南通富士通微電子股份有限公司 夏 鑫 董 旺

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超高頻RFID在工業(yè)4.0中的應用

南通富士通微電子股份有限公司 夏 鑫 董 旺

【摘要】超高頻RFID技術在人員管理方面正逐步顯現(xiàn)優(yōu)勢，并具有廣闊的前景，我們經(jīng)過大量的實驗和不斷的努力，分析了在工業(yè)場所內(nèi)利用UHF進行員工管理的實際應用情況及其影響，對不同標簽在此領域的使用進行了比較，提出了以標簽作為載體，數(shù)據(jù)庫支持的定位模式，將員工信息記錄在EPC存儲器，通過在不同位置讀到的EPC信息對員工進行定位，這里我們對定位系統(tǒng)的原理、功能和使用進行論述。

【關鍵詞】RFID；標簽；定位系統(tǒng)

引言

“工業(yè)4.0”描繪了制造業(yè)的未來愿景，提出繼蒸汽機的應用、規(guī)?；a(chǎn)和電子信息技術等三次工業(yè)革命后，人類將迎來以信息物理融合系統(tǒng)(CPS)為基礎，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命。我們利用射頻識別技術是在工業(yè)4.0中的一次突破性嘗試，不同于展會和圖書管理系統(tǒng)的空曠的空間，工業(yè)場所內(nèi)的情況要復雜的多，超高頻RFID技術在此領域的應用所具有的優(yōu)勢和存在的不足是本文主要探討和分析的內(nèi)容。

1 UHF標簽的選擇

RFID系統(tǒng)的硬件部分主要有讀寫器和標簽組成，每個讀寫器可配有4個天線。經(jīng)過不斷的實驗發(fā)現(xiàn)，超高頻標簽對周圍環(huán)境有一定的要求，水分和金屬對標簽的讀寫效果影響很大，對于我們需要的將標簽佩戴在身上而言，這是一大障礙。通過努力，我們發(fā)現(xiàn)有一種近液體標簽可以解決目前所面臨的困難，為后續(xù)工作的開展打好基礎。在模擬實際環(huán)境的情況下，通過試驗得知標簽的讀距在4-5米左右，標簽大小為100mm*25mm，符合工程的范圍和使用要求。根據(jù)EPC Gen2規(guī)則，將EPC長度設為24位并與員工的工號一一對應，并利用數(shù)據(jù)庫寫入員工信息，如姓名、性別、部門等。如果有新的員工信息的變動，可以很方便的通過直接對標簽內(nèi)容修改達到更新員工信息的效果。

2 天線安裝的方向和順序

經(jīng)過我們對示范工程場地的勘察，總共有兩個通道，分別在一樓和三樓，一樓通道寬1.2米，三樓通道寬3.5米，兩個通道都是車間的出入口。為了不影響三樓通道的整體外觀，我們研究決定將天線安裝在天花板上方，兩個讀寫器各自配有4個12DBI的天線，朝向相對安裝，即一組面向南，一組面向北，兩組天線很好的提高了閱讀的準確率和及時性。一樓由于空間較小，我們選用一個讀寫器加4個8DBI的天線，分為兩組，兩個方向，一組面向門外一組面向門里，所有的饋線都是3米長，即不影響讀距也不影響美觀。因為要考慮上層軟件的寫入，對于安裝好的天線方式，我們有兩種邏輯判斷方式可供選擇。

2.1 方向性

根據(jù)公司提出的要求和我們對讀距的考慮，這里的方向性表明每組不同天線的閱讀是代表明確的方向的，如果在天線正面朝向的那一端有讀到標簽信息我們就認為員工是從天線面向的方向往天線背面方向走來，大通道的兩組天線剛好對應通道兩個方向，能準確判定員工經(jīng)過天線后還是否在車間內(nèi)。但在天線安裝好之后，經(jīng)過多次實驗，由于工廠環(huán)境原因，天線發(fā)射的波經(jīng)過墻壁反射后，讀距比實驗的要遠，所以會出現(xiàn)干擾的情況。如果兩組天線有同時讀到同一個標簽，就不好再判斷該員工是從哪一個方向走來，基于這種考慮，還要注意員工標簽的佩戴方式，最好是保證只能一個方向讀到，這樣準確率更高。

2.2 順序性

除了通過區(qū)別天線方向的方法來確定人員運動方向外，也可以不區(qū)分天線安裝的方向性，只需將每組天線各自看成一個整體，即同兩點確定一條直線的原理相類似，兩組天線安裝在一條直線上，當有員工先后經(jīng)過兩組讀寫器，通過讀到的順序可確定其運動方向。因為小通道里相對的兩組天線距離較近，會出現(xiàn)先后讀到的情況，這種方法在一樓的小通道里使用可解決這一難題。

3 系統(tǒng)架構與接口

3.1 系統(tǒng)軟硬件環(huán)境

軟件上我們使用Windows Server 2012R2操作系統(tǒng)，.NET環(huán)境，C#語言開發(fā)，SQL SERVER 2014數(shù)據(jù)庫，整個系統(tǒng)包括以下組成部分：

(1)基于B/S架構，IIS搭建，WEB形式的信息管理系統(tǒng)，負責人員信息的維護、讀卡器日志查詢及日、月報表數(shù)據(jù)的查詢與導出下載。

(2)WinForm環(huán)境的讀卡器讀取、分析程序。

WinForm環(huán)境的總控制臺程序，負責各讀卡器分析程序的啟動與控制、每日、每月報表數(shù)據(jù)的自動計算。

3.2 系統(tǒng)架構設計原理

考慮到數(shù)據(jù)的并發(fā)及實時性需求，軟件工作過程中，天線的讀取數(shù)據(jù)全部在內(nèi)存中進行計算、判斷，僅在員工完成進入或離開的動作后才觸發(fā)數(shù)據(jù)庫的存儲，最大限度的減少磁盤IO讀取對程序性能的影響。

程序中大量使用多線程并發(fā)處理技術，盡可能提高處理速度，提升服務器的工作效率。當公司內(nèi)部人員向知道相關員工此刻是否在車間內(nèi)時，只需通過接口向系統(tǒng)發(fā)送想要了解的員工的工號，我們就會將此員工的近段信息反饋給他們，很好的將此系統(tǒng)與公司內(nèi)部向連接，使得公司內(nèi)部的部分活動的展開更加方便快捷。

4 使用說明

為了便于內(nèi)部人員方便的了解員工或者自己的運動狀態(tài)是否正確，我們在網(wǎng)頁上可以看到所有人員的信息，并為需要的人員配備不同登錄賬號，根據(jù)職位需要選擇不同的管理權限，只針對自己或下屬的信息進行確認，當職位發(fā)生變動時，可及時的對權限進行修改，我們可將此項工作交給公司內(nèi)部人員來處理。另外，每日會自動生成報表可供參考，到每月底時會生成月報表，總結這一個月內(nèi)的員工定位信息。在管理界面上增加一項“異常管理”功能，可直接提取閱讀狀態(tài)中和邏輯有沖突的員工信息，而且可以通過觀察之前的歷史記錄，對出現(xiàn)邏輯沖突的員工進出信息進行分析和總結，改進并完善，提高系統(tǒng)的準確率，再進一步進行人工判斷是否異常。

5 可靠性

經(jīng)過大量的信息采集，從員工佩戴標簽的方式情況來看，我們對存在閱讀錯誤或矛盾的情況作了準確分析，排除了天線安裝位置會影響讀取率和標簽靈敏度兩種因素，我們發(fā)現(xiàn)少數(shù)員工出現(xiàn)遮擋標簽同時經(jīng)過天線可讀區(qū)域，標簽的讀取效果會大打折扣，讀寫器不能發(fā)現(xiàn)標簽信息，數(shù)據(jù)庫就不會傳送員工數(shù)據(jù)，直到下一次讀到員工信息時可能就會出現(xiàn)前后狀態(tài)矛盾的情況。因此我們安排將標簽佩戴在胸前，即使玩手機的時候也不會擋住標簽，可靠性和準確性都得到了進一步提高，對后續(xù)工作的開展提供了很大的便利。

6 小結

超高頻技術工作頻率范圍在860GHz-960GHz，具有讀取方便快捷，使用壽命長安全性高，實時性強，標簽成本低，標簽數(shù)據(jù)可動態(tài)改動等優(yōu)點，在很多領域內(nèi)射頻識別技術已經(jīng)相當?shù)某墒?，得到了來自各行各業(yè)的認可，然而在工業(yè)智能化的大趨勢下，類似的應用還處于起步階段，為了讓射頻識別技術在工業(yè)4.0領域日益普及和完善，今后還要做出很多努力。

參考文獻

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夏鑫（1965—），男，南京大學畢業(yè)，現(xiàn)任南通富士通微電子股份有限公司副總經(jīng)理，研究方向為電子信息應用技術開發(fā)及集成電封裝。

UHF RFID applications in industry 4.0

Xia Xin,Dong Wang
( NantongFujistu Microelectronics Co.,Ltd )

Abstract:UHF RFID technology in personnel management is gradually emerging advantages,and has broad prospects,we go through a lot of experiments and continuous efforts to analyze the use of UHF industrial sites within the actual application of the staff management and its impact on different labels used in this field were compared,it proposed to label as a carrier,database supported positioning mode,employee information recorded in the EPC memory by reading EPC information at different positions on the staff to locate,where we locate principle,function and use of the system are discussed.

Key Words:RFID;Label;Positioning Systems

作者簡介：

基金項目：2013年江蘇省重大科技支撐項目（編號：SBE201301631）。