RFID在仓储系统货位虚实识别中的应用

前言
       随着商品经济和信息技术的发展,自动化仓储系统(ASS)已在大型集团企业、商场和国防等各个领域中崛起。它是一种人工不直接进行处理的自动存储和取出货物系统,是当今最新型的仓储设施。而自动化仓储系统中货位虚实的自动识别又是物流信息的前提。
       现代ASS中货物虚实的自动化识别是ASS的前提。ASS是由高层立体货架、堆垛机、输送系统、信息识别系统、计算机控制系统、通信系统、监控系统和管理系统等组成。其中信息识别系统的作用是完成对货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂,甚至货位地址的识别。为实现这些功能,可用条形码、磁条、光学字符和射频等识别技术来对物流信息进行采集,而货位的虚实识别技术,即自动判断某汽车货位上货物的有无就是信息识别系统的重要组成部分,是实现仓储货位自动管理的基础,也是解决堆垛机和货物安全的必须,是ASS正常运行的前提。

软件法是货位虚实识别技术的首选
        应该说货位虚实识别技术的方法有多种,但是用软件法来判别货位虚实,其设计思想简单、实施方便,可在线自动完成货位虚实的判别及修改,故为首选。
软件法实际是用数据库技术,是在管理计算机数据库中设置一张货位表(图1所示)。

图1  货位表设计


图2  货位表记录

图3  组件型超声波传感器对货位虚实的检测示意图

        表中字段“有货”为“是/否”逻辑型。字段值为YES的货位,表示该货位有货即“实”字段值为NO的货位,表示该货位无货即“虚”。从图2所示可见,货位编号1、2、4、7、9等货位为“实”, 即有货,而货位号为3、5、6、8货位为“虚”,即无货。
         货位的虚实是由AS/RS监控系统根据货物入出库实际情况自动修改的。其工作流程如下：当有货物准备入库时,监控系统程序查询货位表中有货字段为NO的空闲货位,将其分配给相应的堆垛机,并发出存货命令,堆垛机将货物放在该货位后,向上位机监控程序返回“存货命令己完成”的信息,这时上位机监控程序就将该货位对应地有货字段改YES;货物出库时反之。这样,就实现了货位虚实的在线判别与修改。
然而当工作在离线方式时,软件法则无法完成货位虚实判别的任务,此时应用传感器法。

传感器法应用
       传感器法主要有反射式光电传感器、超声波传感器等类型。传感器法是将传感器安装在堆垛机货叉适当位置上,在存取货时则可检测欲操作货位上是否有货存在。

光电传感器检测
       安装在堆垛机货叉上的组件式光电传感器,其输出作为堆垛机控制器的输入信号。存货时,如果欲存货的货位无货,则光电传感器无输出信号;如果欲存货的货位有货,则光电传感器有输出信号,堆垛机控制器接收该信号后,便立即停止运行,同时向上位计算机发出故障信号,等候处理。

超声波传感器检测
        组件式超声波传感器由声波发射器、接收器、定时器及控制器等组成。该检测应用回声测距的原理。当堆垛机货叉向货位运动过程时,首先由声波发射器向货位发射高频脉冲波束,波束发射后即刻自行关机,同时又打开声波接收器检测回声信号,则定时器记录在空气中声波的传播时间,从而换算出被测货物到声波传感器之间的距离,从而识别货位虚实。图3示出超声波传感器的检测示意图。

1-Wire Net 设计方案
        该法适用了对于货位要求更高和可靠性高的场合,即在每个货位上安装一个开关,开关可以是机械、光电、磁或其它原理的。但问题是大量的开关与识别装置（计算机）的联线是比较烦恼之事。因此,最大限度减少联线的数目是该方法的关键。为此,采用当代最新型的一线（网络）法,可谓是一种性能价格比较好的设计方案。
       1-Wire为外设器件沿着一条电连接线进行双向数据传输提供了一种简单的方案,任何系统都包括一台主机和一个以上的从机,它们共用一条数据线。这条数据线被地址、控制、及数据信息复用。大多数器件完全靠从数据线上获得的电源供电。当数据线上为高电平时,电荷存储在器件内部;为数据线低电平时,利用这些电荷提供能量。多个器件通过一个端口连接到微处理器,1-Wire器件有存储NVRAM、EEPROM、可寻址开关、数字传感器、时钟等类型。
         该技术也称为微局域网(Micro LAN),是由总线主机(BUS Master)、数据线—普通双绞线(及其扦接件)和1-Wire器件等三类设备所构成廉价网络,见图4所示。

图4  一线网络(1-Wire NET)法示意图

图5  1-Wire器件DS2401框图

       在总线主机与1-Wire器件之间双向（半双工）传递信号和给1-Wire器件供电仅靠一根线。一线网络对总线主机的要求不高,任何标准微处理器都可作为总线主机。
       DS2401是1-Wire器件中最简单的一种(见图5),是一种可寻址开关。利用DS2401可以为货位贴上一个惟一的电子标签。每个器件都由工厂用激光刻写一个唯一的、不可更改的64位序列号,即它内部有64位串行码组成的8字节的标识码。第一个字节表示1-Wire器件类型;接下来的6个字节是其惟一的地址码,使得同类具有248种地址码,以保证在微局域网上不会产生节点地址冲突;最后一个字节是CRC校验码,以供主机在读地址是判断是否发生传输错误。因此,如需判断某开关的开闭状态时,主机只要读与开关相连的DS2401地址码即可,若读到器件的地址码,说明该开关处于闭合状态,其货位为实;否则说明开关处于断开状态,其货位为虚。这样就实现了的货位检测。
        当DS2401 1-Wire器件的数目超过98时,则必须使用1-Wire扩展器件DS2409,见图6,即一种用于AS/RS实用化的1-Wire器件和PC机组成的扩展微局域网。 货位虚实检测。
        这样使得可使用的1-Wire器件数目几乎没有限制。只要在AS/RS中的每个货位上安装含64K EEPROM的可寻址开关1-Wire器件,也等于给货位加上了一个可读／写的电子标签。这样,电子标签中不仅包含货位的虚实状态,而且还可包含货物其它信息,例如在货位的适当位置安装数字温度传感器,可以了解货位的温度。

RFID技术在物流仓储系统中的应用
        RFID别是近年来国外应用最广泛的一项新型自动识别技术,能实现信息数据自动识别。对于远距离(可达10m以上)、高速移动(时速100km以上)、无接触物体识别场合尤为适用。其典型工作频率有915MHz、2.45GHz、5.8GHz三个频段,广泛应用于车辆自动识别门禁、物流,生产线管理、防伪领域。

图6  实用的1-Wire器件和PC机组成货位检测方案(局域网）

图7  微波射频识别(RFID)系统组成示意图

        RFID位置检测技术突出优点是利用无线射频方式进行非接触识别,无需外露电触点,无源电子标签可按不同的应用要求来封装。系统可同时识别多个静止的和高速运动的电子标签。以完成多目标识别。
RFID系统由读写器、天线、电子标签、专用短程通信协议DSRC及其相关的监控、定位和报警设备等构成(图7)。
        电子标签贴装于货物上,芯片标签内存EEPROM有货物品名、类别、货号、数量、等级、生产厂家等数据。
        读写器与天线安装在堆垛机货叉上,当堆垛机货叉向货位运动过程时不断地发射微波能量和接收从射频卡(电子标签)发回的微波能量。
       用读写器通过天线激活电子标签并读取货位上有无货物号及其它的数据,将其传送至PC机上,从而实现了货物有无的鉴别。能确保仓储系统实时掌握货物所在位置和状态,完成商品的收发与转运等全过程的监控,从而提高供应链各个环节的效率和资产利用率。

结语
        计算机检测技术与RFID在物流-自动化仓储系统的应用有许多方法。设计时应根据实际情况的要求选用。但无论采用何种设计与方法,均以获得最佳性价比为前提,从而使物流信息技术的运行成为自动化仓储系统发展的重要保障。