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基于RFID的工廠管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作者：羅暉
來源：RFID世界網(wǎng)
日期：2009-01-19 10:39:28
摘要：射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)是高效的信息識(shí)別系統(tǒng)。通過采用無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)及數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，可以使采用
RFID技術(shù)的工廠管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理的自動(dòng)化和智能化。本文提出了工廠管理系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)方案，基于此硬件及軟件
平臺(tái)，可以提高工廠管理的效率。
0 引言
隨著工廠現(xiàn)代化水平的不斷提高，管理的難度也顯得越來越大，同時(shí)，對管理智能化水平有待進(jìn)一步提高。射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以通過管理平臺(tái)，對人員及產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，以利于人員、半成品及產(chǎn)品的有效管理，提高工廠的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量的完全可控。
1 RFID系統(tǒng)分類
根據(jù)RFID系統(tǒng)選用標(biāo)簽的區(qū)別，有以下幾種類型：
?、俑鶕?jù)標(biāo)簽的可寫性，可分為只讀標(biāo)簽和可讀寫標(biāo)簽；
?、诟鶕?jù)標(biāo)簽的供電方式，可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽；
?、鄹鶕?jù)工作頻率劃分，有低頻、高頻、超高頻及微波系統(tǒng)。其中，低頻射頻識(shí)別工作頻率主要是125kHz、134．2KHz，高頻為13．56Milz，而超高頻有915MHz、2．45GHz等。
2 RFID系統(tǒng)工作原理
RFID系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)兩大部分組成。系統(tǒng)工作過程如下：
?、匍喿x器產(chǎn)生高頻電信號(hào)，為標(biāo)簽提供能量，同時(shí)對發(fā)射的高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將信息傳送給標(biāo)簽；
②標(biāo)簽將身份信息反饋給閱讀器；
③閱讀器接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的信號(hào)，對傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行編解碼，并與系統(tǒng)軟件進(jìn)行對話，執(zhí)行系統(tǒng)軟件發(fā)出的控制指令；
這樣，標(biāo)簽與閱讀器之間完成了數(shù)據(jù)交換。在數(shù)據(jù)交換過程中，采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，進(jìn)行相互的合法性認(rèn)證，而且傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)都進(jìn)行加密。
3 RFID系統(tǒng)的通信模型
依據(jù)ISO／IEC 18000標(biāo)準(zhǔn)，閱讀器與標(biāo)簽之問的雙向通信模型如圖一所示。
RFID系統(tǒng)的通信模型由物理層、通信層和應(yīng)用層構(gòu)成。物理層主要考慮電氣信號(hào)問題；應(yīng)用層用于解決和最上層應(yīng)用直接相關(guān)的內(nèi)容，包括認(rèn)證、識(shí)別以及應(yīng)用層數(shù)據(jù)的表示、處理邏輯等；通信層定義了閱讀器與標(biāo)簽之間雙向交換數(shù)據(jù)和指令的方式，其中最重要的一個(gè)問題就是解決多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)訪問一個(gè)閱讀器時(shí)的沖突問題。在多標(biāo)簽識(shí)別過程中，如果同時(shí)有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的標(biāo)簽向閱讀器返回信息時(shí)，將產(chǎn)生沖突，所以必須采用防碰撞機(jī)制。
(1)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
?、匍喿x器的設(shè)計(jì)
在RFID系統(tǒng)中，閱讀器與標(biāo)簽的電路設(shè)計(jì)都必須包含諧振回路，用于高頻信號(hào)的傳送，并且要求Delphi振回路都調(diào)諧在相同的諧振頻率上。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電路中的電容大小來改變LC回路的諧振頻率。
用于工廠管理，其標(biāo)簽識(shí)別距離應(yīng)該小于1米。考慮到頻率資源分配等因素，此RFID系統(tǒng)可以采用的工作頻率是2．45GHz。
閱讀器可以放置在廠區(qū)各個(gè)關(guān)鍵的建筑物等門口，用于數(shù)據(jù)采集。
②標(biāo)簽的選用
因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是用于人員、半成品及產(chǎn)品的管理， 因此，標(biāo)簽采用無源只讀標(biāo)簽。
?、巯到y(tǒng)的構(gòu)架
系統(tǒng)中，產(chǎn)品采用產(chǎn)品卡，用于半成品及產(chǎn)品的管理；員工則攜帶員工卡，用于員工的日常管理工作。系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的控制管理由控制中心完成，控制中心與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換可以通過RS232接口來進(jìn)行。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，應(yīng)該對信號(hào)進(jìn)行加密處理。
(2)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軟件系統(tǒng)在Windows XP平臺(tái)上，選用SQL Server7．O數(shù)據(jù)庫，采用Delphi語言進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。
5 結(jié)束語
工廠管理系統(tǒng)是應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠管理的自動(dòng)化和智能化。用Delphi開發(fā)的工廠管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求，同時(shí)，采用SQL大型數(shù)據(jù)庫可以滿足大型工廠管理現(xiàn)代化的需要。
隨著工廠現(xiàn)代化水平的不斷提高，管理的難度也顯得越來越大，同時(shí)，對管理智能化水平有待進(jìn)一步提高。射頻識(shí)別(RFID，Radio Frequency Identification)系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以通過管理平臺(tái)，對人員及產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，以利于人員、半成品及產(chǎn)品的有效管理，提高工廠的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量的完全可控。
1 RFID系統(tǒng)分類
根據(jù)RFID系統(tǒng)選用標(biāo)簽的區(qū)別，有以下幾種類型：
?、俑鶕?jù)標(biāo)簽的可寫性，可分為只讀標(biāo)簽和可讀寫標(biāo)簽；
?、诟鶕?jù)標(biāo)簽的供電方式，可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽；
?、鄹鶕?jù)工作頻率劃分，有低頻、高頻、超高頻及微波系統(tǒng)。其中，低頻射頻識(shí)別工作頻率主要是125kHz、134．2KHz，高頻為13．56Milz，而超高頻有915MHz、2．45GHz等。
2 RFID系統(tǒng)工作原理
RFID系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)兩大部分組成。系統(tǒng)工作過程如下：
?、匍喿x器產(chǎn)生高頻電信號(hào)，為標(biāo)簽提供能量，同時(shí)對發(fā)射的高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將信息傳送給標(biāo)簽；
②標(biāo)簽將身份信息反饋給閱讀器；
③閱讀器接收并解調(diào)來自標(biāo)簽的信號(hào)，對傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行編解碼，并與系統(tǒng)軟件進(jìn)行對話，執(zhí)行系統(tǒng)軟件發(fā)出的控制指令；
這樣，標(biāo)簽與閱讀器之間完成了數(shù)據(jù)交換。在數(shù)據(jù)交換過程中，采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，進(jìn)行相互的合法性認(rèn)證，而且傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)都進(jìn)行加密。
3 RFID系統(tǒng)的通信模型
依據(jù)ISO／IEC 18000標(biāo)準(zhǔn)，閱讀器與標(biāo)簽之問的雙向通信模型如圖一所示。
RFID系統(tǒng)的通信模型由物理層、通信層和應(yīng)用層構(gòu)成。物理層主要考慮電氣信號(hào)問題；應(yīng)用層用于解決和最上層應(yīng)用直接相關(guān)的內(nèi)容，包括認(rèn)證、識(shí)別以及應(yīng)用層數(shù)據(jù)的表示、處理邏輯等；通信層定義了閱讀器與標(biāo)簽之間雙向交換數(shù)據(jù)和指令的方式，其中最重要的一個(gè)問題就是解決多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)訪問一個(gè)閱讀器時(shí)的沖突問題。在多標(biāo)簽識(shí)別過程中，如果同時(shí)有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的標(biāo)簽向閱讀器返回信息時(shí)，將產(chǎn)生沖突，所以必須采用防碰撞機(jī)制。
圖一RFID系統(tǒng)的通信模型
(1)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
?、匍喿x器的設(shè)計(jì)
在RFID系統(tǒng)中，閱讀器與標(biāo)簽的電路設(shè)計(jì)都必須包含諧振回路，用于高頻信號(hào)的傳送，并且要求Delphi振回路都調(diào)諧在相同的諧振頻率上。系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電路中的電容大小來改變LC回路的諧振頻率。
用于工廠管理，其標(biāo)簽識(shí)別距離應(yīng)該小于1米。考慮到頻率資源分配等因素，此RFID系統(tǒng)可以采用的工作頻率是2．45GHz。
閱讀器可以放置在廠區(qū)各個(gè)關(guān)鍵的建筑物等門口，用于數(shù)據(jù)采集。
②標(biāo)簽的選用
因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是用于人員、半成品及產(chǎn)品的管理， 因此，標(biāo)簽采用無源只讀標(biāo)簽。
?、巯到y(tǒng)的構(gòu)架
系統(tǒng)中，產(chǎn)品采用產(chǎn)品卡，用于半成品及產(chǎn)品的管理；員工則攜帶員工卡，用于員工的日常管理工作。系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的控制管理由控制中心完成，控制中心與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換可以通過RS232接口來進(jìn)行。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，應(yīng)該對信號(hào)進(jìn)行加密處理。
(2)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軟件系統(tǒng)在Windows XP平臺(tái)上，選用SQL Server7．O數(shù)據(jù)庫，采用Delphi語言進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。
圖二系統(tǒng)軟件平臺(tái)
5 結(jié)束語
工廠管理系統(tǒng)是應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠管理的自動(dòng)化和智能化。用Delphi開發(fā)的工廠管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求，同時(shí)，采用SQL大型數(shù)據(jù)庫可以滿足大型工廠管理現(xiàn)代化的需要。
