基于RFID技術(shù)的庫(kù)存管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

庫(kù)存管理系統(tǒng)現(xiàn)在依靠無(wú)源RFID技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別。對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用RFID的投資回報(bào)是可接受的。這些系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r(shí)捕獲到全部在 場(chǎng)庫(kù)存產(chǎn)品的信息，這就要求RFID系統(tǒng)必須能夠百分百地讀取所有被貼以標(biāo)簽的物品。RFID系統(tǒng)的讀取能力是涉及到許多變量的一個(gè)函數(shù)，這些變量包括： 標(biāo)簽大小、方向、放置方式，以及查詢器天線（IA）設(shè)計(jì)。不幸的是，對(duì)所有單天線設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都存在讀不到標(biāo)簽的“黑洞”。通過(guò)分析并確認(rèn)這些黑洞，業(yè)界已開(kāi) 發(fā)出一種方法，即利用對(duì)ISO 15693/ISO 18000-3（13.56-MHz）物品等級(jí)系統(tǒng)的多樣性來(lái)實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取能力。

諸如智能卡車/貨柜等高頻（HF）RFID系統(tǒng)在該領(lǐng)域發(fā)揮著作用，很多制造商和方案供應(yīng)商都提供此類產(chǎn)品。這些并不昂貴的系統(tǒng)采用無(wú)源RFID標(biāo)簽 （大量生產(chǎn)時(shí)單價(jià)不到25美分），這項(xiàng)技術(shù)在跟蹤臨床高價(jià)值物品時(shí)具有巨大潛力，其中一些物品有一定的保質(zhì)期。例如，在醫(yī)院的心導(dǎo)管實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)有的儲(chǔ)物 柜內(nèi)，可能會(huì)存放著250多個(gè)支架，總價(jià)值估計(jì)達(dá)37.5萬(wàn)美元。取決于醫(yī)院規(guī)模，有可能會(huì)使用四個(gè)這樣的儲(chǔ)物柜，其內(nèi)的物品每4個(gè)月要被消耗掉，相當(dāng)于 這樣一個(gè)儲(chǔ)物柜每年“經(jīng)手”的物品價(jià)值高達(dá)1.125百萬(wàn)美元。植入式心臟去纖顫器（ICD）也是醫(yī)院內(nèi)的高價(jià)值物品。它們體積?。ú捎眉s3×4×6英寸 的包裝），但是價(jià)值卻在10，000至20，000美元。它們通常儲(chǔ)存在諸如加鎖儲(chǔ)物柜等安全空間。在此類應(yīng)用中，使用RFID可以降低因某些物品備貨不 足或過(guò)量而導(dǎo)致的成本損失，并且可以更好地掌控這些貴重物品的下落。

一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)包括一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)和多個(gè)RF組件（圖 1）。RF組件包括一個(gè)射頻查詢器（讀寫器和天線）以及標(biāo)簽。查詢器的目的是與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)簽通信，對(duì)無(wú)源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，查詢器還通過(guò)發(fā)射的RF信號(hào)給標(biāo)簽供電。查 詢器負(fù)責(zé)協(xié)議處理、給標(biāo)簽供電、讀取標(biāo)簽信息、將信息寫入標(biāo)簽，并確保將信息有效傳遞到主機(jī)系統(tǒng)。

ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：只 有當(dāng)“置身”于射頻場(chǎng)時(shí)，無(wú)源標(biāo)簽才被激活。為激活無(wú)源標(biāo)簽，由射頻場(chǎng)感應(yīng)來(lái)的電壓（VTag）必須足夠高，要達(dá)到嵌入在標(biāo)簽內(nèi)的RFID芯片工作所需的 最低電壓水平。VTag 值是標(biāo)簽尺寸/方向與磁場(chǎng)強(qiáng)度幅值的函數(shù)，對(duì)一個(gè)理想環(huán)路來(lái)說(shuō)，VTag 可以表述為：

VTag = 2πf0NQB（Scosa） （1）

其中：

N=標(biāo)簽線圈的繞組數(shù)，

Q = 標(biāo)簽的質(zhì)量因數(shù)，

B=磁場(chǎng)強(qiáng)度，

S =標(biāo)簽線圈的面積，

a = 標(biāo)簽的指向角

圖1：一個(gè)基本的RFID系統(tǒng)包括一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)和多個(gè)RF組件

磁場(chǎng)強(qiáng)度（B）由圓形查詢器天線（IA）產(chǎn)生，可由式2表述：

B = （μ0INa2）/2r3 （2）

其中：

I = IA線圈電流，

N = IA線圈繞組數(shù)，

a = IA線圈半徑，

μ0 =無(wú)礙空間的磁導(dǎo)率，

r = 到IA的距離。

從這些方程，我們可以推導(dǎo)出標(biāo)簽大小和方向之間，以及與沿IA軸線感應(yīng)出的場(chǎng)強(qiáng)之間的關(guān)系。當(dāng)標(biāo)簽和查詢器接近時(shí)，雖然借助兩者間復(fù)雜的反應(yīng)式近場(chǎng)關(guān) 系，其耦合關(guān)聯(lián)得以建立，但是只能被上述等式勉強(qiáng)表述，特別是當(dāng)r 《《 a且偏離查詢器的軸線時(shí)，其耦合關(guān)系難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在實(shí)際的物件級(jí)應(yīng)用中，標(biāo)簽通常是靠近查詢器天線的，所以基于這個(gè)原因，選擇并不完全依賴這些預(yù)測(cè)。

圖2：本次研究中使用的最小的RFID標(biāo)簽，只有硬幣大小

該機(jī)制對(duì)理解射頻黑洞很關(guān)鍵，它既與IA和標(biāo)簽的設(shè)計(jì)相關(guān)，也受兩者間交互的影響。HF標(biāo)簽有多種設(shè)計(jì)和尺寸，通常分為兩大類：平面和三維（3D）設(shè) 計(jì)。平面標(biāo)簽是較常見(jiàn)的那種薄紙載體型，而三維標(biāo)簽內(nèi)含鐵氧體且體積小得多。這項(xiàng)研究中使用的標(biāo)簽都是平面型。由于性能是標(biāo)簽和IA的函數(shù)，所以這里探討 了三種不同大小的常用標(biāo)簽的功能，其中圖2所示標(biāo)簽尺寸最小，圖3為兩種不同尺寸且設(shè)計(jì)截然不同的IA。對(duì)在感應(yīng)場(chǎng)內(nèi)只有一個(gè)標(biāo)簽和多個(gè)標(biāo)簽的情況，對(duì)讀 寫器的反應(yīng)做了記錄。對(duì)在感應(yīng)場(chǎng)內(nèi)通常會(huì)有許多產(chǎn)品挨著擺放的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，這種做法頗有代表性。這些測(cè)量的目的，是力圖勾畫出一個(gè)可代表實(shí)際系統(tǒng)的 三維空間，并定位出任何存在的RF黑洞。