基于RFID智能仓储管理系统设计毕业设计.docx
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基于RFID智能仓储管理系统设计毕业设计
毕业设计
基于RFID智能仓储管理系统设计
第一章绪论
1.1自动识别技术简介
在我们的现实生活中，各种各样的活动或者事件都会产生这样或者那样的数据，这些数据包括人的、物质的、财务的，也包括采购的、生产的和销售的，这些数据的采集与分析对于我们的生产或者生活决策来讲是十分重要的。
如果没有这些实际工况的数据支援，生产和决策就将成为一句空话，将缺乏现实基础。
在计算机信息处理系统中，数据的采集是信息系统的基础，这些数据通过数据系统的分析和过滤，最终成为影响我们决策的信息。
在信息系统早期，相当部分数据的处理都是通过人工手工录入，这样，不仅数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率较高，也失去了实时的意义。
为了解决这些问题，人们就研究和发展了各种各样的自动识别技术，将人们从繁沉的重复的但又十分不精确的手工劳动中解放出来，提高了系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整，财务的及时总结以及决策的正确制定提供正确的参考依据。
在当前比较流行的物流研究中，基础数据的自动识别与实时采集更是物流信息系统（LMIS，LogisticsManagementInformationSystem）的存在基础，因为，物流过程比其他任何环节更接近于现实的"物"，物流产生的实时数据比其他任何工况都要密集，数据量都要大。
那么，究竟什么是自动识别技术（autoidentification）呢？
自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。
举例说明。
商场的条形码扫描系统就是一种典型的自动识别技术。
售货员通过扫描仪扫描商品的条码，获取商品的名称、价格，输入数量，后台POS系统即可计算出该批商品的价格，从而完成顾客的结算。
当然，顾客也可以采用银行卡支付的形式进行支付，银行卡支付过程本身也是自动识别技术的一种应用形式。
自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术。
自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术学科。
一般来讲，在一个信息系统中，数据的采集（识别）完成了系统的原始数据的采集工作，解决了人工数据输入的速度慢、误码率高、劳动强度大、工作简单重复性高等问题，为计算机信息处理提供了快速、准确地进行数据采集输入的有效手段，因此，自动识别技术作为一种革命性的高新技术，正迅速为人们所接受。
自动识别系统通过中间件或者接口（包括软件的和硬件的）将数据传输给后台处理计算机，由计算机对所采集到的数据进行处理或者加工，最终形成对人们有用的信息。
在有的场合，中间件本身就具有数据处理的功能。
中间件还可以支持单一系统不同的协议的产品的工作。
完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统（AutoIdentificationSystem,简称AIDS），应用程序接口（ApplicationInterface,简称API）或者中间件（Middleware）和应用系统软件（ApplicationSoftware）。
也就是说，自动识别系统完成系统的采集和存储工作，应用系统软件对自动识别系统所采集的数据进行应用处理，而应用程序接口软件则提供自动识别系统和应用系统软件之间的通讯接口包括数据格式，将自动识别系统采集的数据信息转换成应用软件系统可以识别和利用的信息并进行数据传递。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。
1.2RFID技术的现状及发展
1.2.1RFID技术的应用现状
RFID技术的应用已趋成熟。
在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南部都得到了相当广泛的应用。
典型的应用领域包括：
（1）铁路车号自动识别管理。
如：
北美铁路、中国铁路、瑞士铁路等。
（2）车辆道路交通自动收费管理。
如：
北美部分收费高速公路的自动收费中国部分高速公路自动收费管理、东南亚国家部分收费公路的自动收费管理。
（3）旅客航空行包的自动识别、分拣、转运管理。
如：
北美部分机场。
（4）车辆出入控制。
如：
停车场、垃圾场、水泥场车辆出入、称重管理等。
（5）校园卡、饭卡、乘车卡、会员卡、驾照卡、健康卡（医疗卡）等国内、国外均有大应用。
（6）生产线产品加工过程自动控制。
主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上。
（7）动物识别（养牛、养羊、赛鸽等）。
大型养殖厂、家庭牧场、赛鸽比赛。
（8）物流、仓储自动管理。
大型物流、仓储企业。
（9）贮气容器的自动识别管理。
（10）汽车遥控门锁、电子门锁等。
目前国内RFID成功的行业应用有中国铁路的车号自动识别系统。
其辐射作用已涉及到铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测系统等。
正在计划推广的应用项目还有电子身份证、电子车牌、铁路行包自动追踪管理等。
1.2.2RFID技术的发展方向
RFID技术的发展，一方面受到应用需求的驱动，另一方面RFID的成功应用反来又极大地促进了应用需求的扩展。
从技术角度说，RFID技术的发展体现在若干关键技术的突破。
从应用角度来说，RFID技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。
一、RFID技术未来的发展
RFID技术的发展得益于多项技术的综合发展。
所涉及的关键技术大致包括：
芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。
RFID技术的发展已经走过50余年，在过去的10多年里得到了更快的发展。
随着技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。
可以预计，在未来的几年中，RFID技术将持续保持高速发展的势头。
RFID技术的发展将会在电子标签（射频标签）、阅读器、系统种类、标准化等方面取得新的进展。
二、RFID电子标签方面
电子标签芯片所需的功耗更低，无源标签、半无源标签技术更趋成熟。
1）作用距离更远。
2）无线可读写性能更加完善。
3）适合高速移动物品识别。
4）快速多标签读／写功能。
5）一致性更好。
6）强场强下的自保护功能更完善。
7）智能性更强。
8）成本更低。
三、RFID阅读器方面
1）多功能（与条码识读集成、无线数据传输、脱机工作等）。
2）智能多天线端口。
3）多种数据接口（RS232，RS422／485，USB，红外，以太网口）。
4）多制式兼容（兼容读写多种标签类型）。
5）小型化、便携式、嵌入式、模块化。
6）多频段兼容。
7）成本更低。
四、RFID系统种类方面
1）低频近距离RFID系统具有更高的智能、安全特性。
2）高频远距离RFID系统性能更加完善，系统更加完善。
五、RFID标准化方面
1）标准化基础性研究更加深入、成熟。
2）标准化为更多企业所接受。
3）系统、模块可替换性更好、更为普及。
第二章RFID技术概述
2.1RFID技术简介
2.1.1什么是射频识别技术
射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
射频识别系统通常由电子标签（射频标签）和阅读器组成。
电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标识性信息。
应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。
阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。
这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。
电子标签具有各种各样的形状，但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求，必需根据系统的工作原理，即磁场耦合（变压器原理）还是电磁场耦合（雷达原理），设计合适的天线外形及尺寸。
电子标签通常由标签天线（或线圈）及标签芯片组成。
标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统（SoC）。
从纯技术的角度来说，射频识别技术的核心在电子标签，阅读器是根据电子标签的设计而设计的。
虽然，在射频识别系统中电子标签的价格远比阅读器低，但通常情况下，在应用中电子标签的数量是很大的，尤其是物流应用中，电子标签由可能是海量并且是一次性使用的，而阅读器的数量则相对要少的多。
实际应用中，电子标签除了具有数据存贮量、数据传输速率、工作频率、多标签识读特征等电学参数之外，还根据其内部是否需要加装电池及电池供电的作用而将电子标签分为无源标签（passive）、半无源标签（semi-passive）和有源标签（active）三种类型。
无源标签没有内装电池，在阅读器的阅读范围之外时，标签处于无源状态，在阅读器的阅读范围之内时标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电能。
半无源标签内装有电池，但电池仅对标签内要求供电维持数据的电路或标签芯片工作所需的电压作辅助支持，标签电路本身耗电很少。
标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签。
标签进入阅读器的阅读范围时，受到阅读器发出的射频能量的激励，进入工作状态时，用于传输通信的射频能量与无源标签一样源自阅读器。
有源标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分地转换为标签与阅读器通信所需的射频能量。
射频识别系统的另一主要性能指标是阅读距离，也称为作用距离，它表示在最远为多远的距离上，阅读器能够可靠地与电子标签交换信息，即阅读器能读取标签中的数据。
实际系统这一指标相差很大，取决于标签及阅读器系统的设计、成本的要求、应用的需求等，范围从0～100m左右。
典型的情况是，在低频125kHz、13.56MHz频点上一般均采用无源标签，作用距离在10～30cm左右，个别有到1.5m的系统。
在高频UHF频段，无源标签的作用距离可达到3～10m。
更高频段的系统一般均采用有源标签。
采用有源标签的系统有达到作用距离至100m左右的报道。
2.1.2射频识别技术发展历史
从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。
1948年哈里·斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。
射频识别技术的发展可按十年期划分如下：
1940-1950年：
雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。
1950-1960年：
早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。
1960-1970年：
射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。
1970-1980年：
射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。
出现了一些最早的射频识别应用。
1980-1990年：
射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。
1990-2000年：
射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。
2000年后：
标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
至今，射频识别技术的理论得到丰富和完善。
单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。
特别值得一提的是在1998年美国麻省理工学院的DavidBrock博士和SanjaySarma教授在喝咖啡聊天时，谈及物品自动识别技术手段问题时产生的从系统的角度来解决物品自动识别问题的灵感，由此导致了供应链中物品自动识别概念的一次革命，并最终在1999年10月1日正式创建Auto-IDCenter非盈利性的开发组织。
Auto-IDCenter诞生后，迅速提出了产品电子代码EPC（ElectronicProductCode）的概念以及物联网的概念与构架，并积极推进有关概念的基础研究与实验工作。
可以说，EPC与物联网的概念将射频识别技术的应用推到了极致，对射频识别技术的发展与应用的推广起到了极大的推动作用。
2.1.3射频识别技术的发展
射频识别技术的发展，一方面受到应用需求的驱动，另一方面射频识别技术的成功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。
从技术角度说，射频识别技术的发展体现在若干关键技术的突破。
从应用角度来说，射频识别技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。
射频识别技术的发展得益于多项技术的综合发展。
所涉及的关键技术大致包括：
芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。
随着技术的不断进步，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。
可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展的势头。
射频识别技术的发展将会在电子标签（射频标签）、阅读器、系统种类等方面取得新进展。
在电子标签方面，电子标签芯片所需的功耗更低，无源标签、半无源标签技术更趋成熟。
其作用距离将更远，无线可读写性能也将更加完善，并且能够适合高速移动物品识别，识别速度也将更加快，具有快速多标签读写功能。
与此同时，在强场强下的自保护功能也会更加完善、智能性更强，成本更低。
在读写器方面，多功能读写器，包括与条码识别集成、无线数据传输、脱机工作等功能将被更多的应用。
同时，多种数据接口包括RS232，RS422／485，USB，红外，以太网口也将得到应用。
而读写器将实现多制式多频段兼容，能够兼容读写多种标签类型和多个频段标签。
读写器会朝着小型化、便携式、嵌入式、模块化方向发展，成本将更加低廉，应用范围更加广泛。
在系统方面，低频近距离系统将具有更高的智能、安全特性；高频远距离系统性能将更加完善，成本更低。
而2.45GHz和5.8GHz系统将更加完善。
同时，无芯片系统将逐渐得到应用。
总而言之，射频识别技术未来的发展中，在结合其它高新技术，比如GPS、生物识别等技术，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。
2.2RFID系统的分类
2.2.1根据标签的供电形式分类
依据射频标签工作所需能量的供给方式，可以将RFID系统分为：
有源、无源和半有源系统。
2.2.2根据标签的数据通信方式分类
标签的数据调制方式即标签是通过何种形式方法与读头之间进行数据交换，据此RFID可分为主动式、被动式和半主动式。
2.2.3根据工作频率分类
RFID系统的工作频率即为读头发送无线信号时所用的频率，一般可以分为低频、高频、超高频和微波。
低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G，5.8G。
2.2.4根据标签的可读性分类
射频标签内部使用的存储器类型不一样，可以分为可读写卡（RW），一次写入多次读出卡（WORM）和只读卡（RO），只读卡标签内一般只有只读存储器（ROM）和随即存储器（RAM）和缓冲存储器，而可读写卡一般还有非活动可编程记忆存储器。
这种存储器除了存储数据功能外，还具有在适当条件下允许多次写入数据的功能。
2.2.5根据RFID系统标签和读头之间的通信工作时序分类
时序指的是读头和标签的工作次序问题，即是读头主动唤醒标签（RTF,ReaderTalkFirst）还是标签首先自报家门（TTF，TagTalkFirst）的方式。
一般来说，无源标签一般是TTF方式，TTF系统通信协议比较简单，防冲撞能力更强，速度更快。
2.3RFID技术的优势
作为一项新技术，和传统的条形码技术相比较，其具有非常明显的技术和应用上的优势，具体表现在：
1.读取方便快捷：
数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行，有效识别距离更长；自带电池的主动标签，有效识别距离可达到30米以上。
2.识别速度快：
标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别。
3.数据容量大：
一维条形码的容量是50字节，二维条形码最大的容量可储存2～3000字符，RFID最大的容量则有数百万字节。
4.使用寿命长，应用范围广：
其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码。
5.标签数据可动态更改：
利用编程器可以向电子标签里写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间比打印条形码更短。
6.更好的安全性：
RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。
7.动态实时通信：
标签以每秒50～100次的频率与阅读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在阅读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。
2.4RFID技术的应用
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。
其中感应器有无源和有源两种方式。
2.4.1无源RFID技术
一、低频（从125KHz到134KHz）
其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作,也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用.磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。
特性：
1.工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,TI的工作频率为134.2KHz。
该频段的波长大约为2500m。
2.除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。
3.工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。
4．低频产品有不同的封装形式。
好的封装形式就是价格太贵，但是有10年以上的使用寿命。
5．虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。
6．相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。
7．感应器的价格相对与其他频段来说要贵。
主要应用：
1．畜牧业的管理系统
2．汽车防盗和无钥匙开门系统的应用
3．马拉松赛跑系统的应用
4．自动停车场收费和车辆管理系统
5．自动加油系统的应用
6．酒店门锁系统的应用
7．门禁和安全管理系统
符合的国际标准：
a）ISO11784RFID畜牧业的应用－编码结构
b）ISO11785RFID畜牧业的应用－技术理论
c）ISO14223-1RFID畜牧业的应用－空气接口
d）ISO14223-2RFID畜牧业的应用－协议定义
e）ISO18000-2定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议
f）DIN30745主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准
二、高频（工作频率为13.56MHz）
在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。
感应器一般通过负载调制的方式进行工作。
也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。
如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
特性：
1.工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。
2.除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。
感应器需要离开金属一段距离。
3.该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。
4.感应器一般以电子标签的形式。
5.虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。
6.该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。
7.可以把某些数据信息写入标签中。
8.数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。
主要应用：
1．图书管理系统的应用
2．瓦斯钢瓶的管理应用
3．服装生产线和物流系统的管理和应用
4．三表预收费系统
5．酒店门锁的管理和应用
6．大型会议人员通道系统
7．固定资产的管理系统
8．医药物流系统的管理和应用
9．智能货架的管理
符合的国际标准：
a）ISO/IEC14443近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm。
b）ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m。
c）ISO/IEC18000-3该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。
d）13.56MHzISMBandClass1定义13.56MHz符合EPC的接口定义。
三、超高频（工作频率为860MHz到960MHz之间）
超高频系统通过电场来传输能量。
电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。
该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。
主要是通过电容耦合的方式进行实现。
特性：
1．在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。
该频段的波长大概为30cm左右。
2．目前，该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W，欧洲定义为500mW）。
可能欧洲限制会上升到2WEIRP。
3．超高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。
相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。
4．电子标签的天线一般是长条和标签状。
天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。
5．该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。
6．有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。
主要应用：
1．供应链上的管理和应用
2．生产线自动化的管理和应用
3．航空包裹的管理和应用
4．集装箱的管理和应用
5．铁路包裹的管理和应用
6．后勤管理系统的应用
符合的国际标准：
a）ISO/IEC18000-6定义了超高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了TypeA和TypeB两部分；支持可读和可写操作。
b）EPCglobal定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。
例如：
Class0,Cla
升级会员 