基于RFID的智能货架管理方案

一、背景

　　不可否认，物联网将会成为世界信息产业的第三次浪潮，物联网的出现，打破了以往物物间孤立无联系的瓶颈，让人与人、物与物、人与物之间自此建立起了更加紧密的联系。站在物联网的视野下，通过采用创新性的行业物联网整体解决方案，将会实现人与物的完美交互，促进人与物质世界的融和，让一切变的更加智能、高效与便捷。

　　航天企业是中国航天事业的领导者，航天系统是现代典型的复杂工程大系统，具有规模庞大、系统复杂、技术密集、综合性强，以及投资大、周期长、风险大、应用广泛和社会经济效益十分可观等特点，是国家级的大型工程系统。因此，航天企业的设备资产繁多复杂，许多设备具有价值高、流动性强、安全管理难等特点，而管理者为了清查或清点资产的实时状况，跟踪资产的流向，需要浪费大量宝贵的时间和人力物力。传统的资产管理方式一般依赖于以纸张文件为基础的非自动化方式来记录、追踪管理，效率低下。随着设备数量的增加，设备管理人员的负担越来越重。人工清点时也容易遗漏或重复，实物很难与账面相符，同时也增加了资产管理的难度，常常造成数据不及时，出错率高等问题。

　　北京慧感嘉联科技有限公司致力于物联网领域的行业应用，立志成为物联网行业的领跑者和物联网方案解决专家，慧感嘉联所提供的基于RFID 的设备管理方案方案，充分考虑到设备管理的实际需求，秉承安全、高效、便捷的理念，采用了独有的Sense-ID 感知识别RFID 核心技术，实现了“感知”与“识别”的完美融合，通过高效灵活的组建方式，让设备管理用户自此跨入了物联网时代。

二、物联网与RFID技术简介

　　物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

　　射频技术（RFID）是一种世界上较为领先的自动识别技术，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 是一种突破性的技术："第一，可以识别单个的非常具体的物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据；第三，可以同时对多个物体进行识读。此外，储存的信息量也非常大。目前该技术广范应用于以下领域，如身份识别、防伪、大型设备固定资产管理、药品物流识别、档案、车辆管理等诸多领域。

　　最基本的RFID 系统由三部分组成：

　　A、标签（有、无源）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

　　B、读写器：读取(可以写入)标签信息的设备；

　　C、天线：在标签和读取器间传递射频信号。

三、方案说明

　　3.1基本需求

　　1、所有的设备均配备有唯一标识的RFID 标签。通过固定读写器和天线可以实现对货架上的所有设备进行进行实施的状态跟踪。

　　2、可通过手持机随时获取设备编码并查询设备相关信息。

　　3、可使用手持机在一定距离内对货架上的设备进行定位。

　　3、系统中配备发卡器，可以随时向新增设备配发标签

　　4、可以通过管理系统提供设备外借归还功能。

　　5、管理系统可以提供查询功能，可随时获知各设备的状态。

　　6、设备库房出入口配备有固定读写装置，当带有标签的设备在到达出入区域时，该设备的信息和进入时间将会被7、对于未办理外借手续的设备到达出入区域时，系统将会发出报警并记录。

　　8、系统配备有盘点功能，利用PDA 可以实现对设备的快速盘点并生成盘点文件。

　　RFID设备管理系统的功能如下：

　　?? 信息采集：设备管理系统具有信息快速采集功能，利用固定在货架上的固定式读写器和天线阵对货架上在架设备进行实时的数据采集并汇报至应用程序端。也可以利用系统中的PDA 实时采集设备的具体信息包括但不限于设备

　　名称、所属货架、管理人等内容。同时管理员也可以利用PDA 对设备的信息进行在线修改。

　　?? 状态跟踪：利用资产应用程序或者PDA，可以实现对资产设备进行状态跟踪。即可以快速的获知该设备的状态比如是使用中、已外借、已归还还是已报废等。

　　?? 设备定位：可以利用PDA 在一定范围内对货架上的设备进行定位，即可以在大量的设备或设备中寻找特定的设备，当PDA 发现该设备时，将会发出提示。

　　?? 外借归还管理：管理系统可以对设备的外借或归还进行管理，借用人在外借某设备时，需要在管理系统出进行申请，管理系统将会对相关操作予以记录，当设备逾期未还时，系统将会予以提示，管理员还可以通过系统的查询功能对在借设备进行查询。

　　?? 进出入管理：系统在库房门口安装有固定式读写器、天线以及红外感应装置，当带有标签的设备到达进出区域时，该设备的信息将会被管理系统记录，对于没有办理外借手续的设备，系统将会发出报警。

　　?? 利用PDA 可以实现设备的快速盘点，并能一键生成相关的盘点记录，省却传统利用纸笔进行盘点记录的繁琐与低效。

　　3.2 系统结构

　　根据物联网的结构定义和设备资产管理领域的实际情况，智能货架管理方案将根据功能划分为三层，即感知层、网络层和应用层，具体的系统结构如下图所示：

　　如图2 所示，货架上各个设备均安装的RFID 无源抗金属标签、货架上安装的固定读写器和天线组、PDA 手持机、位于出入口的固定读写器及天线以及资产借还器组成了RFID 智能货架管理系统，其工作原理和流程如下：

　　1、发标签：当有新的设备进入时，应首先为设备配发标签，利用管理客户端的发卡程序和资产借还器，可以给设备配发标签，标签内存储着该设备的编号，同时该设备的信息将会写入后台的数据库服务器中。

　　2、安装标签：利用3M 背胶或其它固定方式将已写入编码的标签粘贴在设备表面。随后设备可放置在相应的货架上。

　　3、信息采集：货架上的所有设备都会通过货架上的固定式读写器和天线组实现实时监控。当设备离开该货架时，系统将会予以记录，当设备放置在错误的货架上时，系统也会予以提示。将PDA 移至待读取设备的标签附近，PDA 也会显示出相关的设备信息。

　　4、设备定位：利用PDA 可以在一定距离内对设备进行定位，在PDA 中输入想要查找的设备的编号或者名称，随后在货架周围搜寻该设备，当PDA 发现与待查询设备匹配的设备时，会发出相应提示。

　　5、外借归还管理：当设备需要外借时，可以利用在管理客户端处办理相关手续，在办理相关手续之后，设备的状态将会更改为已外借，并会将相应的外界人信息、外借时间与归还时间等内容更新至后台，在到达归还时间时，系统将会发出提示。在设备归还后，相关内容会予以更新。

　　6、防盗管理：当人员在持有未办理外借手续的设备经过门口的进出区域时，安装在门口的天线和固定式读写器将会捕获到该设备的信息并发出报警提示。所有进入该区域的设备都会在系统里进行记录。

　　7、快速盘点：利用PDA 可以进行设备的快速盘点，只需要扫描货架上的所有在线设备，PDA 将会自动进行盘点，并生成相应的盘点报告。

　　3.3 系统结构

　　方案将由三层组成，即感知层、网络层以及应用层

　　?? 感知层：感知层主要实现信息的采集与感应，感知层设备包括无源标签、RFID固定式读写器、RFID PDA、资产借还器。主要使用ISO18000-6C 协议进行通信。

　　?? 网络层：网络层主要负责数据的收集与存储，换言之，网络层的主要功能是实现应用层与感知层的通信，在本方案中， 利用TCP/IP 协议实现固定式读写器与管理端的通信，使用USB 接口连接资产借还器和管理客户端，而PDA则可利用USB 与客户端同步。

　　?? 应用层：应用层主要是货架管理的客户端，是用于人机交互的应用程序。

　　3.4 硬件组成

　　本节对智能货架设备管理系统的硬件组成进行详细说明，表1 列出了详细的设备清单：

四、产品说明

　　4.1 标签

　　方案中使用的标签为北京慧感嘉联自主研发的Mtag-05 和Mtag-02 型UHF 抗金属标签，Mtag-05 具有超薄、读取距离远、抗金属材质的优点，非常适合固定在较大的设备上使用：Mtag-01 体积较小，适合用于管理小型设备

　　规格参数:

　　?? 读取距离（1W 输出6dBi 圆极化天线）： >3m

　　?? 尺寸（mm）： 20(L)*10(W)*1(T)

　　?? 重量（g）： 10

　　?? 频率范围（：MHz） 860-928

　　?? 芯片型号： Monza 4E（或用户指定）

　　?? 用户数据区： 128bits

　　?? EPC 数据区：496bits

　　?? 工作温度： –40 to +85 °C

　　?? 安装方式： 背胶或机械固定（可定制）

　　规格参数:

　　?? 读取距离（1W 输出6dBi 圆极化天线） >8m

　　?? 尺寸（mm） 100(L)*30(W)*3(T)

　　?? 重量（g） 25

　　?? 频率范围（MHz） 860-928

　　?? 芯片型号Monza 4E（或用户指定）

　　?? 用户数据区128bits

　　?? EPC 数据区496bits

　　?? 工作温度–40 to +85 °C

　　4.2 固定式读写器
系统中使用的固定式读写器的型号为Sread-01 型无源UHF 读写器，其具有极高的灵敏度，可敏锐的捕捉到带有标签的设备。该设备将会安装到货架上和出入区域以进行货架管理和物品防盗管理

规格参数：

频率                                                中国大陆920-925MHz;
                                                    OPEN'(Custom) 860-960MHz

天线                                                外置式，双天线

天线接头形式                                        SMA 阴头

输出功率                                            最大功率30dBm;+/-1.0dBM 可调有效读取距离（标准标签及测试环境）                   >6m

标签识别率                                          大于170 个/秒

尺寸                                                150X110X47(mm)

网口                                                RJ45TCP/IP 10 100M 自适应

供电                                                DC 5V

供电电流                                            <2A

储存温度：                                         -40～+85℃

工作温度：                                         -20～+65℃

湿度                                               90%非凝结

　　4.3 PDA

　　PDA 为手持设备，其型号为Sread-03，采用windows CE 操作系统，带有数字键盘及触屏输入，内置有应用程序，实现数据采集、设备定位和快速盘点功能。应用程序会根据客户实际需求进行开发并提供升级服务。

　　4.4 资产借还器

　　桌面式发卡器使用慧感嘉联科技自主研发的Sread-02 型发卡器，发卡速度快，体积小，不占空间，性能极其稳定。

规格参数：

支持频段                                                中国大陆920-925MHz;
                                                        OPEN'(Custom) 860-960MHz

天线                                                    内置式，单天线

输出功率                                                最大功率20dBm;+/-1.0dBm 可调有效读取距离（标准标签及测试环境）                                       >1m

尺寸                                                    110X80X26(mm)

接口                                                    USB

供电                                                    USB 自供电

供电电流                                                <600mA

储存温度：                                              -40～+85℃

　　4.5智能货架原理

　　所谓智能货架是采用了RFID 高性能的资产定位管理设备进行资产管理的货架，其支持ISO18000-6C 协议标签识别，支持单节货架最大宽度10m，并支持多节货架并列应用，通过货架分层标签扫描，可完成物品清点、查询、错架统计等功能。

　　智能货架的性能包括：

　　采用先进的防冲突算法，具有强大的标签检测功能

　　低功耗设计，输出功率可调性能稳定、抗干扰能力强，单次检测成功率大于99.5%，高于国际同类产品，实现一台读写器分层货架控制，降低应用成本。

　　4.6 设备管理程序

　　管理程序基于Java 开发，运行稳定，对计算机硬件配置要求较低低，可在客户现有的计算机上安装使用，而不会对其它应用造成影响，可支持Windows XP SP2及以上的操作系统，后台数据库采用Mysql 5.0 版本，在管理资产较多时，建议使用专门的服务器。具体的运行环境要求如下所述：

　　? 操作系统：Window XP SP2+及以上

　　? CPU：主频1.5GHz 及以上

 　　? 内存：512M 及以上

　　? 硬盘：20G 及以上

　　管理程序会根据用户的具体要求进行开发，并会视使用效果和用户反馈提供升级更新服务。

四、费用预算

　　4.1 产品报价

　　本着一切为了客户的原则，慧感嘉联结合以往的成功应用经验，对设备管理系统进行了性价比的最大优化，并对产品进行了有效的成本控制，将系统整体费用最低程度的降低。

　　4.2 其它服务

　　货架管理系统的质保期为系统交付使用之日起的12 个日历月，在质保期内，所有的产品将会享受慧感嘉联提供的免费质保服务，对于非人为因素所造成的产品损毁，慧感嘉联将会在7 日内完成更换或维修工作。慧感嘉联将会在质保期内向用户免费提供两次生产设备管理系统的培训，并提供全程的技术支持服务。除此以外，在质保期内，慧感嘉联会可根据用户要求免费提供两次软件的更新升级服务。