RFID电子标签拣货系统在原本的电子标签系统前提下增加了射频技术，更加满足了准确、高效、简便的需求。电子标签拣货系统的优势： 1) 识别速度快，读取量大而且方便简捷，不需要书写

25、任何纸质材料作业，减少了工作人员的工作量；2) 零判断作业，不需要寻找库存储位只需按拣货标签亮灯信号指示进行作业，快速、准确； 3) 计算机系统下达作业指示，作业人员无需等待，作业效率提高； 4) 作业错误率可接近为零，计算机实时监控，作业状态可实时反馈。5) 降低了库存和销售人员和读码劳动力方面的成本根据统计资料，基于RFID电子标签系统可以带来以下的效率：1) 人员培训时间短，训练容易且标准化；2) 库存可用性提高510，使销售提高37；3) 盗窃损失降低4050；4) 降低拣货错误率，其拥有高达999的正确率；5) 场地管理减少30；6) 损坏率和过期商品的销账减少可达20；7) 仓库产

26、品的吞吐量增加了20；8) 物品存储的人工成本减少30。 2.3电子标签拣货方案拣选作业是按订单将一种或多种存储货物从仓库储位取出，按顾客订单的要求整理组合(包括拆包或再包装)，并放置在指定地点的整套作业。订单对手工作业来说是不可或缺的，员工需要将订单中每种要拣取的货物单独列出一行，并标有数量，每次拣货员只能拣取一种货品，即一个订单行。这里所说的订单是指配送中心发货单、拣选单、车间发料单、顾客订单等，它是所有拣选工作所依赖的信息。现代仓库或配送中心主要面向商店、工厂、公司等，一般每张订单只有一种货物的可能性很少，因此拣选作业主要是多行订单，拣取作业包括查找存储在不同地方的货物、提取货物和拣货确

27、认等订单文件处理和其他工作。现代物流对拣选作业的要求，从顾客服务的方向来看，主要有:1 需求物品品种多，数量少；2 出货速度快时间短，至少不影响后面的送货；3 选后必要的包装和贴标签；4 无差错地拣出正确的货物，保证物品质量；订单实时跟踪；5 整的供应链服务和管理。订单拣选是仓库的一项基本服务，但是却是影响拣选效率的重要因素，一般占仓库作业成本的一半。订单拣选通常有4种策略，即:摘果式、播种式、分区式、波浪式。2.3.1使用摘果法拣货摘果式作业也称单订单拣取(Single-Order-Pick)，这种作业方式要求拣选人员巡回于仓库内，一次将一个订单的所有货物从头到尾拣取并集中的方式，是较传统的

28、拣选方式。摘果式的优点是:一单一拣，准确度高，不易出错；接单后，立即拣货，作业前置时间短；可按照客户的要求调整配货次序；紧急情况下可以集中力量快速拣选，及时配送；拣货后无须分类作业，减少作业时间。但它也有明显的缺点: 商品品种多时，拣选路径加长、重复，拣取效率降低；拣选区域大时，搬运系统设计困难。2.3.2使用播种法拣货播种式拣选是指拣货员或拣货工具从存储点集中取出多个客户共同需要的某种货物，然后巡回于各客户的货位之间，按照每个客户的需要量分放后，再集中取出共同需要的货物，反复进行，直到客户需要的所有货物分放完毕，即完成各个用户的配货工作。播种作业方式的优点是:订单差异较小时，效率高；缩短拣货

29、时的行走时间；增加单位时间的拣货量。缺点是:对订单的到来无法做迅速的反应，因此会有停滞的时间产生；拣取后还要分选，若数量多则很费时。2.3.3使用分区式拣货分区式拣选可以是许多工人分别在不同的拣选区共同拣取一个订单的货物或多个订单的货物，拣取的货物最后再分选、合并。在一个拣选通道内，先将订单上所要货物中该通道内有的全部拣出，拣取完汇集一起后再分配。 优点:每区可采用不同的技术和设备；如果快出货物在最易拣区，能减少拣选时间。缺点:分区拣选难以平衡各区工人的工作量和拣选速度。2.3.4使用波浪式拣货波浪式是按照某种特性将要发货的订单分组，一次完成这一组订单，下一波再拣选另一组的。它只适用于自动拣选

30、机械的拣选，例如UPS自动仓库拣选系统就是采用这种方式。总之，通过上述了解，摘果式拣选和播种式拣选是两种最基本的拣选策略。两者比较而言，摘果式拣选弹性较大，临时性的产能调整较容易，适合于订货大小差异较大，货品特性差异较大，客户订货品种少数量多的情况，订单数量变化频繁，且货品外型体积变化较大，分类作业较难进行的仓库或配送中心。播种式拣选的作业方式通常在系统化、自动化后产能调整能力较小，适用于货品外型体积较规则固定，且订单大小变化小，订单数量稳定，以及流通加工之类的仓库或配送中心【11】。2.4条形码系统与RFID系统的比较2.4.1条形码系统概述条形码是由平行排列的宽度不同、反射率不同的条和空，

31、按照一定的编码规则编制成的，用以表达相应记号系统的数据项。常见的条形码的组成是反射率相差很大的黑条和白条。它可以进行光学扫描阅读，根据黑白条对激光的不同反射来识别。扫描器对于条形码不需要严格的方向和位置，条形码数据的译码可靠性高，出错率低。条形码是一组按一定规格排列的竖线及空白区组成的信息编码。有其固定的编码格式，以标准的13位条形码为例，它的编码规则分为四部分：头三位代表该产品生产国家与地区的代码；第四位至第七位为制造商的代码；第八位至第十二位为产品代码；第十三位为终检码【12】。条形码广泛应用的原因： 1) 简单：传统的库存系统一般依赖于以纸张文件来记录，以人为主体进行库存管理和追踪进出的

32、货物。这样就会导致劳动效率低下以及人力资源浪费并且造成企业损失。2) 低成本：条形码成本很低，例如商场包装上就很便宜。适用于具有大量需求且数据不必更改的场合。3) 速度快：在库存管理中应用条码技术，去掉了手工书写单据和人工输入的步骤，实现数据的自动化识别和采集，加快了库存速度。4)可靠性高:能准确传输，确保库存作业高效，有利于提高企业生产率、减少无效劳动、有效地利用有限的仓库空间【12】。2.4.2 RFID系统的优势RFID射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术。射频技术的优点是：1） RFID射频识别技术识别距离比光学系统远；2） RFID射频识别卡具有读写能力，可携带大量的数据；3） RFID射频识别卡智能性较高，难以伪造；4） 标签的识别无需人工干预，适用于实现自动化以及高速运动物体； 5） 寿命长，不易损坏，不怕油渍、灰尘等环境污染【12】。2.5系统总体设计