基于RFID的无人值守称重管理系统的设计

RFID射频识别

基于RFID的无人值守称重管理系统的设计

ADesignofRFID-basedUnattendedWeighingManagementSystem

（哈尔滨工业大学）

宋艳季振洲黄晓勤

SONGYanJIZhen-zhouHUANGXiao-qin

摘要:目前RFID技术虽然已经应用到社会生产生活的很多方面，但是还没有广泛的应用到企业生产管理中，尤其是大型冶本文介绍了无线射频（技术的基本概念及发展现状，给出了一种基于RFID的无人值守智能称重管理金，制造类行业。RFID）系统的总体设计。最后分析了新系统带来的效率的提高和效益的增加。关键词:无线射频;无人值守;管理系统

文献标识码:B中图分类号:TP391

Abstract:AlthoughRFID（RadioFrequencyIdentification）hasbeenappliedtotheproductionofmanyaspectsofthesociety,buthasnotappliedtoawiderangeofenterpriseproductionmanagement,especiallythelargemetallurgical,andmanufacturingsectors.Inthispaper,thebasicconceptandresearchactualityareintroduced.AdesignofRFID-basedunattendedintelligentweighingmanage-mentsystemisalsoproposedandweanalyzetheimprovementofefficiencyandbenefit.Keywords:RFID;Unattended;ManagementSystem

本文介绍了一个基于RFID的独立的企业生产管理的应用系统，实现了企业生产管理中的配送，生产加工和仓储环节的

自动化、统一化的管理。信息化、

1引言

现代大型企业的生产不再仅仅是简单的行为，它包括采

购、配送、生产加工和仓储加工包装等流通环节。随着我国经济的迅猛发展，大量的信息技术被采用以提高大型企业的信息化和现代化，但仍有很多工作仍主要依靠人工来完成，由于这种数据收集方式难以标准化，导致了劳动生产率低下，仓库空间利用率降低，最终影响企业效益。

如何改进现有的数据采集，录入方式，提高配送，生产加工和仓储等成为一个广泛关注的话题，基于射频识别（RFID）的企业生产管理系统为解决上述问题提供了一种可能的解决途径。射频识别，即RFID（RadioFrequencyIdentification），是目前流行的一项自动识别技术。它利用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据。典型的RFID系统由电子标签、读写器、天线和通信网络系统四部分组成。它是一种非接触式的自动识别技术，可工作于各种恶劣环境。RFID的典型应用有动物跟踪、防盗系统、门禁管理、停车场控制、自动生产线、图书管理、动物识别、物流等等。用于企业管理的RFID管理系统是现有RFID系统的拓展和延伸。

目前广泛使用的标签都是手工标签或者条码标签。手工标签可保存性差，易出错，规范性差，现在手工标签已经很少采用。与条码标签相比，使用寿命长,对环RFID标签的优势在于：

境要求比条码低;信息量大;可以整个电磁场范围内有效,无需对准;电子标签每秒可以读取100个以上;可以根据用户的需求设计成可以读写,以便重复利用,节省成本;此外RFID标签在保密性、智能化、抗干扰能力等方面都具有诸多优势。RFID远距离读写,操作无需对准等特性,有利于物流过程的自动化,实现物流数据的实时采集,可以大大提高物流管理的工作效率。

2基于RFID的无人值守智能称重管

理系统设计

系统根据RFID的应用可以分为五个层次，分别为硬件设备层，信息处理层，网络连路层，中心数据层和应用层。硬件设备层主要是RFID的天线，读写器，标签等硬件设备；信息处理层主要包括对标签的操作，包括标签的读写，过滤多余的读写操作。信息处理层和硬件设备层的交互主要有两种模式：交互模式和自动模式，交互模式是指应用层主动向信息处理层发送命令，读写器同步的监测电子标签存储的信息返回给应用层或者中心数据层。自动模式是指自动的监控和处理电子标签的信息。一旦配置完成，读写器可以自动的运作，异步地实时或者当某事件触发时把电子标签的信息传递给信息处理层，经过信息处理层处理后发送到中心数据层或者应用层。网络连路层主要是网络通讯，包括有线，无线两种方式。在本系统中，还需要定义网络中传送数据的格式，通过格式中的信息头来判定发送的信息是从工控机到PC机的状态或数据还是从PC机发送到工控机的监控命令。中心数据层主要指数据库，数据库存储在服务器上，各种设备可以通过网络进行访问。应用层就是指应用软件。结构如图1所示：

技术创新

宋艳:硕士研究生图1RFID应用层次示意图

《PLC技术应用200例》

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RFID射频识别

中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第1-2期

本系统主要包括三个部分，即普通台式机上的PC管理系

统，工控机上的无人过磅系统和手持设备上的抽检客户端。系

用以太网实现传输与同步。硬件系统分为以统采用C/S结构，

下几个部分：红外定位系统，视频监控系统，声RFID识别系统，

贯穿整个流程，是像提示系统。其中RFID识别系统为主系统，

整个业务的主线。红外系统主要实现过磅定位，防止过磅车辆压边过磅。声像提示系统实现人机的交互，把系统指示传递到过磅人，纠正错误操作或进行下一步操作。视频监控系统主要实现过磅时刻视频数据的采集，以及过磅过程的实时监控。总之，各系统之间交互工作，相互配合，相互支援。

本系统中采用了RFID标签作为车辆的标识，通过标签ID和车辆编号的绑定使标签信息和车辆的信息对应起来，在数据库中可以通过标签ID查找到相应项，然后进行修改。数据库存放到服务器上，工控机无人过磅系统和手持PC管理控制平台，

抽检客户端分别通过有线或者无线方式连接到服务器，对数据库进行操作。如图2所示：

技术创新

图2数据库连接示意图

2.1PC管理控制平台

对工控机的PC管理控制平台主要负责RFID标签的收发，

监控和各种管理操作。具体结构图如图3：

候就需要在入厂时现场发卡，发卡时就必需将车辆信息输入，和对应的RFID标签绑定这样才能使车辆在入厂后可以使用RFID标签作为唯一标识。

（2）收卡管理

并根据标签绑定的在车辆即将离厂时，将RFID标签回收，

信息，从数据库中取出相关表项填入单据，打印各项单据，根据单据情况，签发出门证等。对于正常的进/出厂的物资都要签发出门证，对于物资的货物量有异议时可以根据标签对应的信息打印到单据，这样出厂时查看核对无误后方可出厂。

（3）过磅监控

由于车辆过重处实现全自动无人值守，全部通过标签绑定自动读取并写入数据，因此需要在远程即PC机上有相应的监控措施。远程终端要能够实现数据的接收和发送，接收的数据主要有磅房状态的接收（运行状态、磅秤示数、是否有车进入等）；过磅记录的接收，当磅秤示数稳定后应该向管理端发送示数。磅房远程设置是通过PC端对无人值守的磅房进行简单的设置，如设置指示灯的状态，磅秤是否清零，语音提示的设置等。

（4）其他功能

集装箱管理是基于集装箱编号的唯一性，将集装箱编号与其对应的其他信息进行绑定，便于管理，其他功能模块都是为了使系统的功能更加强大，为了便于进行查看和管理。

2.2手持抽检客户端

手持抽检客户端是为了对入厂的物资进行检查，物资卸货后，质检员根据一定的规定判断物资信息，根据物资的质量情况进行相应的扣重或退货处理，并且打印抽检单。质检员是通过手持的RFID终端对标签进行扫描，结果也存入标签对应的记录中，在出厂收卡时由收卡员进行核对。

2.3工控机无人过磅系统

前面通过RFID标签绑定了很多信息都是为了实现过磅时的无人值守，无人过磅系统主要包括自动过磅和监控通讯两部分。

图3PC管理平台结构图

（1）发卡管理

发卡管理主要是供销部的人员对入厂的车辆进行发卡操作，在门卫处给入厂的车辆发卡，即RFID标签。标签的ID和车辆的信息以及货物的信息邦定到一起，这样在车辆在厂房中的各种活动只需要扫描标签就可以从远程数据库中得到相应的信息，不需要原始的单据凭证。得到的数据包括车牌号，供应商，物料信息等。

发卡主要分两种，一种是有计划物资的发卡，对有计划的物资可以进行批量发卡，因为物资的数量，运输的车辆都可以事先知道，可以进行批量发卡，通过供货单上的信息，将标签ID与供货单号绑定，自动填写其他信息，如车牌号，供应商，物料信息等，即批量的将标签ID和车辆信息进行绑定，而在车辆入厂时只需将相应的标签发给对应车牌的车辆即可。另一种是无计划物资的发卡，即事先不知道物资的运输车辆的信息，这时

图4监控通讯模块结构图

（1）自动过磅时，通过红外触发发现有无车辆上榜，然后通过红外闭合的状态发现车辆停靠的位置是否正确，当读到

重量合法后会提示下磅，根据红外的状RFID标签后读取重量，

态判断车辆是否下磅，然后继续提示下一车辆的操作。整个流程无需人工干预，分别根据红外，标签以及磅秤的状态可以控制整个流程的顺利进行。

（2）监控通讯的系统结构图如图4所示：

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[5]FlorT,NiessW,VoglerG.RFID:theintegrationofcontactlessidentificationtechnologyandmobilecomputing:7thInternationalConfrerenceonTelecommunications,ConTEL[C].[S.l.]:[s.n.],2003.[6]基于RFID技术的仓储信息采集系统设计[J].微计算机信息，

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overview:2002IEEESMCTA1R4[C].[S.l.]:[s.n.],2002:6-15.作者简介:宋艳，（1984-），女，山东省威海人，哈尔滨工业大学，硕士研究生，主要研究方向为计算机网络；季振洲（1965-），男，黑龙江省哈尔滨人，哈尔滨工业大学教授，博士生导师，博士，主要研究领域为计算机体系结构、计算机安全和并行处理技术。黄晓勤（1967-），女，北京航天动力研究所高级工程师，本科，主要研究领域为计算机应用。Biography:SONGYan(1984-),female,Heilongjiangprovince,HaerbinInstituteofTechnology,Master,majorincomputersci-enceandtechnology,researchareaiscomputernetwork.(150001哈尔滨工业大学)宋艳

通讯地址:(150001哈尔滨工业大学320信箱)宋艳

(收稿日期:2008.12.05)(修稿日期:2009.01.03)

监控通讯模块防止车辆作弊以及对计量进行安全防护。比如：系统可以设定一辆车在一段时间段内不得二次过磅；车号自动识别系统将放置在车辆内的电子标签的车号，每枚标签内有全球唯一的ID号对应一唯一车辆，杜绝更换RFID卡的作弊手段；红外探边设备将防止车辆上称压边；视频实时监控系统将使用目前现有厂级监控系统时刻将过磅时的情景记录下来，防止车主增配重的情况等等。

3RFID技术带来的改进

采用了RFID技术的管理系统与原来的管理系统相比，较为突出的改进有：

（1）引入了批量发卡，当物资为有计划采购时，可以根据供货商的电子数据批量发卡，减少了人工录入的环节。

（2）采用RFID标签和数据绑定的形式，摒弃了原有的人工填写单据的过程，减少了人工出错及舞弊的可能性。

（3）磅房采用全自动无人过磅，同时配有监控通讯，原来的磅房需要配有3至4人进行管理，读取示数，填写单据，分配仓

同储位置等，采用基于RFID的新系统后可以节省大量的人力，

时提高了效率。监控通讯模块也提高了安全性和可靠性。

（4）无线手持设备的引入又使出库，质检等模块不再受地点的限制。无线手持设备的移动性和便携性使得操作者可以不必局限于台式机的放置地点，可以就近对物资或产品进行各种操作。

（5）全自动无人过磅中的各种设备还可以有效地防止作弊，如更换RFID卡、二次过磅、上称压边、增加配种等作弊手段都可以有效地杜绝。比起原来的人工监督更为安全有效。

（6）最后整个系统的鲁棒性很高，对于网络故障，硬件故障以及操作错误都有完善的处理，可以保证数据的无误性，在自动化失效时可以启动人工操作，使整个系统更加可靠。

（上接第２４２页）[7]W.H.Huang,B.R.Fajen,J.R.Fink,andW.H.Warren.Vi－sualnavigationandobstacleavoidanceusingasteeringpotentialfunction[J].RoboticsandAutonomousSystems,54:288-299,2006.[8]M.G.Park,andM.C.Lee.Artificialpotentialfieldbasedpathplanningformobilerobotsusingavirtualobstacleconcept[C].Pro－ceedingsofthe2003IEEWASMEInternationalConferenceonAd－vancedIntelligentMechatronics(AIM2003),pp.735-740,2003.[9]K.Sato.Deadlock-freemotionplanningusingtheLaplacepo－tentialfield[J].AdvancedRobotics,7(5):449-461,1993.

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harmonicpotentialfunctions[J].IEEETransactionsonRobotics&作为一项识别技术，RFID比原始的手工操作和过去的条

Automation,8(3):338-349,1992.码识别技术有着不可比拟的优势。目前的RFID主要都应用在

[11]E.Rimon,andD.E.Kodischek.Exactrobotnavigationusing物流等领域，在工业生产流程中的应用相对较少。本文对基于

artificialpotentialfunctions[J].IEEETransactionsonRobotics&RFID的智能管理系统作了详细的分析，从各个环节提高了工

作效率和质量。分析了在这个过程中RFID的技术带来的变革，Automation,8(5):501-517,1992.

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作者简介:鲁新军（1979-），男，湖南桃源人，助教，硕士研究生，时监控功能，这些功能极大的节省了各种资源，加速了企业内

主要研究领域为人工智能；陈焕文（1963-），男，黑龙江人，博部的信息化和标准化。

士，教授，主要研究领域为人工智能、机器学习；谢丽娟本项目经济效益预计达到200余万。

），女，湖南长沙人，博士，教授，主要从事癫痫病研究；刘本文作者创新点:将无线射频技术引入现代化工业生产中，（1964-泽文（1973-），男，湖南安仁人，讲师，硕士研究生，主要研究领摒弃了传统射频操作中需要人工干预的环节，采用无限射频技

域为人工智能。术实现了无人值守的管理系统。

Biography:LUXin-jun(1979-),M,TaoyuanHunan,assistant,参考文献

postgraduate,theMajorresearchareainartificialintelligence;[1]ViswanadhamN.Thepast,present,andfutureofsupply-chain

(410076湖南长沙长沙理工大学计算机通信与工程学院)

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鲁新军陈焕文谢丽娟刘泽文

（6）[2]蒋皓.RFID异军突起[J].电子商务，2004,22:56-57

(410200湖南长沙湖南信息职业技术学院)陈焕文

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(410083湖南长沙中南大学湘雅医学院第二附属医院神经科)

tificationsystem(RFID)[J].IEEE,1999.

谢丽娟

[4]TuttleJR.Traditionalandemergingtechnologiesandapplica－

通讯地址:(410076长沙理工大学西苑2-115#)鲁新军

tionsintheradiofrequencyidentification(RFID)industry:IEEE

(收稿日期:2008.12.05)(修稿日期:2009.01.03)

FrequencyIntegratedCircuitsSymposium[C].[S.l.]:[s.n.],1999.

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