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射頻識別(RFID)技術在可視化系統中的應用
發布日期：2013-07-25 16:11:16 來源：www.guhuozai8.cn 編輯：拓步ERP資訊網 瀏覽： 評論
射頻識別(RFID-Radio Frequency Identifier)技術是使用輻射電磁場識別器傳輸和讀取數據的技術。其利用RFID電子標簽粘貼在空運托盤、陸運或海運集裝箱、包裝箱或單元物品器件上，進行在運物資和在貨架上儲存物資序號、名稱、規格、數量等信息的自動存儲和傳遞。RFID標簽能將信息傳遞至20英尺(軍用品傳遞至100英尺)范圍內的射頻識別讀寫器，并送至Pc機，然后通過軟件進行格式轉換后存入相關數據庫。射頻識別技術作用于社會，將會帶來流通領域和物流管理發生重大變革。目前，RFID技術在需求的推動下進步很快，現在已經制定了RFID行業標準(EPC-Electmnic Product Code),SUN, IBM, Oracle這些著名的計算機公司，都相繼宣布正在研發對應的中間件，管理從RFID獲取的商品數據，將錯誤數據和復雜數據剔除。Oracle公司將于2004年12月份推出LLI.10應用服務器，擴展對RFID的支持。軍隊可視化系統除享用民用成果外，應盡快加速對RFID標簽和讀寫器的研發，使其在安全保密性、快速性、準確性等方面達到聯合全資產可視化系統對在儲、在運、在處理裝備和資產可視化的要求，為戰區聯合全資產可視化系統的組建做好技術準備。
1 射頻識別的技術實現
1.1 射頻識別系統的組成
射頻識別技術為聯合全資產可視化系統的開發提供了一種新工具，它能在較短距離范圍內自動識別、區分器材并確定其所有的位置。射頻識別由發送應答器射頻卡(電子標簽）或詢問器(讀寫器)組成，采用無線電波應答傳播的工作原理。發送應答器通常是存有數據的小型電子標簽，詢問器一般是讀寫器，具有向電子標簽寫入或從卡內讀出數據的能力。射頻識別技術能使被識別數據自動讀取而進入信息管理系統，不需要人為干涉，從而保證了獲取數據的及時性、可靠性和準確性。射頻識別系統組成如圖1所示。
圖1 射頻識別系統組成示意圖
射頻識別系統包括兩種類型：被動型和主動型。被動型：采用無能源、廉價、低容量(20字節)的發射應答裝置，進行視距范圍內詢問，應答裝置使用詢問器(讀寫器)的電能。被動型系統因其數據容量低和視距限制，不能用于在運資產可視化系統。主動型：發射應答裝置自帶電能，它是全向性的，采用較昂貴的高容量(256字節)發射應答裝置。主動型系統在技術上有3個對軍事應用至關重要的特點：首先，應答器(識別卡或電子標簽)是有效的便攜mmav式數據庫；第二，射頻卡可使數據快速傳送給自動化管理信息系統；第三，主動技術可提供300英尺或更大距離內采集數據的全向能力。
1.2 射頻識別原理
射頻識別系統利用無線射頻技術實現無線傳輸，由于其使用的是高頻載波，具有較寬的帶寬，因此可實現較高的數據傳輸速率。另外，由于頻率高、載波波長短，所用天線尺寸很小，使發信機可以做得小巧、隱蔽、可靠。主動射頻識別系統中，讀取器對電子標簽發射信號使電子標簽被激活，反饋回與具體集裝箱或電子托盤相應的ID代碼，用于對識別件進行身份識別。電子標簽作用前，需要經過初始化操作，然后寫入ID代碼和相關的包裝貨物類別、品名、規格、數量、發送單位、接收用戶等數據信息。電子標簽結構如圖2所示。
圖2 電子標簽結構圖
電源單元：電源單元向其它單元提供能量，能量可能是本身自帶的電池，也可能來自讀取裝置發射的電磁輻射。能量來自電池的電子標簽，對讀寫器的發射功率要求較低，稱為有源標簽。能量來自電磁場的標簽，要求讀寫器發射功率較高，稱為無源標簽。目前多數有源標簽采用高容量、長壽命的鋰電池，設計壽命一般在3年以上，作用距離也較遠。
存儲單元：存儲ID代碼、包裝物資信息、轉運路徑信息、所在架位信息、入庫出庫時間信息等，一般由ROM、RAM、EEPROM等器件構成。數據處理單元：按協議完成數據分析、處理、寫入、讀出及轉換操作，一般由cPu、LSI器件構成。通信接口單元：完成數據處理單元與微帶天線之間的輸入輸出轉換和正常匹配通信操作。數據需要經編碼、調制、放大等信號變換過程，由微帶天線輻射出去。微帶天線’：是觸發式自激振蕩器和耦合器組成的定向或全向輻射器件，其輻射頻率可以通過接口單元輸出的控制信號控制，完成與讀寫器頻率的對準和信噪比下降時的自動跳頻。讀取裝置由電源單元、振蕩器、發送單元、接收單元、數據處理單元、微帶天線和外部信號指示器構成。讀取器的信號經調制和功率放大后，經天線輻射出去。當運輸車輛經過射頻詢問檢測點時，電子標簽被讀寫器的輻射脈沖激活，進人工作狀態，根據接收到的指令向該讀寫器回送相關的響應數據。Pc機將讀寫器收到的數據信息進行相應的格式轉換，自動更新數據庫。
1.3 通信協議及軟件結構
電子標簽和讀取器之間的信息傳輸，應符合選定的通信協議。在正式傳輸信息之前，雙方應互發握手信號以確保發送與接收數據的安全性和準確性。首先由讀取器發出一握手信號，電子標簽接收該信號后，進行身份驗證，屬于指定口令，則將信號發回讀取器。緊接著由讀取器再發一讀數據指令，電子標簽再進行判斷，屬規定讀取指令時，表明是本系統讀取器已收到應答握手信號，然后打開通信接口單元輸入接口，將發送數據存入通信接口緩存器，當緩存器存滿一個數據幀(256字節)時，通信單元輸出接口打開，由微帶天線發射電子標簽貨物信息和運輸路徑信息給讀取器。電子標簽軟件流程如圖3所示。
圖3 電子標簽的軟件流程圖
2 射頻識別技術在戰區全資產可視化系統(RJTAVS)中的應用
戰區全資產可視化系統(RJTAVs)的資產流和數據流示意圖如圖4所示。
圖4 戰區全資產可視化系統示意圖
粘帖有射頻標簽的包裝箱在出發地(戰區供應站倉庫)，由射頻讀寫器寫入裝箱文件數據和運輸路徑數據，標簽內數據同時傳送給戰區在運資產可視化(RITV)服務器并轉發給運輸網絡服務器。服務器經處理轉換為射頻標簽文件，戰區服務器的用戶(戰區司令、裝備保障和供應指揮員、系統管理員)可檢索到該文件。當裝有射頻標簽的貨物離開發貨地后，經過射頻識別轉運點或安裝有射頻讀寫器的詢問點時，射頻讀寫器可遠距離(100m)快速讀取射頻標簽的識別編號ID和相關數據，并加入詢問日期和時間，然后發給戰區在運資產可視化服務器，該服務器自動更新射頻標簽和相應文件。圖5顯示了從出發地到目的地的射頻運輸物資流和數據流的傳輸情況。在裝有射頻標簽的貨物運輸過程中，射頻識別詢問系統遠距離地記錄和報告貨物在途中轉接點(如港口和分發中心等裝有讀寫器裝置的轉運點)的通過和數據變化情況，戰區在運資產可視化系統服務器將數據傳送給戰區運輸網絡和戰區聯合全資產可視化系統，作為途中可視化信息資源。戰區用戶(戰區司令員、保障和供應指揮員、管理人員)可檢索這些轉運點的在運資產可視化數據。裝在貨物包裝箱上的射頻標簽也可為途中作業(卸貨、分發、裝貨、轉運)人員提供相關的信息支持。
圖5 從出發地至目的地的射頻識別報告圖
3 結論
應用射頻識別技術可提高集中運輸物資和部隊裝備相關數據和所在位置的可視化能力，以及途中機動調度能力，并根據需要提供遠距離包裝箱內物品的可視化。增加途中射頻讀寫器的安裝密度，可提供有效的應急能力、改進業務處理方式，大大提高工作效率和工作質量。實驗室試驗證實了射頻識別能夠提供在運貨物的全程可視化。當經過轉接點的貨車以80km/h的車速通過詢問讀寫器掃描區時，可成功地采集射頻標簽數據，并滿足數據傳輸實時性和準確性標準的要求。存在的問題：射頻標簽為高靈敏度電子裝置，經不住嚴酷的運輸環境(振動、沖擊、溫差變化)的考驗，有時出現破損；射頻標簽電池能量和壽命不夠長，有時因電池能量用完而讀不出數據；當射頻標簽被有電磁屏蔽作用的貨物(如鐵板、強磁體)遮蔽時，射頻讀寫器無法讀取該射頻標簽的數據。改進方向：應提高對射頻標簽的環境適應性以及電池的壽命，粘貼標簽的位置要選在周圍無強磁屏蔽貨物的位置。
本文轉自：e-works制造業信息化門戶網
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