基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能貨架研究與應(yīng)用

陳威屹　張?jiān)苹邸堒?/p>

作者簡介：陳威屹，女，北京物資學(xué)院信息學(xué)院，研究生，研究方向：智能物流、物流信息化。

張?jiān)苹郏?，北京物資學(xué)院物流學(xué)院，研究生，研究方向：智能物流。

張軍，北京物資學(xué)院信息學(xué)院，研究生，研究方向：智能物流、物流信息化。

摘要：本文重點(diǎn)研究了以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主的智能貨架應(yīng)用，將RFID技術(shù)作為應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，使貨架能夠?qū)崿F(xiàn)物品監(jiān)控、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、庫存管理的功能，同時(shí)，結(jié)合展示系統(tǒng)，智能貨架可完成物品促銷的功能，除此之外，本文還對(duì)部分功能實(shí)現(xiàn)后的系統(tǒng)界面進(jìn)行了展示與說明。

關(guān)鍵詞：RFID；智能貨架；數(shù)量統(tǒng)計(jì)；庫存管理；物品信息展示

1. 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)在當(dāng)今時(shí)代的快速發(fā)展，是一個(gè)信息化、智能化高度發(fā)展的時(shí)代，越來越多的人們感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給人們的生活帶來的巨大變化。當(dāng)前，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域RFID技術(shù)是我們應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，RFID技術(shù)具有體積小、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、可重復(fù)使用等多種特點(diǎn)[1]，主要應(yīng)用于物品的追蹤與管理等方面，比如，惠普公司在全球的供應(yīng)鏈管理上的應(yīng)用，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低了大量的管理成本[2]。當(dāng)前，RFID技術(shù)也走進(jìn)了我們的生活，我們?nèi)粘ｋS處可見的公交卡，以及身份證等都是基于RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本文中，將RFID技術(shù)應(yīng)用到了一個(gè)新的領(lǐng)域——商品貨架中，將RFID技術(shù)與數(shù)據(jù)處理相結(jié)合運(yùn)用到普通貨架中，使其實(shí)現(xiàn)部分智能化功能，在普通貨架功能的基礎(chǔ)上，以用戶使用最優(yōu)化為原則整合而成的具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、檢測，庫存提醒等功能于一體的新型貨架。智能貨架的產(chǎn)生是為了能夠更好的滿足管理者快速輕松管理物品以及消費(fèi)者對(duì)于物品基本信息詳細(xì)了解的需求。

2. 智能貨架功能設(shè)計(jì)

智能貨架一種集多種功能于一身的并能夠?qū)崿F(xiàn)與使用者進(jìn)行信息交互的貨架，智能貨架適用于多種場合：物品管理，物品庫存管理等。在本文所設(shè)計(jì)的以RFID技術(shù)作為主要技術(shù)手段的智能貨架中包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能、物品信息展示功能、庫存管理功能，同時(shí)結(jié)合報(bào)警系統(tǒng)完成安全庫存提醒功能，下面就以上功能分別進(jìn)行介紹。

2.1 物品數(shù)量統(tǒng)計(jì)

RFID技術(shù)在智能貨架物品管理系統(tǒng)中的運(yùn)用是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)的保證。智能貨架上是9格設(shè)計(jì)，為了能夠更加準(zhǔn)確的確定貨格內(nèi)的物品及數(shù)量，我們對(duì)每一貨格都配有獨(dú)立的RFID天線與閱讀器，在智能貨架上的每個(gè)物品上都有一個(gè)RFID標(biāo)簽，每個(gè)RFID標(biāo)簽獨(dú)立承載相應(yīng)物品信息。由于RFID系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)貨格內(nèi)放入或取下附有RFID標(biāo)簽的物品時(shí)，RFID系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)變化，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)完成的數(shù)據(jù)，會(huì)通過上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與整合，生成更多信息，供管理者進(jìn)行參考。

2.2 物品信息展示

在常規(guī)的智能貨架中，我們需要通過銷售人員的介紹增加對(duì)產(chǎn)品知識(shí)的了解。而本文中，我們?cè)谥悄茇浖艿恼故緟^(qū)設(shè)置了RFID讀寫器，與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫相連，當(dāng)消費(fèi)者想要了解關(guān)于物品的相關(guān)信息時(shí)，消費(fèi)者只需要在展示區(qū)的刷卡區(qū)域刷一下物品對(duì)應(yīng)的RFID標(biāo)簽，此時(shí)展示區(qū)就會(huì)顯示出相應(yīng)物品基本信息，例如：物品圖像與名稱，物品價(jià)格，當(dāng)前折扣，物品位置等。智能貨架的此種設(shè)計(jì)，是為了讓消費(fèi)者很輕松的獲取商品信息，在提高了產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，在很大程度上降低了銷售人員的工作量。

2.3 物品庫存管理

物品庫存管理，是智能貨架中的另一重要功能，由于RFID技術(shù)的本身的特殊性，可以對(duì)貨架上物品數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取與統(tǒng)計(jì)并反饋至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，管理者可以在智能貨架系統(tǒng)中監(jiān)測貨架物品數(shù)量信息，減少手工清點(diǎn)數(shù)量環(huán)節(jié)并及時(shí)準(zhǔn)確的確定所有物品數(shù)量以及相應(yīng)物品的補(bǔ)貨量。管理者還可以對(duì)不同的商品設(shè)置安全庫存量，根據(jù)上位機(jī)中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)數(shù)量少于安全庫存設(shè)定值時(shí)，智能貨架系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，進(jìn)行提醒。這個(gè)功能可以提醒物品管理者及時(shí)進(jìn)行商品貨架上的補(bǔ)貨，避免由于物品短缺而造成的銷售損失。此功能還可以用在倉庫庫存管理中，為物品的數(shù)量盤點(diǎn)和倉庫安全庫存管理帶來了很大的方便。

3. 智能貨架功能實(shí)現(xiàn)

3.1 RFID設(shè)備選型

> 標(biāo)簽

RFID標(biāo)簽包括按照其能量來源可以分為主動(dòng)式標(biāo)簽，半主動(dòng)式標(biāo)簽和被動(dòng)式標(biāo)簽。主動(dòng)式與半主動(dòng)式標(biāo)簽由于需要自身提供自身的工作能量，所以體積較大，不易隱蔽且價(jià)格較高。由于在智能貨架中，對(duì)讀寫的距離要求較低且對(duì)標(biāo)簽的可隱蔽性要求較高，我們選擇外形較為輕便，價(jià)格相對(duì)低廉且較易隱藏的被動(dòng)式標(biāo)簽[3]。

> 讀寫器

在智能貨架中，由于讀取數(shù)據(jù)量相對(duì)較少且讀寫器與標(biāo)簽的距離較近，同時(shí)由于智能貨架空間較小，考慮到整體貨架的美觀性以及與其他設(shè)備連接的可行性，我們選擇了型號(hào)為MUR-100的讀寫器，其支持ISO14443-4協(xié)議，使用USB接口與上位機(jī)進(jìn)行通信。

> RFID天線

本文所設(shè)計(jì)的智能貨架中共有9個(gè)貨位，共10個(gè)讀寫器?？紤]到數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確性與差異性，以及外觀的美觀程度，我們選擇了棒狀天線。由于標(biāo)簽之間的距離較近，為了避免數(shù)據(jù)碰撞確保貨物標(biāo)簽數(shù)量和環(huán)境數(shù)據(jù)的讀取精度，實(shí)現(xiàn)貨物精確定位和貨物狀態(tài)監(jiān)控，我們?cè)诂F(xiàn)有的貨架層與層之間距離的基礎(chǔ)上調(diào)整天線的位置，以達(dá)到最好讀取效果。經(jīng)過反復(fù)測試時(shí)，我們選擇了中心頻率為915mhz，帶寬100MHZ，增益5db的棒狀天線。

> USB Hub與電源適配器

智能貨架上共需要10個(gè)閱讀器同時(shí)完成工作，由于中心服務(wù)器上的USB接口較少，選取一個(gè)USB Hub將十個(gè)讀寫器的數(shù)據(jù)集中傳給中心服務(wù)器從而解決了讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸問題，其可以支持windows XP/vista/7系統(tǒng)。在讀寫器的供電方面，由于每個(gè)讀寫器的電流為1A，電壓為5V，所以我們選用輸入電壓為AC100-240，50-60HZ，輸出電壓為DC5V，輸出電流為5A電源適配器為十個(gè)讀寫器供電保障。

3.2 功能實(shí)現(xiàn)

本文所設(shè)計(jì)的智能貨架主要包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)分析以及商品庫存提醒這兩個(gè)功能。針對(duì)以上功能，我們對(duì)所涉及出的結(jié)果展示如下：

> 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本功能的功能實(shí)現(xiàn)主要來自RFID系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，是對(duì)智能貨架上得物品數(shù)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)的界面如下所示：

圖1智能貨架數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)代碼如下：

exports.startUDPListening = function（）

{_.each（readerPortNameMapList， function（_readerPortNameMap）

{__startNewInventoryUnit（

{listeningPort： _readerPortNameMap.port， ep： g_EventProxy，

minTagReadedConfirmCount： _readerPortNameMap.minTagReadedConfirmCount|| defaultMinTagReadedConfirmCount

， maxTagReadInterval： _readerPortNameMap.maxTagReadInterval || defaultmaxTagReadInterval}）；

serverList.push（{readerName：_readerPortNameMap.readerName， port：_readerPortNameMap.port， tagList：[]， subscriber：[]}）；

}）；}

> 物品信息展示

物品信息展示，是由RFID系統(tǒng)在讀取物品以后，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，并由上位機(jī)將信息發(fā)送給智能貨架展示系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)物品信息展示，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)界面如下：

圖2智能貨架展示系統(tǒng)

在智能貨架信息展示實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public override bool RecData（ref string aRecPack）

{List maxbuf = new List（）；

try

{ int n = _comPort.BytesToRead；

byte[] buf = new byte[n]；

_comPort.Read（buf， 0， n）；

maxbuf.AddRange（buf）；

while （maxbuf.Count > 1 && maxbuf[0] ！= 170）

{ maxbuf.RemoveAt（1）； }

while （maxbuf.Count >= 19 && maxbuf[maxbuf.Count - 1] == 85）

{ if （maxbuf[2] == 17 && maxbuf.Count > 3）

{ byte[] binary_data_1 = new byte[maxbuf[1] + 2]；

maxbuf.CopyTo（0， binary_data_1， 0， maxbuf[1] + 2）；

StringBuilder str0 = new StringBuilder（）；

foreach （byte b in binary_data_1）

{ str0.Append（b.ToString（“X2”））；}

aRecPack = str0.ToString（）.Substring（12， （maxbuf[1] - 5） * 2）；

if （type == “ReadOnce”）

SendData（“aa021255”， type）；

// DecodeUIIData（id）； // maxbuf.RemoveRange（0， maxbuf[1] + 3）；}

maxbuf.RemoveRange（0， maxbuf[1] + 2）；}

if （aRecPack.Length > 0）

{ // _comPort.DiscardInBuffer（）；return true；}

else return false； }

catch

{ return base.RecData（ref aRecPack）； }

}

> 物品庫存提醒

智能貨架中得數(shù)據(jù)分析，是通過RFID在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集以后，智能貨架系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)收集進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并以圖形的形式展現(xiàn)出來，當(dāng)庫存數(shù)量少于安全庫存時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒用戶進(jìn)行庫存完善。智能貨架系統(tǒng)庫存預(yù)警界面展示如下所示：

圖3智能貨架庫存預(yù)警界面

物品庫存系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)代碼如下：

function __startInventoryAlert（）

{var alertInventories = _.without（

_.map（minInventorySettings， function（_setting）

{var inventoryCrt = _.findWhere（inventoryRecords，

{productCode： _setting.productCode}）；

if（inventoryCrt ！= null && _setting.value > inventoryCrt.value）

{return {productName： inventoryCrt.productName， value： （_setting.value - inventoryCrt.value）}；

}else return {productName： _setting.productName， value： （_setting.value）}；

}）， null）；

console.log（'inventory alert => '.info）；

console.dir（alertInventories）；

if（_.size（alertInventories） <= 0） return；

var cmdStr = _.reduce（alertInventories， function（_str， _alertInventory）{

return _str + _alertInventory.productName + '缺貨數(shù)量 ' + _alertInventory.value + ' '；

}， ''）；

var cmd = {name：'led'， msgType：'push'， para： cmdStr}；

var str = （JSON.stringify（cmd））；

console.log（（'command => ' + str）.info）；

if（WebSocketEventCenter ！= null）{

WebSocketEventCenter.send（str）；

}}

4. 結(jié)束語

智能貨架中還有很多需要進(jìn)一步改進(jìn)地方和需要發(fā)掘的功能。未來一代的智能貨架能夠?qū)崿F(xiàn)物品的瞬間信息顯示即當(dāng)使用者將物品從貨架取出時(shí)即可顯示系統(tǒng)即可顯示物品信息無需標(biāo)簽讀取；未來的智能貨架還有可能實(shí)現(xiàn)語音交互系統(tǒng)，當(dāng)物品較多時(shí)，可以方便物品尋找功能等。智能貨架的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于此，智能貨架可以對(duì)物品的資產(chǎn)安全管理[4]以及對(duì)醫(yī)藥行業(yè)的藥品監(jiān)管[5]等，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和不斷完善，相信未來的貨架會(huì)向著更加智能，更加自動(dòng)化的方向發(fā)展。（作者單位：北京物資學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]李立強(qiáng)，申振，廖國瓊等.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用[J].2013（30-31）

[2]三宅信一郎，周文豪.RFID物聯(lián)網(wǎng)世界最新應(yīng)用[X].2012（18-38）

[3]王玉泉，朱韶紅.基于RFID技術(shù)的智能貨架的研究.微計(jì)算機(jī)信息[J].2010（26），132-133.

[4]RFID射頻網(wǎng)，中國防偽報(bào)道[J].2013（01），56-58

[5]馮端浩，趙冠仁等.中國藥房[J].2012（45），4248-4250