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数据采集/无线通讯 |
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可移动超高频RFID |
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作者：深圳市先施科技股份有限公司 倪荣生 来源：MM《现代制造》 |
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可移动UHF RFID系统为物流管理RFID应用提供了更大的发展空间，满足了对物品全过程的信息采集和记录的要求，已经成为自动识别技术发展的新热点。实现UHF RFID系统可移动，面临着系统的定位、移动状态下的通信、电源供给和耐受户外运输环境四大技术挑战。超高频移动RFID系统分为车载和手持二种基本形式，满足了不同使用的场合以及不同的识别距离需要。
要对行驶中的车辆、传送带上的行李或者流水线上的产品进行自动识别，要求在不影响货物移动和行驶的条件下，让标识物处于自由流的状况下非接触地进行。识别装置必须与被识别物有数米或更远的距离。远距离自动识别是物流、生产自动化、供应链管理和交通管理等车辆行业进行数据自动采集，建立网络化管理信息平台的必要手段。
一般高频或低频自动识别技术的有效距离只有数厘米。超高频无源自动识别技术可达到数米，能一次性读取多个标签、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大，标签线路易于集成化，成本低，体积小，使用方便，可靠性和寿命高，耐受户外恶劣环境，成功地解决了对车辆或物品识别既要低成本，又要在生产、存储、运输、销售和消费的复杂状况下，解决精确识别和信息采集的难题，是投入少，准确度高，管理面广的最佳方案。随着国际标准的确立，各国政府和大型企业的推广使用，远距离超高频RFID技术在物流管理中应用已成为不可阻挡的趋势，进入高速成长期。
图1 工厂物流过程的RFID技术应用
物流信息采集
传统的RFID技术要求事先规定货物移动的途径或车辆行驶信息采集地点，如装卸区出入口，或是车辆必经的关键路口等，然后把RFID读写器安装在这些地点。这样，信息采集严重依赖物流或车流路线的可预测性，很难在每个要求的RFID访问点或接入点都安置一个固定阅读器，无法了解到各种物品在供应链中从离开原料厂到被运送到商场货架或转运区的全过程。可移动RFID读写系统将物流信息采集扩展至装卸区域之外，帮助客户提高供应链中资产的可视度，加快产品在供应链中间环节的转移和交接速度。
在物流管理过程中，需要人工对某个车辆或某批特定的货物进行稽查。这种稽查的时间和地点是不确定的，必须使用车载或手持式的可移动UHF RFID系统。稽查人员可以随时随地得到附有RFID标签的产品的信息及相关身份认证。
随着互联网、无线通信技术及移动设备的发展，可移动UHF RFID系统为物流管理RFID应用提供了更大的发展空间，满足RFID“无处不在”的要求。采用移动RFID技术有下列优点：增加RFID设备使用率，降低设备采购开支，提高应用RFID技术的投资回报；满足交通、物流和供应链管理中对信息采集地点多变的要求，适应物流管理应用变化的需要，加强系统设计的弹性、可扩展性和可视度；以一个可移动设备代替多个固定设备，提高了设备使用率；在减少固定RFID设备数量的同时，也减少了运营过程所需的人力；满足人工监控、稽查、查询和提供移动支付服务的需要。
图2 高容量枪柄电池
技术挑战
UHF RFID设备通过与移动计算和无线通信设备相结合，构建成移动UHF RFID系统。要做到方便“移动”，能够“随处读”和“随处写”，与固定式UHF RFID系统相比，面临着四大技术挑战。需要解决下列技术关键主要有：系统的定位、移动状态下的通信、电源供给和耐受户外运动环境。
1.移动UHF RFID系统的定位
一个物流系统需要采集的信息主要是：物品本身的特征信息和信息采集时间以及当时的空间位置。物品本身的特征信息可存在电子标签中，通过RFID系统读出标识物的电子标签的惟一识别号（ID）和数据区的数据，就可以获得其特征信息。
物品的时空信息是：物品识别时RFID系统的即时位置和识别时间。可移动设备的位置是变化的，可移动系统的定位及和应用系统服务器的时间同步是一个重要的要求。可移动UHF RFID系统定位可以使用下列几种办法：GPS即全球卫星定位系统，实现了全球、全天候、连续、实时的高精度定位。在可移动UHF RFID系统中安装一个GPS信号接收模块，就可以获得定位信息和时间信息，精度在数米以内。此技术用于采集交通信息的车载可移动UHF RFID系统及其他户外应用系统；仓库或生产管理等室内应用的可移动UHF RFID系统有可能收不到GPS信号，且定位的精度不一定能满足精确到每个货架每个货位的要求。比较好的办法是用电子标签定位。只要在地面和货架的不同位置贴上定位标签，利用移动RFID设备读到定位标签，就可以得知任何时刻所处的位置和前进的方向，从而控制叉车或其他车辆操作。
2.移动RFID终端与系统的通信
可移动UHF RFID系统构成无处不在的RFID网络的关键，是用无线通信技术实现在移动条件下进行数据通信。移动RFID终端增加无线功能会面临成本、复杂性、功耗和尺寸的挑战，使设计更复杂。工程师需要根据通信范围、通信频段兼容性、天线的位置、设备的接口、数据传输率等要求，选用技术成熟，满足通信距离要求，功耗小的通信模块组合到移动UHF RFID设备中去。
如果系统的服务器与移动UHF RFID采集终端距离在数十米以内，可采用短距离无线通信技术。主流的技术方案有：高速WPAN技术；UBW高速无线通信技术，包括MB-OFDM、DS-UWB；Wireless USB技术。此外，还有低速WPAN技术和Zigbee等。移动UHF RFID采集的数据量不大，无需使用很高的数据速离带宽。省电、通信可靠、体积和成本是首要考虑的问题，在几种方案中Zigbee是较好的选择。
如果要建立跨地区跨城市大型移动RFID服务系统，需要在较大范围内建立一个通信网络。价格合理、性能可靠的公用网（如GSM系统的短消息服务）成为最佳的选择。每条GSM短消息可传140或160个Byte。可移动UHF RFID系统发送的信息，包括ID号、标签存储的数据、时间、经度、纬度等信息在内不超过一条短消息的长度，非常适合移动RFID系统报告信息应用。
图3 手推车式UHF RFID读写器
3.高效的电源管理措施
可移动UHF RFID系统，特别是手持式RFID读写器，要求体积小、重量轻、携带和使用方便，在有限电池容量的情况下有尽可能长的待机时间和工作时间。降低便携式设备的功耗，有效地激活/待机状态转换以及系统的电源管理，成为电路设计最重要的考虑的因素。
可移动UHF RFID系统的电源管理措施主要有：减少待机时的电源消耗，待机时关闭所有不必要的电路，需要选择具有休眠模式和低占空比工作的芯片或模块和协议，以最大限度延长电池寿命；有需要才让设备进入工作状态，例如安装识别对象检测器，检测到识别对象到达后才自动开机，离开后自动关机；改进耗电量高的关键电路的设计，降低如高功率发射电路，背光显示屏等电路的耗电。选用高效率的发射功率放大器，降低发射支路的损耗。根据作用距离的要求，选择和设置合适的功率放大电路。
4.移动RFID系统结构
移动RFID系统在机械安装、结构强度、外壳密封等方面适应车载和手持的要求，结构强度要求耐受运输振动、跌落冲击、耐受工作和存储环境温度和湿度，耐日晒雨淋等要求。制作移动RFID系统的塑料外壳和部件，应采用优质ABS工程塑料，所有金属部件应选用不锈材料或做较好的防锈处理。较重部件的固定螺钉都要采取防松脱措施。
影响设备外形和机械结构的一个重要部件是天线。天线应做到体积小、重量轻，结构支撑和尺寸要考虑到车载和手持的结构要求，这对于超高频天线设计有很大的难度。另外，还要考虑在物流过程中，包装箱放置的方向是不固定的。为了保证在任何方向上，都能读到电子标签，物流应用的车载RFID设备一般使用园极化天线。在叉车或集装箱起重吊车这样一些特种车辆中，允许安装天线的位置是非常有限的，货物与天线发生擦碰的可能性很大，结构强度要求高，必须非常坚固和轻薄。一般选择强度大、厚度小、容易安装的园极化微带天线。
对手持式读写器，体积小巧，重量轻是重要的要求。天线一般选用折叠的偶极子天线。也有厂家为提高天线增益，增大作用距离，选用以高介电常数材料为介质的微带天线，但尺寸要比前者大。
图4 深圳市先施科技的S1853
可移动UHF RFID系统
超高频移动RFID系统因使用的场合不同，要求的识别距离不同，分为车载和手持两种基本形式。
1.车载式超高频移动RFID系统
车载式超高频移动RFID系统集成了UHF RFID读写模块、移动天线、无线通信设备、移动式工业级计算机等设备，用于车辆交通、集装箱、仓储物资和生产物资管理等不同场合，安装在汽车、叉车、平板式起重机、集装箱吊装机、小型手推车等各类车辆上。
由于安装的车辆类型不同，天线安装位置不同，外形结构不同，车载式超高频移动RFID系统有多种形式。使用时随时随地安置在道路旁，集装箱堆场、仓库或车间，远距离对车辆、集装箱或物资等进行识别和信息采集。车载式超高频移动RFID系统装载在车辆上，对抗冲击、振动、耐受极端的温度环境、耐受风霜雨雪等方面有较严格的要求。由于车辆结构的限制，选择合适的天线形式和安装位置，在保证天线性能的同时，不影响车辆的作业也是需要认真考虑的问题。
配合烟草行业推广普及RFID应用，先施科技推出了“叉车读写器”和“手推车读写器”，成为烟草行业RFID应用非常重要的设备。
2.手持式超高频RFID读写器
手持式读写器要求体积小巧，重量轻，方便灵活，由掌上电脑（PDA）、读写器模块、微型化天线和电池等组成，管理人员可随身携带，随时随地对人员、车辆或仓储物资进行识别或稽查，也可以用于与电子支付有关的移动商务活动。
为了使产品体积小，质量轻，使用方便，很多公司将RFID模块与计算控制设备集成在一起，成为一体化的设备。深圳市先施科技有限公司的S1853工业级超高频手持式读写器，集成了条形码扫描识别功能，可读一维或二维条形码（可选）。便携性和易用性相结合，在国内外受到好评。
可以随处随时读写的可移动超高频RFID读写系统，已受到越来越多的关注，在物流领域的仓储、码头、机场、运输过程中发挥了重大的作用，已成为RFID大家庭中重要的一类，有着巨大的需求，市场规模有可能超过固定式读写器。我国和世界各国著名RFID企业都投入了大量资金，进行各种移动RFID系统的开发，已经成为自动识别技术发展的新热点。(end)
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(9/21/2008) |
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