發(fā)布時間：2016-05-12 17:08

第一章  緒論 

1.1 研究背景與研究問題 
計算機作為科技高速發(fā)展的第一代產(chǎn)物，從發(fā)達國家應運而生。它的出現(xiàn)大大促進了人類生產(chǎn)和生活的各個方面，同時也促進了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。在這樣的大環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)作為一個新生產(chǎn)物誕生了�；ヂ�(lián)網(wǎng)是繼計算機之后的第二代新生產(chǎn)物，它的出現(xiàn)對人類的發(fā)展進步具有非常重要的意義�；ヂ�(lián)網(wǎng)作為新產(chǎn)物，能夠?qū)崿F(xiàn)人類個體與個體之間的信息交換與通信。互聯(lián)網(wǎng)范圍覆蓋全世界，凡是網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍之內(nèi)，都能夠很容易的通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與人之間的溝通。 
這些技術(shù)與生活息息相關(guān)，如RFID技術(shù)、GPS技術(shù)和紅外感應技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上的更新?lián)Q代，且性能更加強大，通信范圍更加廣泛。因為互聯(lián)網(wǎng)只是實現(xiàn)了有思想的人類之間的通信和信息交換，而物聯(lián)網(wǎng)除了實現(xiàn)此功能之外，還把沒有生命的物體擴充到整個系統(tǒng)內(nèi)，進一步實現(xiàn)了人與物以及物與物之間的通信和信息交換。可以說，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為目前最具有潛力的行業(yè)之一，對于該領(lǐng)域的研究具有十分重要的應用意義。 

RFID是無線射頻識別技術(shù)的簡稱。它與以往的識別技術(shù)不同，它通過不用接觸的無線電信號對特定的目標進行識別而進一步對所識別的信息完成讀寫功能，這是識別技術(shù)領(lǐng)域的一大突破。在這一個完整的過程中，不需要系統(tǒng)和所要識別的目標進行任何接觸。高中物理課程所學的磁場，它看不見摸不著。射頻識別技術(shù)是通過這個看不見摸不著客觀存在的場來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。整個流程的第一步來源于閱讀器，首先它發(fā)出一定頻率的信號，當這個信號到達它目標范圍內(nèi)的標簽之后，標簽就會把自身內(nèi)部信息通過無線傳輸發(fā)送給讀寫器，讀寫器讀取之后再將這個信號進行解碼，從而傳送給上位機應用軟件系統(tǒng)進行進一步的處理，供給我們所利用。 

……

1.2 研究目標與研究意義 
本文的研究目標是設(shè)計一款基于無線射頻技術(shù)的可視化倉儲管理系統(tǒng)。通過這個系統(tǒng)能夠更直觀的獲得倉儲管理進出貨物的各種信息，取代了傳統(tǒng)用紙張記錄的倉庫管理模式，提高了管理的效率。通過這個系統(tǒng)，能夠通過圖表的形式得到進出貨物的數(shù)量，以柱形圖的形式對比出各種貨物的進出效率和庫存量。這屬于射頻識別技術(shù)的一項重要的應用，實現(xiàn)了倉儲管理的信息化管理，也為國家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)貢獻了一份力量。
為實現(xiàn)這個研究目標，是通過設(shè)計一款讀寫器來完成。這款讀寫器是基于美國產(chǎn)的R2000 芯片開發(fā)的。通過這個讀寫器的軟硬件設(shè)計，再將其應用在倉儲管理系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)研究目標。閱讀器、應答器和應用軟件系統(tǒng)相互作用共同構(gòu)成了超高頻無線射頻系統(tǒng)。而這里所說的應答器用我們通常的說法就是電子標簽。整個系統(tǒng)的工作流程是：閱讀器先發(fā)出某一特定頻率的信號，通過無線傳輸傳送到它目標范圍的應答器，應答器再通過其自身的天線對該閱讀器發(fā)射特定的信號，閱讀器接收后通過編碼調(diào)制將消息傳送給應用軟件系統(tǒng)，從而被人們獲取并應用。

從電路原理圖的設(shè)計到 PCB 電路的模塊布局和布線規(guī)則，再到軟件代碼的編寫，最后到整個系統(tǒng)的測試，整個系統(tǒng)的設(shè)計完成一共耗時兩年多的時間。經(jīng)過了大量的測試和修改，實現(xiàn)了讀寫器與標簽兩米內(nèi)的通信，測試性能優(yōu)良，有很好的實用價值。與市面上普通的產(chǎn)品相比，具有讀寫距離更遠、速度更快的特點，對于可視化倉儲系統(tǒng)的研究和射頻識別領(lǐng)域的研究具有十分重要的意義。 

……

第二章 UHF RFID 系統(tǒng)的工作原理 

2.1   UHF RFID 系統(tǒng)介紹 
本文所研制的 UHF RFID 系統(tǒng)是由閱讀器、電子標簽和計算機軟件系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)工作。閱讀器，通常又稱為讀寫器，根據(jù)其自身功能的不同，一部分實現(xiàn)只讀功能，一部分既可以實現(xiàn)讀功能又可以實現(xiàn)寫功能，所以閱讀器和讀寫器這兩個名字通用。電子標簽最初也被稱為應答器。整個系統(tǒng)的工作流程是閱讀器首先作為主動的一方，發(fā)送一定頻率的信號，然后標簽通過天線來進行無線接收應答，所以標簽最初的名字叫做應答器。隨著研發(fā)的進步，標簽實物制作越來越便攜，電子標簽被大眾使用越來越廣泛。而計算機軟件系統(tǒng)作為上位機對整個系統(tǒng)采集到的信息進行進一步的處理和加工。  
對于天線的匹配和電路設(shè)計，主要從兩點綜合考慮進行設(shè)計。為使天線達到最大的傳輸效率，必須使天線與內(nèi)部電路相匹配。一方面是要實現(xiàn)共軛匹配，另一方面是要實現(xiàn)無反射匹配。為了使輸出達到最大功率，輸入的內(nèi)阻應該與原信號的內(nèi)阻相匹配。為使系統(tǒng)達到最大的傳輸效率，需要無反射匹配。負載和傳輸線相匹配，同時，系統(tǒng)的信噪比提高，誤差降低，整個天線的靈敏度也大大地提高。 
本文所設(shè)計的 UHF RFID 系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標簽和計算機通信網(wǎng)絡(luò)三大部分組成，其系統(tǒng)構(gòu)成框圖如下圖 2.1 所示。 

在本文所設(shè)計的讀寫器中，發(fā)揮最主要作用的三個模塊分別是控制模塊、射頻模塊和天線模塊。除了最主要的這幾部分模塊之外，還包括電源模塊和時鐘模塊。因為其自身的功能不同，有的只有讀的功能，而有的即可以讀又可以寫，所以有時我們也把讀寫器叫做閱讀器。它在整個超高頻射頻識別系統(tǒng)中決定了整個系統(tǒng)的工作頻率。它的主要作用是接收上位機發(fā)過來的命令，再將該信號通過射頻模塊和天線無線傳輸給電子標簽，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流。在讀寫器和電子標簽進行無線信息交流的進程中，我們可以看到，讀寫器是作為主動的一方來工作的。 

……

2.2 UHF   RFID 系統(tǒng)工作原理 
在這個系統(tǒng)中，讀寫器和電子標簽分別是無線信息交流的兩方。讀寫器通過其內(nèi)部天線以無線信號磁場發(fā)射的形式向電子標簽發(fā)出讀寫的命令，電子標簽接收到命令后被激活，將自身攜帶的信息通過標簽天線發(fā)送給讀寫器。讀寫器通過天線進行接收，并將其進行調(diào)制、編碼等操作，然后將數(shù)據(jù)送往后臺的上位機進行處理。在這個系統(tǒng)中，讀寫器發(fā)出的信息首先需要編碼和調(diào)制，然后由讀寫器的射頻電路傳遞給讀寫器天線，在經(jīng)過無線磁場的電波傳輸后，該信號被電子標簽接收。讀寫器射頻電路的作用，是將發(fā)射信號的頻率大幅度提高，以便于信號在自由空間傳輸。讀寫器射頻電路還有另一個作用，就是將來自于電子標簽的信號頻率降低，以便于讀寫器識讀。所以射頻電路既可以將發(fā)射信號頻率升高，又可以將接收信號頻率降低，具有收發(fā)重作用。 
該協(xié)議的物理層通信特性和標簽識別層特性對整個協(xié)議影響最大。在物理層上，有兩條鏈路，一條是前向鏈路，一條是反向鏈路。它們之間是互不影響的，分別獨立編碼和調(diào)制，且數(shù)據(jù)速率也是不一樣的。讀寫器和電子標簽在物理層上實現(xiàn)半雙工通信，讀寫器首先向電子標簽發(fā)送一定頻率的信號，電子標簽用同樣的頻率接收。電子標簽只是單純的反射。在標簽識別層上，讀寫器主要通過選擇、存盤和訪問三個操作來與電子標簽實現(xiàn)無線通信。 

對于電子標簽內(nèi)部，主要存在四個存儲體，分別編號 0、1、2、3。這三個存儲體作用各不相同，編號為 0 的存儲體用來保存內(nèi)存；編號為 1 的存儲體是 EPC 存儲器；編號為 2的存儲體是 TID 存儲器；編號為 3 的存儲體是用戶自定義存儲器。 

……

第三章 UHF RFID 讀寫器硬件電路設(shè)計 .................................15 
3.1 引言...........................................................15 
3.2 控制電路的選型及設(shè)計 ...........................................15 
3.3 射頻電路的選型及設(shè)計 ...........................................17 
3.4 天線的匹配及電路 ...............................................18 
3.5 本章小結(jié).......................................................19 
第四章 UHF RFID 讀寫器軟件的架構(gòu)...................................21 
4.1 引言...........................................................21 
4.2 主程序軟件的實現(xiàn) ...............................................21 
4.3  ISO18000-6C 協(xié)議的實現(xiàn) ........................................22 
4.4 本章小結(jié).......................................................23 
第五章 PCB 電路設(shè)計與制板 ..........................................25 
5.1 引言 ...........................................................25 
5.2 元器件的封裝 ...................................................25 
5.3 模塊布局及布線規(guī)則 .............................................25 
5.4 PCB 制板圖 .....................................................26 

5.5 本章小結(jié).......................................................27 

……

第六章 UHF RFID 可視化倉儲管理系統(tǒng)的研究

6.1 引言

本設(shè)計主要是應用在可視化倉儲的管理系統(tǒng)中，在將系統(tǒng)最核心的讀寫器軟硬件設(shè)計好之后，還要將其與可視化倉儲系統(tǒng)的平臺搭建連接起來[36]。通過該平臺和窗口的搭建，取代了傳統(tǒng)的用紙張記錄的倉儲管理模式，不僅能夠以圖表的形式看到進出貨物的數(shù)量，還可以以柱形圖的形式對比出哪種貨物的進出頻率最高和庫存量最大。這與傳統(tǒng)的倉儲管理系統(tǒng)相比，達到了人工智能和信息化的研究目的。除此之外，還大大改善了工作的軟硬件環(huán)境并提高了管理的質(zhì)量。 
采集層主要是由本文所設(shè)計的基于 R2000 的以 Cortex-M3 為主控制器的讀寫器和加載在進出貨物上的電子標簽來完成數(shù)據(jù)的采集；傳輸層主要是讀寫器通過串口和無線 wifi 通信把數(shù)據(jù)傳送給上層計算機軟件所利用；處理層主要是計算機通過數(shù)據(jù)庫 SQL Server 和網(wǎng)絡(luò)編程來實現(xiàn)可視化倉儲管理系統(tǒng)的操作，在這一層中，網(wǎng)絡(luò)編程主要用來管理窗口，而數(shù)據(jù)庫主要用來管理系統(tǒng)接收來的數(shù)據(jù)。 

可視化倉儲管理系統(tǒng)的工作原理還是在射頻識別技術(shù)的基礎(chǔ)上進行進一步研究的。在進出的每一個貨物上都加載一個對應的電子標簽，當貨物進出裝有系統(tǒng)的大門時，來到讀寫器感應范圍內(nèi)。讀寫器發(fā)射出一定頻率的信號，通過自身天線無線傳輸給貨物標簽的天線，標簽再將自身特定的信號無線傳輸給讀寫器，讀寫器接收信號經(jīng)過調(diào)制編碼再通過串口傳輸給上層計算機軟件系統(tǒng)。上位機獲得數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)庫進行更新，然后通過ASP.NET 設(shè)計的可視化倉儲系統(tǒng)界面呈獻給用戶想利用的數(shù)據(jù)

……

結(jié)論

本文研制了一款基于 RFID 的可視化倉儲管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的用紙質(zhì)記錄管理的系統(tǒng)，實現(xiàn)了更直觀、更便捷、更高效的信息化倉儲管理。該系統(tǒng)主要分為三個層次，由下至上，分別是采集層、傳輸層、處理層。采集層是通過讀寫器和電子標簽的無線數(shù)據(jù)傳輸來作用的；傳輸層是通過讀寫器和上位機通過串口通信進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)�；處理層主要是通過上位機對數(shù)據(jù)進行處理和加工，來供給人們使用。 

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點還在于開發(fā)了一個可視化的倉儲管理界面，能夠更加直觀的看到進出倉庫貨物的各種數(shù)據(jù)�？梢暬瘋}儲管理系統(tǒng)平臺搭建主要通過網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫技術(shù)兩項技術(shù)。通過這兩項主要的技術(shù)我們能夠?qū)崿F(xiàn)管理全自動，對于進出倉庫的貨物只要通過電腦界面就能夠一目了然；也能夠完成查詢功能，能夠方便便捷的查詢進出倉庫的每一件貨物的進出時間和生產(chǎn)廠家等相關(guān)的信息；而且此系統(tǒng)還能自動生成報表和柱形圖，，通過顏色鮮明的柱形圖視圖能夠更直觀的對系統(tǒng)的各種貨物進行比較和了解，包括哪種貨物進出頻率最高等信息都能被我們了如指掌。對于本文所研制的基于 RFID 可視化倉儲系統(tǒng)，測試性能很高，并且擁有很高的實用價值。 

參考文獻（略）

本文編號：44338