基于RFID可视化仓储系统的研制
第一章 绪论
计算机作为科技高速发展的第一代产物，从发达国家应运而生。它的出现大大促进了人类生产和生活的各个方面，同时也促进了网络的发展。在这样的大环境下，互联网作为一个新生产物诞生了。互联网是继计算机之后的第二代新生产物，它的出现对人类的发展进步具有非常重要的意义。互联网作为新产物，能够实现人类个体与个体之间的信息交换与通信。互联网范围覆盖全世界，凡是网络覆盖范围之内，都能够很容易的通过互联网实现人与人之间的沟通。
这些技术与生活息息相关，如RFID技术、GPS技术和红外感应技术等。物联网是在互联网的基础上的更新换代，且性能更加强大，通信范围更加广泛。因为互联网只是实现了有思想的人类之间的通信和信息交换，而物联网除了实现此功能之外，还把没有生命的物体扩充到整个系统内，进一步实现了人与物以及物与物之间的通信和信息交换。可以说，物联网已经成为目前最具有潜力的行业之一，对于该领域的研究具有十分重要的应用意义。
RFID是无线射频识别技术的简称。它与以往的识别技术不同，它通过不用接触的无线电信号对特定的目标进行识别而进一步对所识别的信息完成读写功能，这是识别技术领域的一大突破。在这一个完整的过程中，不需要系统和所要识别的目标进行任何接触。高中物理课程所学的磁场，它看不见摸不着。射频识别技术是通过这个看不见摸不着客观存在的场来实现数据传输。整个流程的第一步来源于阅读器，首先它发出一定频率的信号，当这个信号到达它目标范围内的标签之后，标签就会把自身内部信息通过无线传输发送给读写器，读写器读取之后再将这个信号进行解码，从而传送给上位机应用软件系统进行进一步的处理，供给我们所利用。
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本文的研究目标是设计一款基于无线射频技术的可视化仓储管理系统。通过这个系统能够更直观的获得仓储管理进出货物的各种信息，取代了传统用纸张记录的仓库管理模式，提高了管理的效率。通过这个系统，能够通过图表的形式得到进出货物的数量，以柱形图的形式对比出各种货物的进出效率和库存量。这属于射频识别技术的一项重要的应用，实现了仓储管理的信息化管理，也为国家基础设施的建设贡献了一份力量。
为实现这个研究目标，是通过设计一款读写器来完成。这款读写器是基于美国产的R2000 芯片开发的。通过这个读写器的软硬件设计，再将其应用在仓储管理系统中，能够实现研究目标。阅读器、应答器和应用软件系统相互作用共同构成了超高频无线射频系统。而这里所说的应答器用我们通常的说法就是电子标签。整个系统的工作流程是：阅读器先发出某一特定频率的信号，通过无线传输传送到它目标范围的应答器，应答器再通过其自身的天线对该阅读器发射特定的信号，阅读器接收后通过编码调制将消息传送给应用软件系统，从而被人们获取并应用。
从电路原理图的设计到 PCB 电路的模块布局和布线规则，再到软件代码的编写，最后到整个系统的测试，整个系统的设计完成一共耗时两年多的时间。经过了大量的测试和修改，实现了读写器与标签两米内的通信，测试性能优良，有很好的实用价值。与市面上普通的产品相比，具有读写距离更远、速度更快的特点，对于可视化仓储系统的研究和射频识别领域的研究具有十分重要的意义。
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第二章 UHF RFID 系统的工作原理
本文所研制的 UHF RFID 系统是由阅读器、电子标签和计算机软件系统共同协调工作。阅读器，通常又称为读写器，根据其自身功能的不同，一部分实现只读功能，一部分既可以实现读功能又可以实现写功能，所以阅读器和读写器这两个名字通用。电子标签最初也被称为应答器。整个系统的工作流程是阅读器首先作为主动的一方，发送一定频率的信号，然后标签通过天线来进行无线接收应答，所以标签最初的名字叫做应答器。随着研发的进步，标签实物制作越来越便携，电子标签被大众使用越来越广泛。而计算机软件系统作为上位机对整个系统采集到的信息进行进一步的处理和加工。
对于天线的匹配和电路设计，主要从两点综合考虑进行设计。为使天线达到最大的传输效率，必须使天线与内部电路相匹配。一方面是要实现共轭匹配，另一方面是要实现无反射匹配。为了使输出达到最大功率，输入的内阻应该与原信号的内阻相匹配。为使系统达到最大的传输效率，需要无反射匹配。负载和传输线相匹配，同时，系统的信噪比提高，误差降低，整个天线的灵敏度也大大地提高。
本文所设计的 UHF RFID 系统主要由读写器、电子标签和计算机通信网络三大部分组成，其系统构成框图如下图 2.1 所示。
在本文所设计的读写器中，发挥最主要作用的三个模块分别是控制模块、射频模块和天线模块。除了最主要的这几部分模块之外，还包括电源模块和时钟模块。因为其自身的功能不同，有的只有读的功能，而有的即可以读又可以写，所以有时我们也把读写器叫做阅读器。它在整个超高频射频识别系统中决定了整个系统的工作频率。它的主要作用是接收上位机发过来的命令，再将该信号通过射频模块和天线无线传输给电子标签，从而实现数据的交流。在读写器和电子标签进行无线信息交流的进程中，我们可以看到，读写器是作为主动的一方来工作的。
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在这个系统中，读写器和电子标签分别是无线信息交流的两方。读写器通过其内部天线以无线信号磁场发射的形式向电子标签发出读写的命令，电子标签接收到命令后被激活，将自身携带的信息通过标签天线发送给读写器。读写器通过天线进行接收，并将其进行调制、编码等操作，然后将数据送往后台的上位机进行处理。在这个系统中，读写器发出的信息首先需要编码和调制，然后由读写器的射频电路传递给读写器天线，在经过无线磁场的电波传输后，该信号被电子标签接收。读写器射频电路的作用，是将发射信号的频率大幅度提高，以便于信号在自由空间传输。读写器射频电路还有另一个作用，就是将来自于电子标签的信号频率降低，以便于读写器识读。所以射频电路既可以将发射信号频率升高，又可以将接收信号频率降低，具有收发重作用。
该协议的物理层通信特性和标签识别层特性对整个协议影响最大。在物理层上，有两条链路，一条是前向链路，一条是反向链路。它们之间是互不影响的，分别独立编码和调制，且数据速率也是不一样的。读写器和电子标签在物理层上实现半双工通信，读写器首先向电子标签发送一定频率的信号，电子标签用同样的频率接收。电子标签只是单纯的反射。在标签识别层上，读写器主要通过选择、存盘和访问三个操作来与电子标签实现无线通信。
对于电子标签内部，主要存在四个存储体，分别编号 0、1、2、3。这三个存储体作用各不相同，编号为 0 的存储体用来保存内存；编号为 1 的存储体是 EPC 存储器；编号为 2的存储体是 TID 存储器；编号为 3 的存储体是用户自定义存储器。
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3.1 引言...........................................................15
3.2 控制电路的选型及设计 ...........................................15
3.3 射频电路的选型及设计 ...........................................17
3.4 天线的匹配及电路 ...............................................18
3.5 本章小结.......................................................19
第四章 UHF RFID 读写器软件的架构...................................21
4.1 引言...........................................................21
4.2 主程序软件的实现 ...............................................21
4.3 ISO18000-6C 协议的实现 ........................................22
4.4 本章小结.......................................................23
第五章 PCB 电路设计与制板 ..........................................25
5.1 引言 ...........................................................25
5.2 元器件的封装 ...................................................25
5.3 模块布局及布线规则 .............................................25
5.4 PCB 制板图 .....................................................26
5.5 本章小结.......................................................27
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第六章 UHF RFID 可视化仓储管理系统的研究
6.1 引言
本设计主要是应用在可视化仓储的管理系统中，在将系统最核心的读写器软硬件设计好之后，还要将其与可视化仓储系统的平台搭建连接起来[36]。通过该平台和窗口的搭建，取代了传统的用纸张记录的仓储管理模式，不仅能够以图表的形式看到进出货物的数量，还可以以柱形图的形式对比出哪种货物的进出频率最高和库存量最大。这与传统的仓储管理系统相比，达到了人工智能和信息化的研究目的。除此之外，还大大改善了工作的软硬件环境并提高了管理的质量。采集层主要是由本文所设计的基于 R2000 的以 Cortex-M3 为主控制器的读写器和加载在进出货物上的电子标签来完成数据的采集；传输层主要是读写器通过串口和无线 wifi 通信把数据传送给上层计算机软件所利用；处理层主要是计算机通过数据库 SQL Server 和网络编程来实现可视化仓储管理系统的操作，在这一层中，网络编程主要用来管理窗口，而数据库主要用来管理系统接收来的数据。
可视化仓储管理系统的工作原理还是在射频识别技术的基础上进行进一步研究的。在进出的每一个货物上都加载一个对应的电子标签，当货物进出装有系统的大门时，来到读写器感应范围内。读写器发射出一定频率的信号，通过自身天线无线传输给货物标签的天线，标签再将自身特定的信号无线传输给读写器，读写器接收信号经过调制编码再通过串口传输给上层计算机软件系统。上位机获得数据后，首先对数据库进行更新，然后通过ASP.NET 设计的可视化仓储系统界面呈献给用户想利用的数据
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结论
本系统的创新点还在于开发了一个可视化的仓储管理界面，能够更加直观的看到进出仓库货物的各种数据。可视化仓储管理系统平台搭建主要通过网络编程和数据库技术两项技术。通过这两项主要的技术我们能够实现管理全自动，对于进出仓库的货物只要通过电脑界面就能够一目了然；也能够完成查询功能，能够方便便捷的查询进出仓库的每一件货物的进出时间和生产厂家等相关的信息；而且此系统还能自动生成报表和柱形图，，通过颜色鲜明的柱形图视图能够更直观的对系统的各种货物进行比较和了解，包括哪种货物进出频率最高等信息都能被我们了如指掌。对于本文所研制的基于 RFID 可视化仓储系统，测试性能很高，并且拥有很高的实用价值。
参考文献（略）
本文编号：44338
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/lwfw/44338.html
