倉(cāng)儲(chǔ)電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0 引 言

在射頻識(shí)別技術(shù) [1]（Radio Frequency Identifi cation，RFID） 的發(fā)展推動(dòng)下， 電子貨架標(biāo)簽（Electronic Shelf Label，ESL）一經(jīng)出現(xiàn)就備受物流倉(cāng)儲(chǔ)零售業(yè)的關(guān)注。相比較傳統(tǒng)的紙質(zhì)標(biāo)簽，ESL 具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì) [2-3] ：

 （1）數(shù)據(jù)更新及時(shí)，ESL 可根據(jù)后臺(tái)指令實(shí)時(shí)更新顯示數(shù)據(jù)，具有準(zhǔn)確快速、靈活高效的特點(diǎn) ；

（2）節(jié)約管理成本，采用 ESL 解決方案后，可免去頻繁更新標(biāo)簽數(shù)據(jù)的人工操作，進(jìn)一步節(jié)約人力資源、降低人為損耗 ；

（3）綠色節(jié)能環(huán)保，由于取代了紙頁(yè)式標(biāo)簽，每年可為國(guó)家節(jié)約大量的森林資源與購(gòu)買紙張的成本。

ESL 電子貨架標(biāo)簽通常由顯示單元、控制單元、數(shù)據(jù)通信單元、存儲(chǔ)單元以及電源組成，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

顯示單元主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示，一般由 TN 液晶屏或電子紙實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所選數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)通信單元可采用NFC，WiFi，藍(lán)牙，ZigBee，RFID 等技術(shù)實(shí)現(xiàn) [4-9]。

控制單元主要負(fù)責(zé)控制通信單元的數(shù)據(jù)收發(fā)并驅(qū)動(dòng)顯示單元的數(shù)據(jù)更新，一般由單片機(jī)或微控制器實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元主要用于存儲(chǔ)控制程序與顯示數(shù)據(jù)，一般由非易失性存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。

作為有源電子標(biāo)簽，ESL 一般采用獨(dú)立電源供電，根據(jù)系統(tǒng)功耗可選擇鋰電池或紐扣電池作為系統(tǒng)電源。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

倉(cāng)儲(chǔ)電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)硬件主要由 ESL 服務(wù)器、工作終端、手持式移動(dòng)終端、ESL 標(biāo)簽讀寫器、ESL 電子貨架標(biāo)簽組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

工作終端主要負(fù)責(zé)如下工作 ：

（1）設(shè)置與控制 ESL 標(biāo)簽讀寫器 ；

（2）運(yùn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理程序并提供系統(tǒng)與用戶交互界面。

手持式移動(dòng)終端主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)環(huán)境下對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)管理對(duì)象的管理功能，如裝備物資上下架、盤庫(kù)、移庫(kù)等操作。ESL 服務(wù)器上安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。ESL 標(biāo)簽讀寫器根據(jù)用戶需求接收工作終端的響應(yīng)指令，更新 ESL 電子貨架標(biāo)簽的顯示內(nèi)容。整個(gè)系統(tǒng)基于 IP 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 ：ESL 標(biāo)簽讀寫器、工作終端、ESL 服務(wù)器均采用有線連接，手持式移動(dòng)終端采用 WiFi 連接。

1.2 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件以 B/S 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。倉(cāng)儲(chǔ)電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)由Web 應(yīng)用管理服務(wù)程序、ESL 標(biāo)簽讀寫程序、移動(dòng)管理程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)組成。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

Web 應(yīng)用管理服務(wù)程序主要實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo) ：

（1）庫(kù)房、裝備物資、查詢統(tǒng)計(jì)等與倉(cāng)儲(chǔ)操作相關(guān)的管理功能 ；

（2）標(biāo)簽讀寫器設(shè)置與控制。

ESL 標(biāo)簽讀寫程序主要實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo) ：

（1）接收管理服務(wù)程序的控制指令，設(shè)置自身工作狀態(tài) ；

（2）更新 ESL 電子標(biāo)簽中的顯示內(nèi)容。移動(dòng)管理程序、ESL 標(biāo)簽讀寫程序通過 Web Service 與主程序交互。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

倉(cāng)儲(chǔ)電子貨架系統(tǒng)采用 Visual Studio 2008[10] 開發(fā)，開發(fā)語言為 C#，數(shù)據(jù)庫(kù)選用 SQL Server 2008 RTM。

2.1 ESL 標(biāo)簽讀寫程序

本系統(tǒng)中，系統(tǒng)為每個(gè)庫(kù)房配置三臺(tái) ESL 標(biāo)簽讀寫器并為每層貨架配置一枚 ESL 電子貨架標(biāo)簽。每枚貨架標(biāo)簽擁有唯一的 8 位十六進(jìn)制 ID，用于進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)。在使用中，標(biāo)簽讀寫器通過該 ID 標(biāo)識(shí)查詢 ESL 貨架標(biāo)簽并更新其數(shù)據(jù)顯示 ：標(biāo)簽讀寫器首先廣播貨架標(biāo)簽 ID，貨架標(biāo)簽接收到廣播指令后，會(huì)檢測(cè)廣播 ID 與自身 ID 標(biāo)識(shí)是否一致。如標(biāo)簽ID 匹配，則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)并更新數(shù)據(jù)顯示 ；如不匹配則簡(jiǎn)單地拋棄處理。本系統(tǒng)標(biāo)簽讀寫器與 ESL 貨架標(biāo)簽分別選用富士康 CMC191[11] 與 CMC3703[12]。

CMC191 標(biāo)簽讀寫器開發(fā)過程如下 ：

（1）根據(jù)預(yù)先設(shè)置的工作參數(shù)連接標(biāo)簽讀寫器，若連接成功，則向讀寫器發(fā)送控制指令，同時(shí)，在命令的回調(diào)函數(shù)中實(shí)現(xiàn)貨架標(biāo)簽數(shù)據(jù)的更新操作 ；

（2）關(guān)閉標(biāo)簽讀寫器。

開發(fā)流程如圖 4 所示。

ESL 貨架標(biāo)簽顯示內(nèi)容動(dòng)態(tài)更新過程如下 ：

（1）當(dāng)裝備物資上下架后，系統(tǒng)首先根據(jù)貨架標(biāo)簽 ID計(jì)算出該層貨架存放的物品名稱與數(shù)量 ；

（2）利用 .NET GDI+ 動(dòng)態(tài)繪制一張表格，并將表格保存為 bmp 格式的文件 ； （3）連接 CMC191 讀寫器并發(fā)送 Update 命令，更新此貨架標(biāo)簽 ID 號(hào)的顯示，顯示內(nèi)容即為剛剛生成的 bmp 文件。

操作 CMC191 標(biāo)簽讀寫器的主要實(shí)現(xiàn)代碼如下 ：

2.2 移動(dòng)管理程序

手持移動(dòng)端主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)環(huán)境下的倉(cāng)儲(chǔ)管理操作，如裝備物資的上下架、庫(kù)存盤點(diǎn)等作業(yè)。本系統(tǒng)手持終端選用富士康 CMC165C。CMC165 采用微軟的 WinCE 6.0 嵌入式操作系統(tǒng)，支持 RFID 與 2D 條碼功能。裝備物資上架過程如下。

（1）將裝備上架并碼放整齊。

（2）通過 CMC165C 讀取調(diào)撥單。

（3）掃描 PCB 貨柜標(biāo)識(shí)，并依次掃描上架裝備的 RFID標(biāo)簽。

（4）提交系統(tǒng)驗(yàn)證，如果 CMC165 掃描到的上架裝備與調(diào)撥單不一致，系統(tǒng)給予相應(yīng)提示，上架操作失敗 ；如果核對(duì)一致，系統(tǒng)則根據(jù)操作立即更新貨架標(biāo)簽顯示內(nèi)容。

CMC165C 的開發(fā)過程與 Windows 桌面應(yīng)用開發(fā)過程并沒有太大區(qū)別 ：在 Visual Studio 2008 上編寫相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，然后將編譯好的程序通過 ActiveSync 下載到 CMC165C 上執(zhí)行即可。ActiveSync 是微軟提供的用于上位機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間同步程序與數(shù)據(jù)的開發(fā)工具。

CMC165C 的 RFID 功能開發(fā)流程如下 ：

（1）指定 RFID 讀寫器的串口端口號(hào) ；

（2）連接并打開讀寫器 ；

（3）執(zhí)行讀、寫、尋卡等操作，并在對(duì)應(yīng)操作的回調(diào)函數(shù)中添加需要處理的業(yè)務(wù)邏輯代碼 ；

（4）關(guān)閉讀寫器。

3 結(jié) 語

倉(cāng)儲(chǔ)電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)將 ESL 電子貨架標(biāo)簽引入傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，在降低人力開銷的基礎(chǔ)上，有效提高了倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的準(zhǔn)確性與快捷性。目前，ESL 電子貨架標(biāo)簽已成功地應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)物流、零售超市、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。