基于RFID与WSN技术的仓储系统设计

摘要：针对当前仓储管理自动化水平低的现状，以RFID和WSN技术为核心，结合SOL Server数据库技术、ASPNET网络编程技术，设汁了一套自动化、效率高、功能齐全的可视化仓储管理系统，并详细介绍了仓储系统的结构设计、主要功能、软件设计以及实现。系统将RFID技术与WSN技术融合，实时采集与记录仓库设备的基本属性与环境信息，提高了仓储管理的自动化程度及物资信息的可追溯性。
关键词：射频识别；无线传感器网络；SOL Server数据库；ASPNET 2．0

0 引言
    随着市场的国际化和物流业的不断发展，仓储业作为物流管理中重要组成成分的地位愈显举足轻重。
    射频识别(RFID)是一种非接触式自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对物品的自动识别。RFID由于采用电子标签(tag)作为信息载体，具有信息容量大、非可视识别、快速读写等优势，识别过程无需人工干预，抗干扰能力强。
    无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送给观察者。
    将RFID与WSN技术应用于仓储管理系统，实现数据的自动化采集与存储，可以及时更新仓储物资信息，监视设备所处的环境情况，保证物资安全。

1 仓储系统的结构设计
    系统主要包括两大部分：RFID系统和WSN系统，如图1所示。

1．1 RFID系统
    电子标签附着在设备上，记录设备的基本属性：设备标签编码、名称、维修记录、生产运输过程中的相关信息。读写器可通过串口与上位机连接，亦可作为有源标签，通过无线网络与上位机连接。
    工作过程：读写器通过天线发送一定频率的超高频信号，当tag进入有效工作区域时被激活，将自身存储的信息通过内置天线发送出去，读写器接收到调制信号，经解调与编码后送到仓储管理系统软件处理。

    电子标签：共有三个存储块：EPC(电子产品编码)、TID(标签标识)、用户区。EPC采用十六进制842l编码，共96位(如图2)，为世界每个对象提供一个唯一的编码。用户区是为用户预留的一段空间，用户可根据实际情况自行写入信息。
1．2 WSN系统
    在仓库的四周随机布置传感器节点，采集设备所处的环境信息(如温度、湿度)。Sink节点是具有路由功能的传感器节点，实现两种协议之间的通信转换。
    工作过程：分布在仓库周围的传感器节点自组织形成网络，通过多跳中继将设备的环境信息逐级传至sink节点，sink节点通过无线读写器将数据传输给Tinyos管理中心进行处理并保存到Tinydb数据库。
    协议转换：由于WSN采用的IEEE 802．1 5．4是短程无线通信协议，Internet是TCP／IP有线协议，为了将数据传送到SOL数据库中，需要通过路由器将Tinydb转换为SOL的数据格式与有线传输协议，附加到SOL数据库表的属性中。
1．3 将RFID与WSN技术相融合
    WSN系统采集设备的环境信息，RFID系统采集设备的基本属性信息，两者结合，完整实时地记录了设备的全部信息。

2 仓管系统的主要功能
    (1)出入库管理：采用人工检查和自动化办公双重管理。设备出入库与数据库的出入库操作同步，大大减少工作量。
    (2)环境管理：WSN通过传感器节点采集设备所处的温度、湿度、声音等环境信息。实时监管仓库设备所处的各种环境。
    (3)设备盘点：系统配置了移动读写器，工作人员手持读写器在仓库中环视一圈，即可完成定期盘点与核对数量。
    (4)查询统计：工作人员在何时何地都可通过网络对仓库进行远程监控和查询，进行可视化网络管理，方便高效。

3 仓管系统的软件设计
    仓储系统的应用界面是由ASP．NET技术开发的网站，网站与后台SOL Server数据库连接，当对网站上的某个功能模块进行操作时，标签数据就会存储到数据库。
3．1 SQL Server数据库设计
    后台数据库微软公司发布的数据库引擎：Microsoft SQL Server 2005。该数据库存放所有的仓库设备信息和环境信息。数据表包括设备入库、出库、借出、归还、库存、盘点表；仓库、供应商、读写器、用户信息表；设备类型表。每个表中都包含了由RFID系统传输的EPC编码以及用户存储区内的附加信息，WSN系统传输的环境信息。图3是库存设备表的逻辑结构设计。

3．2 应用界面功能模块设计
    网站的集成开发环境为：Visual Studio 2010。配置环境如下：IIS 5．0(Internet信息服务器)、Windows XP Professional(带有SP3)操作系统。系统采用C语言开发。
    网站主要分为五大功能模块：设备管理模块、查询统计模块、基本信息模块、系统设置模块、数据管理模块。每个模块包括若干子模块。仓储管理系统主要功能模块如图4所示。

4 仓管系统的实现
4．1 读写器与PC机串行通讯
    读写器设置：使用RS232／485连接读写器与上位机，串口通讯软件Tera Term对读写器进行控制：串口设为COM1，波特率设为115200，频率为860-960MHz，成功登录后为读写器设置静态IP地址：config network ip static<210．44．9．158>，远程登录：使用浏览器远程登录读写器http：／／speedwav-10-04-ld．local／，成功登录后可演示属性状态查询以及标签的读写。图5为查询读写器状态显示结果：

    程序设计：将读写器底层协议LLRP.dll，Impinj．LLRP.dll，开发包动态链接库文件Impinj．OctaneSdk．dll导入到开发项目中，程序核心代码为：
   
   
    在VS2010开发环境中启动调试程序，运行结果如图6所示：

    通过读写器与上位机串行通信程序调试可得到标签的EPC编码以及用户区信息，之后将EPC数据存储到数据库中即可。
4．2 应用界面窗口实现
    应用界面窗口不同于普通的本地Windows窗体，而是采用了Visual Studio 2010平台开发的网站，优点是可以实现远程网络控制，而不是简单的本地操作。
    系统用户分为三个角色：超级管理员、仓库管理员、普通用户。超级管理员管理维护整个系统，可以进行所有的相关操作可行使仓库管理员的权利；仓库管理员只能对自己所属的仓库进行入库、出库等操作；而普通用户只能进行查询，不能对设备的入库、出库等进行操作。
    用户首先进入仓储管理系统的登录页面：Logiraspx，根据自己的用户角色填写用户名、密码、登录类别进行登录。登录成功后进入系统主页面：Main．aspx。主页面最左侧有五大功能模块的导航菜单，点击可进入相应页面进行相关操作。图7为仓储管理系统设备查询页面：DeviceLook．aspx

5 结论
    基于RFID技术与WSN技术的可视化仓储管理系统，充分结合了ASP．NET 2．0技术和SQL Server技术，实现了对仓管系统的实时监控和管理，加快了出、入库操作速度，提高了人员利用率，减少了不必要的耗费。