CN109598164A - 一种基于rfid的智能货架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的智能货架系统，包括货架主体、感知采集设备、数据处理模块、货架管理模块和可视化模块；感知采集设备部署在货架主体上，采集实物的关键信息，并传输给数据处理模块；数据处理模块对采集的数据进行过滤、筛选、加工、整合，得出实物所在的层数和具体区域；货架管理模块用于提供实物盘点等服务；可视化模块用于显示各个区域现有的实物及实物在货架主体中的具体层数和位置。本发明以射频识别自动感知的方式代替了人工记录；通过感知和逻辑判断实现实物区域定位，解决了因摆放无序而产生的查询、盘点、管理困难的问题，提高了货架空间利用率；依靠可视化模块将货架上的实物信息形象具体的展示出来，提升了用户体验。

Description

一种基于RFID的智能货架系统

技术领域

本发明属于智能货架的技术领域，具体涉及一种基于射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)的智能货架系统。

背景技术

货架是提高仓储、物流、商品陈列等现代化生产活动效率的重要工具。随着社会的不断发展，在上述领域中，传统的货架由于视觉特征重复、实物种类繁多、人工作业频繁等因素，影响了生产效率的进一步提高。目前，绝大多数的货架管理模式依然靠操作人员记录信息，费时费力，且容易发生错误，缺乏相应的纠错机制。同时在实际操作中，操作人员为了节约货架空间，存在凭借经验随意摆放实物的现象，造成了实物遗失或者难以找到的情况，非常不利于系统的管理。

RFID技术是一种非接触的自动识别技术。近年来RFID技术发展迅速，在各个领域已经取得了广泛的应用。通过在货架上部署RFID读写器和RFID天线，系统可以自动感知附着标签的任意摆放的实物，读取标签中绑定的信息，并通过逻辑判断确定实物的位置。在仓储物流领域使用RFID技术可以有效代替传统的二维码、条码扫描以及人工记录的方式，减少人工作业带来的劳动强度，降低错误率，提高企业的生产效率。

现有的一些智能货架主要依靠隔板划分货位，在每个货位内部署感应设备，通过RFID等一些识别技术采集货位内的实物信息进行管理。这种方法要先将货架货位规划好，因此只能存放一定形状、体积的实物，对不同种类、规格的实物存放存在困难，同时也降低了货架空间的利用率。所以需要设计一种可以自动盘点货架物品、空间利用率高、方便操作人员灵活摆放不同规格类型实物的智能货架。

发明内容

本发明的目的是针对某些仓储、物流、车间等场景的库存管理、盘点、位置查询、系统管理难，人力物力成本高的问题，提出一种基于RFID的智能货架系统。在上述场景中，通常具有实物种类繁多、数量大、尺寸规格参差不齐、工人随手摆放、错记漏记等缺点，不利于系统的管理，限制了企业的生产效率。现有的智能货架大多将货架整体划分为尺寸较小的单元格，无法满足灵活放置各类不同规格实物、充分利用货架空间的实际需求。本发明结合RFID技术对传统货架进行改造，通过更改RFID天线功率和安装位置来适应不同的货架层高；以射频识别自动感知的方式代替了人工记录；通过感知和逻辑判断实现实物区域定位，从而解决了因摆放无序而产生的查询、盘点、管理困难的问题，提高了货架空间利用率；并依靠可视化模块将货架上的实物信息形象具体的展示出来，提升用户体验。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于RFID的智能货架系统，包括货架主体、感知采集设备、数据处理模块、货架管理模块和可视化模块；货架主体的层高可以根据实物的规格大小调节；感知采集设备包括RFID读写器、集线器、RFID天线和RFID标签；感知采集设备部署在货架主体上，通过RFID读写器感知附着在实物上的RFID标签，采集实物的关键信息，并传输给数据处理模块；数据处理模块包括RFID中间件和实物定位引擎，RFID中间件对采集的数据进行过滤、筛选、加工、整合，实物定位引擎得出实物所在的层数和具体区域；货架管理模块用于提供实物盘点、位置查询、入库管理和配置服务；可视化模块用于显示各个区域现有的实物及实物在货架主体中的具体层数和位置。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的货架主体分为两上下层,每层长2000mm、宽600mm、层高调节范围为250-750mm；货架立柱上设有刻度尺，用于测量货架层高。

上述的感知采集设备包括1台RFID读写器、1台集线器、8个RFID天线和若干RFID标签；每层货架的上方均匀安装4个RFID天线,4个RFID天线的正下方区域和每两个相邻RFID天线的中间区域将货架的每一层划分为7个虚拟的区域。

上述的RFID标签附着于实物上，用于标识实物的关键信息，具体包括实物名称、编码、类别、型号、批次、数量、RFID读写器及RFID天线编号；RFID读写器采用RFID天线轮流读取的方法对货架每层进行扫描；RFID天线及RFID读写器通过调节功率和安装位置来适应不同的货架层高，从而实现RFID信号的全覆盖，并且两层间的信号不会相互干扰。

上述的RFID中间件对感知采集设备采集的数据进行过滤、筛选、加工和整合，具体包括以下步骤：

1)对采集的密文数据进行译码，得出实物的编码；

2)通过删除误读、筛除非注册的标签以及筛除重复数据并记录读取次数完成对采集数据的筛除和处理；

3)匹配得出实物的名称、编码、类别、型号、批次和数量。

上述的实物定位引擎对于货架中任意放置的实物，采用区域定位算法得到实物所在的层数和具体区域。

上述的区域定位算法为采用RFID天线编号和各RFID天线读取次数来确定实物的所在区域，具体包括如下步骤：

1)通过匹配读取物品的RFID天线号，得出该RFID读写器对应的货架层数；

2)筛除读取次数低于设定次数的RFID天线；

3)按照各RFID天线读取次数加权得出实物在每层中最可能的区域，具体公式如下：

式中：pos为实物所在的区域的编号；ID为RFID天线编号；num_ID为编号为ID的RFID天线的读取次数。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用RFID技术和计算机技术，在制造车间、库房仓储、物流转运等场景中，解决了由于货架上不同规格的实物存放的无序性带来的查找困难、盘点困难、管理困难等问题；

2、本发明实体结构简单，易于在普通货架的基础上改造，部署轻便，可以根据货架尺寸、形状的不同灵活配置，以满足不同规格尺寸实物和不同类型货架的使用需求，在车间、医院、商超和大型仓储物流等应用场景中都具有良好的应用前景；

3、本发明采用RFID电子标签技术，替代了传统的纸质标签、二维码或条码扫描方式，节约成本，减少人工记录操作，降低错误率。实物查询高效快捷，能够有效提高企业的生产效率；

4、本发明的可视化模块不仅能够直观的展示检索的实物位置和其他信息，也可以具体的展示特定区域内存放的物品，同时可以方便管理人员合理布置货架上实物摆放的位置、充分利用货架空间，操作简便高效。

5、本发明实现了对货架上的实物感知、位置查询、库存盘点和系统管理的功能，解决了在某些场景中，因货架空间利用率低、实物摆放无序，从而导致货架管理困难、影响生产效率和生产成本的问题，具有很高的推广价值。

附图说明

图1是本发明的总体体系结构图。

图2是本发明数据处理模块中RFID中间件的程序流程图。

图3是本发明虚拟货物的示意图。

图4是本发明数据处理模块中实物定位引擎的程序流程图。

图5是本发明货架管理模块的结构图。

图6是本发明可视化模块的功能结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

参见图1，本发明的一种基于RFID的智能货架系统，包括货架主体、感知采集设备、数据处理模块、货架管理模块和可视化模块。

货架主体的层高可以根据实物的规格大小调节；感知采集设备包括RFID读写器、集线器、RFID天线和RFID标签；感知采集设备部署在货架主体上，通过RFID读写器感知附着在实物上的RFID标签，采集实物的关键信息，并传输给数据处理模块；数据处理模块包括RFID中间件和实物定位引擎，RFID中间件对采集的数据进行过滤、筛选、加工、整合，实物定位引擎得出实物所在的层数和具体区域；货架管理模块用于提供实物盘点、位置查询、入库管理和配置服务；可视化模块用于显示各个区域现有的实物及实物在货架主体中的具体层数和位置。

实施例中，感知采集设备包括1台超高频RFID读写器、1台集线器、8个RFID天线和若干RFID标签。

货架主体分为上下两层，每层长2000mm、宽600mm、层高可根据实物的尺寸规格进行调整，层高调节范围为250-750mm；为了便于测量，货架立柱上设有刻度尺可以直接读取货架层高；货架主体每层的顶部均匀安装4个RFID天线，RFID天线通过集线器与RFID读写器相连。RFID标签附着于实物上，用于标识实物的关键信息，具体包括实物名称、编码、类别、型号、批次、数量、RFID读写器及RFID天线编号。RFID读写器采用4个RFID天线轮流读取的方法对货架每层进行扫描，由于RFID读写器不可避免地存在漏读和误读的现象，为了确保能够读取到可以充分置信的数据，每次感知采集的周期设定为1分钟。同时为了适应货架不同的层高，操作人员通过输入层高，系统可以相应地自动调整RFID天线的功率，使得货架每层实现RFID信号的全覆盖，并且两层间的信号不会相互干扰。

感知采集设备将采集到的实物关键信息以及RFID读写器信息和RFID天线读取数传递给系统的数据处理模块，感知采集设备采集的标签数据包括标签内产品电子代码(Electronic Product Code，EPC)、标签识别号(Tag identifier，TID)和用户数据区三个区域的数据。

数据处理模块通过RFID中间件对数据进行筛选和处理，并通过实物定位引擎计算出实物所在的层数和具体区域。

参见图2，RFID中间件对感知采集设备采集的数据进行过滤、筛选、加工和整合，具体包括以下步骤：

1)对采集的密文数据进行译码，得出实物的编码；

2)通过删除误读、筛除非注册的标签以及筛除重复数据并记录读取次数完成对采集数据的筛除和处理；

3)匹配得出实物的名称、编码、类别、型号、批次和数量。

实物定位引擎采用RFID天线编号和各RFID天线读取次数来确定实物的所在区域。在货架中，每层RFID天线从左至右编号为1-4，并将每层划分为虚拟的7个区域，即4个RFID天线的正下方区域和每两个相邻RFID天线的中间区域，具体如图3所示。

参见图4，实物定位引擎采用区域定位算法得到实物所在的层数和具体区域，具体包括如下步骤：

1)通过匹配读取物品的RFID天线号，得出该RFID读写器对应的货架层数；

2)筛除读取次数低于设定次数的RFID天线，一般将次数低于5的排除，如果所有RFID天线读取次数都低于10则不进行这一步骤；

3)按照各RFID天线读取次数加权得出实物在每层中最可能的区域，具体公式如下：

式中：pos为实物所在的区域的编号；ID为RFID天线编号；num_ID为编号为ID的RFID天线的读取次数。

货架管理模块和可视化模块基于数据处理模块传递的数据，为货架管理人员提供实物盘点、位置查询、入库管理和配置服务，并可以通过可视化的手段显示各个区域现有的实物信息以及实物在货架的具体层数和位置。

货架管理模块是在感知采集模块和数据处理模块的基础上，通过显示所有实物的物品信息和所在位置，方便货架的管理人员盘点所有的实物、查询出入库信息、找寻实物当前位置。

参见图5，货架管理模块包括RFID标签管理、物料与标签绑定、RFID读写器配置与管理三个配置服务和实物信息盘点、库存管理、实物位置查询、入库信息查询、空位推荐五个货架服务。配置服务主要用于注册和绑定现有的标签和实物，并可以配置RFID读写器参数设置RFID读写器编号对应的层数。货架服务则体现管理功能，为货架的管理人员提供盘点所有的实物、查询出入库信息、找寻当前位置、合理化实物布局的功能。

可视化模块是基于感知采集模块和数据处理模块，通过建立货架模型，在可视化界面显示实物在货架的具体层数和位置，并可以监控货架上每一层各个区域现有的实物情况，帮助管理人员合理布置货架。

参见图6，可视化模块工作过程为：启动可视化模块，系统将对货架进行初始化。在可视化模块内点击开始扫描，RFID系统开始采集数据，数据处理模块将采集到的数据进行处理。到达设定的数据显示时间后，判定存放实物的货位控件将会变成高亮，同时将在列表中显示货架中存放的所有实物信息。点击高亮货位，列表将切换为当前货位中的实物信息；点选列表中的实物条目，其对应的货位控件将会闪烁。可视化模块能够将抽象的文字、数字信息转化为简单形象的图形显示出来，能够帮助用户清晰直观的使用智能货架系统。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：包括货架主体、感知采集设备、数据处理模块、货架管理模块和可视化模块；所述货架主体的层高可以根据实物的规格大小调节；所述感知采集设备包括RFID读写器、集线器、RFID天线和RFID标签；所述感知采集设备部署在货架主体上，通过所述RFID读写器感知附着在实物上的RFID标签，采集实物的关键信息，并传输给数据处理模块；所述数据处理模块包括RFID中间件和实物定位引擎，所述RFID中间件对采集的数据进行过滤、筛选、加工、整合，所述实物定位引擎得出实物所在的层数和具体区域；所述货架管理模块用于提供实物盘点、位置查询、入库管理和配置服务；所述可视化模块用于显示各个区域现有的实物及实物在货架主体中的具体层数和位置。

2.根据权利要求1所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述货架主体分为两上下层,每层长2000mm、宽600mm、层高调节范围为250-750mm；货架立柱上设有刻度尺，用于测量货架层高。

3.根据权利要求2所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述感知采集设备包括1台RFID读写器、1台集线器、8个RFID天线和若干RFID标签；每层货架的上方均匀安装4个RFID天线,4个RFID天线的正下方区域和每两个相邻RFID天线的中间区域将货架的每一层划分为7个虚拟的区域。

4.根据权利要求1所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述RFID标签附着于实物上，用于标识实物的关键信息，具体包括实物名称、编码、类别、型号、批次、数量、RFID读写器及RFID天线编号；所述RFID读写器采用RFID天线轮流读取的方法对货架每层进行扫描；所述RFID天线及RFID读写器通过调节功率和安装位置来适应不同的货架层高，从而实现RFID信号的全覆盖，并且两层间的信号不会相互干扰。

5.根据权利要求1所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述RFID中间件对感知采集设备采集的数据进行过滤、筛选、加工和整合，具体包括以下步骤：

1)对采集的密文数据进行译码，得出实物的编码；

2)通过删除误读、筛除非注册的标签以及筛除重复数据并记录读取次数完成对采集数据的筛除和处理；

3)匹配得出实物的名称、编码、类别、型号、批次和数量。

6.根据权利要求1所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述实物定位引擎对于货架中任意放置的实物，采用区域定位算法得到实物所在的层数和具体区域。

7.根据权利要求6所述一种基于RFID的智能货架系统，其特征在于：所述区域定位算法为采用RFID天线编号和各RFID天线读取次数来确定实物的所在区域，具体包括如下步骤：

1)通过匹配读取物品的RFID天线号，得出该RFID读写器对应的货架层数；

2)筛除读取次数低于设定次数的RFID天线；

3)按照各RFID天线读取次数加权得出实物在每层中最可能的区域，具体公式如下：

式中：pos为实物所在的区域的编号；ID为RFID天线编号；num_ID为编号为ID的RFID天线的读取次数。