北科大物流技术与装备RFID实验报告

物流技术与装备实验报告

题目：___ RFID库存盘点系统___

专业：________物流工程________

姓名：_________丁双_________

学号：________41145031________

指导教师：_________王国华_________

前言 (3)

一、实验名称 (3)

二、实验目的 (3)

三、实验设备 (4)

1、基本的RFID系统 (4)

2、实验室设备 (5)

四、试验系统布置图 (6)

五、实验内容和原理 (7)

六、实验步骤 (7)

七、实验总结 (10)

前言

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），又称电子标签（E-Tag），是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着技术的进步，RFID应用领域日益扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。

RFID技术运用广泛，典型应用包括：在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费；在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪；在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理；RFID还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪等多种应用领域。

在标签领域，条码技术已非常成熟并得到广泛应用，现在几乎所有产品都贴有条码。由于受存储空间限制，条码通常只能标识产品类型。RFID标签与条码相比，具有读取速度快、存储空间大、工作距离远、穿透性强、外形多样、工作环境适应性强和可重复使用等多种优势。读取速度快：可在瞬间完成对成百上千件物品标识信息的读取，从而提高工作效率；存储空间大：可以实现对单件物品的全过程管理与跟踪，克服条码只能对某类物品进行管理的局限；工作距离远：可以实现对物品的远距离管理；穿透能力强：可以实现透过纸张、木材、塑料和金属等包装材料获取物品信息；标签根据应用场合的不同可以做成条状、卡状、环状和钮扣状等多种形状。不过，与条码几分钱甚至几厘钱的成本相比，RFID 标签的成本目前还较高。

一、实验名称

RFID库存盘点系统实验

二、实验目的

通过实验可以使学生了解RFID系统的设备组成和工作原理，掌握RFID的

一些基本操作。

三、实验设备

1、基本的RFID系统

基本的RFID系统由RFID标签（Tag）、RFID阅读器（Reader）及应用支撑软件等几部分组成。

RFID标签（Tag）由芯片与天线（Antenna）组成，每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上以标识目标对象。RFID标签依据发送射频信号的方式不同，分为主动式（Active）和被动式（Passive）两种。主动式标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电，又称为有源标签；被动式标签不带电池，又称为无源标签，其发射电波及内部处理器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。被动式标签在接收到阅读器发出的电磁波信号后，将部分电磁能量转化为供自己工作的能量。下表是主动式和被动式两种标签特性的比较。其中主动式标签通常具有更远的通信距离，其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。被动式标签具有价格便宜的优势，但其工作距离、存储容量等受到能量来源的限制。

RFID阅读器（Reader）的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答；对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。根据应用不同，阅读器可以是手持式或固定式。当前阅读器成本较高，价格在1000美元左右，而且大多只能在单一频率点工作。未来阅读器的价格将大幅降低，并且支持多个频率点，能自动识别不同频率的标签信息。

RFID应用支撑软件除了标签和阅读器上运行的软件外，介于阅读器与企业应用之间的中间件是其中的一个重要组成部分。该中间件为企业应用提供一系列计算功能，在电子产品编码（Electronic Product Code，EPC）规范中被称为Savant。其主要任务是对阅读器读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从阅读器传往企业应用的数据量。同时Savant还提供与其他RFID支撑系统进行互操作的功能。Savant定义了阅读器和应用两个接口。

2、实验室设备

（1）、外部环境

能够通过交换机或路由连接到以太网；48伏特直流电源供应。

（2）、硬件

RFID读写器（AWIDNETWOEK多协议读写器）、RFID卡（12字节）、PC 机、网线等连接设备。

（1）软件

MPR3014Demo、RFID库存盘点系统。

（2）设备连接方式

实验室选用第一种连接。

四、试验系统布置图

五、实验内容和原理

RFID研究现状分析

当前RFID的研究主要围绕RFID技术标准、RFID标签成本、RFID技术和RFID应用系统等多个方面展开。

（1）、RFID技术标准

作为一种将深入影响每个人日常生活的技术，为了实现对世界范围内的物品进行统一管理，同时也为了规范标签及读写器的开发工作，解决RFID系统的互联和兼容问题，必须对RFID技术进行规范。当前主要的RFID相关规范有欧美的EPC规范、日本的UID（UbiquitousID）规范和ISO18000系列标准。其中ISO 标准主要定义标签和阅读器之间互操作的空中接口。

EPC规范由Auto-ID中心及后来成立的EPC global负责制定。关于标签，EPC规范已经颁布第一代规范。规范把标签细分为Class0、Class1、Class2三种。其中Class0和Class1标签都是一次写入多次读取标签，Class0标签只能由厂商写入信息，用户无法修改，因而又称为只读标签，主要用于供应链管理；Class1则提供了更多的灵活性，信息可由用户写入一次。Class0和Class1标签采用不同的空中接口标准进行通信，因此两类标签不能互操作。Class2标签具备多次写入能力，并增加了部分存储空间用于存储用户的附加数据。Class2标签允许加入安全与访问控制、感知网络和Adhoc网络等功能支持。

UID（UbiquitousID）规范由日本泛在ID中心负责制定。该规范对频段没有强制要求，标签和读写器都是多频段设备，能同时支持13.56MHz或2.45GHz频段。UID标签泛指所有包含ucode码的设备，如条码、RFID标签、智能卡和主动芯片等，并定义了9种不同类别的标签。与RFID标签相关的包括：Class1只读RFID标签、Class2可读写RFID标签、Class5带电源RFID标签。

EPC编码目前有三个版本，其主要区别在于编码长度不同，分别为64位、96位和256位；UID编码长度为128位，根据需要能够扩展为256、384或512位。

（2）、RFID技术和RFID应用系统

RFID标签和阅读器工作时所使用的频率称为RFID工作频率。目前RFID使用的频率跨越低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波等多个频段。RFID 频率的选择影响信号传输的距离、速度等。

工作频率选择是RFID技术中的一个关键问题。工作频率的选择既要适应各种不同应用需求，还需要考虑各国对无线电频段使用和发射功率的规定。当前RFID工作频率跨越多个频段，不同频段具有各自优缺点，它既影响标签的性能和尺寸大小，还影响标签与读写器的价格。此外，无线电发射功率的差别影响读写器作用距离。

低频频段能量相对较低，数据传输率较小，无线覆盖范围受限。为扩大无线覆盖范围，必须扩大标签天线尺寸。此外，低频段电子标签的成本相对较低，且具有卡状、环状、钮扣状等多种形状。

高频频段能量相对较高，适于长距离应用。低频功率损耗与传播距离的立方成正比，而高频功率损耗与传播距离的平方成正比。由于高频以波束的方式传播，故可用于智能标签定位。其缺点是容易被障碍物所阻挡，易受反射和人体扰动等因素影响，不易实现无线作用范围的全区域覆盖。高频频段数据传输率相对较高，且通讯质量较好。

下表为RFID频段特性表。

RFID标签根据应用场合、形状、工作频率和工作距离等因素的不同采用不同类型的天线。一个RFID标签通常包含一个或多个天线。天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。天线按工作频段可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性可分为全向天线、定向天线等；按外形可分为线状天线、面状天线等。RFID标签在要求低成本的同时，还要求有高的可靠性。此外，标签天线和读写器天线还分别承担接收能量和发射能量的作用，这些因素对天线的设计提出了严格要求。

（3）、RFID标签成本

RFID标签成本是其商业应用能否取得成功的关键。RFID标签的成本主要由IC芯片、天线和封装等几部分构成。由于RFID系统拥有巨大的技术优势，由此将带来工作效率的大幅提高，从而降低系统的总体拥有成本。RFID系统应用推广还涉及到对现有业务系统的改造。

六、实验步骤

实验过程

（1）、连接设备

连接电源、网线、更改PC机IP、测试IP是否正确。

（2）、MPR3014Demo演示

首先在桌面启动Shortcutto MPR3014Demo.lnk。

IPADDress设成192.168.1.91是其中一个阅读器的地址，出现CONNECTED-iiAWIDMPR-1518V33.2eUHFMODULE，证明连接成功。

选择File点击，设置阅读器连接天线的个数，本实验室的阅读器最多只能带天线数是4个。

选择Command菜单下的System，设置天线功率、天线灵敏度、读取标签类型等。

在Commond命令下选择PortalIDs，选择标签类型为EPC C1 Gen2。将标签放到Reader下，读标签。

将读写器调为单个天线，在Commond命令下选择Read/Write，写入标签0102030405060708090a0b0c。

在Commond命令下选择SingleTagMeter，选择标签类型为EPCC1Gen2。读刚才写入的标签。

（3）、RFID库存盘点系统演示

启动数据库服务。点击桌面的RfidSCS.exe，打开系统。

设置系统风格、读写器IP等。

在货物管理中添加货物，对添加的货物进行编码，并将信息写入标签。

入库和出库操作中，先生成单据、之后添加货物，最后进行入库操作。经过连接设备、开始入库、完成入库等步骤完成入库过程。出库操作和入库操作步骤相同。

盘点操作中，先生成单据、之后添加盘点货物，最后进行盘点操作。经过连接设备、开始盘点、盘点完成和系统调帐等操作完成盘点过程。

七、实验总结

本次实验主要了解了RFID的基本功能和使用方法，看到了科技对于现代物流发展的推动力，最大的感受是创新能推动人类生活的进步。看到学长设计的RFID库存盘点系统，深有体会，能把我们自己学到的知识变成实用的工具，这是我们应该学习的。

对于电子标签的发展有了较清楚的了解，针对电子标签的推广应用，在以后的发展当中，应该想办法降低它的生产成本、提高可靠性和抗干扰性，使得电子标签的使用更加方便快捷。