應(yīng)用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉(zhuǎn)系統(tǒng)

郭翠

摘要：介紹了一種應(yīng)用非接觸式IC標簽的紡織品實驗室樣品檢驗流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計方法。該系統(tǒng)在現(xiàn)有紡織品實驗室檢驗流轉(zhuǎn)過程中引入非接觸式IC標簽技術(shù)，對實驗室內(nèi)各種樣品、器具、儀器、試劑、耗材等多種單元進行智能化標識，并對各個作業(yè)環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)采集，從而保證樣品庫管理各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入的速度和準確性，確保實驗室及時準確地掌握內(nèi)部的真實數(shù)據(jù)，優(yōu)化檢驗過程。

關(guān)鍵詞：非接觸式；流轉(zhuǎn)；身份卡

引 言

在紡織品檢驗機構(gòu)，隨著紡織品制造環(huán)境的改變，產(chǎn)品周期越來越短，小批量、多品種的生產(chǎn)方式，對紡織品質(zhì)量檢驗的要求越來越高。如果不能保證及時準確而有效地接收樣品、進行檢驗、發(fā)出檢驗報告和高效地維持實驗室運轉(zhuǎn)，將會給檢驗機構(gòu)帶來較大損失，因而必須建立新型的實驗室流轉(zhuǎn)系統(tǒng)。為此，本文設(shè)計了一種應(yīng)用了非接觸式IC標簽技術(shù)的新型紡織品檢驗流轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)[1]。利用該技術(shù)的非可視性閱讀和多標簽同時識讀等特性，可以有效地完成樣品接收、檢驗流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)收集匯總和檢驗報告發(fā)送等幾個流程，并將其作為一項實驗室基礎(chǔ)設(shè)施來提供樣品、設(shè)備、耗材實時位置和狀態(tài)的穩(wěn)定數(shù)據(jù)流，以便進一步提高實驗室競爭力。

1 非接觸式IC標簽

1.1 技術(shù)簡介

非接觸式IC標簽又稱射頻標簽，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個PVC標簽內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它成功地將射頻識別技術(shù)和IC技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源（標簽中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。標簽片在一定距離范圍（通常為5mm～10mm）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。

1.2 工作原理

射頻讀寫器向IC標簽發(fā)一組固定頻率的電磁波，標簽片內(nèi)有一個IC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電荷的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓，將標簽內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。

1.3 優(yōu)勢

可靠性高——非接觸式IC標簽與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。例如：由于粗暴插標簽，非標簽外物插入，灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良造成的故障。此外，非接觸式標簽表面無裸露芯片，無須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問題，既便于標簽片印刷，又提高了標簽片的使用可靠性。

操作方便——由于非接觸通信，讀寫器在10cm范圍內(nèi)就可以對標簽片操作，所以不必插拔標簽，非常方便用戶使用。非接觸式標簽使用時沒有方向性，標簽片可以在任意方向掠過讀寫器表面，既可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。

防沖突——非接觸式標簽中有快速防沖突機制，能防止標簽片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式IC標簽。這提高了應(yīng)用的并行性，無形中提高系統(tǒng)工作速度。

2 應(yīng)用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉(zhuǎn)系統(tǒng)需求分析

隨著紡織實驗室規(guī)模的不斷發(fā)展，檢驗樣品種類及數(shù)量不斷增加、頻率劇增，實驗室作業(yè)運轉(zhuǎn)變得十分復(fù)雜和多樣化。傳統(tǒng)的手寫紙質(zhì)流轉(zhuǎn)任務(wù)單和人工錄入檢驗數(shù)據(jù)等方式，已難以滿足現(xiàn)代紡織品檢驗的快速、準確要求，存在著明顯的缺點。人工管理時，手工登記不僅容易出錯，而且工作效率低、作業(yè)繁瑣，人工成本較高；而紙質(zhì)數(shù)據(jù)媒介較容易丟失、不防污、不防潮，且只能低效率讀寫，一次只能讀取一條。

將非接觸式IC標簽引入到樣品管理系統(tǒng)中，利用非接觸式IC標簽數(shù)據(jù)容量大、可重復(fù)使用、無障礙讀取等優(yōu)點，不但可以減輕勞動強度，而且可以極大地提高工作效率。因此，基于非接觸式IC標簽的管理系統(tǒng)可以大大簡化實驗室運轉(zhuǎn)，滿足信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求[2]。

基于非接觸式IC標簽的實驗室流轉(zhuǎn)系統(tǒng)可實現(xiàn)樣品分配管理、檢驗流轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)采集等功能，可以方便實驗室對檢驗流程進行監(jiān)管，并可方便地對檢驗數(shù)據(jù)進行更新、刪除和查詢（如圖1）。

3 應(yīng)用非接觸式IC標簽的實驗室檢驗流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

3.1 硬件配置

本系統(tǒng)的硬件涉及主控計算機、電子標簽、讀寫器、服務(wù)器等。服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)可以將主控計算機與試驗臺上的讀寫器、樣品庫讀寫器和手持式讀寫器連接起來，以進行數(shù)據(jù)傳輸。本文用到的讀寫器主要有以下兩種：

第一種是手持式讀寫器：讀寫距離為10cm左右，主要用于不可移動的檢驗設(shè)備上的標簽的讀寫等操作；第二種是試驗臺讀寫器：讀寫距離在10cm左右，固定在試驗臺上，讀取被檢樣品標簽內(nèi)的樣品檢驗信息，并與數(shù)據(jù)庫中的檢驗項目信息進行匹配。

3.2 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件部分采用Visual studio.net開發(fā)平臺，以B/S模式進行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用Sql server 2010，連接數(shù)據(jù)庫采用Ado技術(shù)。操作系統(tǒng)為Windows sever 2008、Windows 7、Windows xp[3-4]。 本文設(shè)計的基于非接觸式IC標簽的紡織品檢驗實驗室樣品管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）主控系統(tǒng)單元

主要功能為控制整個實驗室流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的運行，包括設(shè)置各個用戶的功能權(quán)限，管理設(shè)備的加入與設(shè)備數(shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的鏈接，以及讀寫器數(shù)據(jù)的讀寫權(quán)限與采集管理。

（2）服務(wù)器單元

主要功能為數(shù)據(jù)的儲存與處理，主要用來儲存各種檢驗數(shù)據(jù)，設(shè)備數(shù)據(jù)和樣品的各類數(shù)據(jù)。

（3）終端操作平臺

主要功能為操作人員監(jiān)控和干預(yù)實驗室流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的運行，并控制檢驗儀器運行檢驗任務(wù)。

（4）讀寫器

主要功能是建立非接觸式IC標簽和各個檢驗設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫和主控計算機的連接。

4 非接觸式IC標簽紡織品檢驗實驗室樣品系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

在本系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)主要用于生成和發(fā)送各個作業(yè)設(shè)備的啟動、運行、停止、休眠、重啟等指令，并接收各個設(shè)備返回的工作、停止、異常等狀態(tài)信息，作出相應(yīng)的處理指令。各個作業(yè)設(shè)備是指手持式讀寫器、固定式讀寫器以及各種檢驗設(shè)備。

讀寫器的任務(wù)是用該設(shè)備通過有線（或無線）網(wǎng)絡(luò)與主控計算機連接，以下載主機發(fā)送的指令，并根據(jù)指令完成作業(yè)，再通過手持式讀寫器將信息發(fā)送到主控計算機。

非接觸式IC標簽是紡織品檢驗實驗室運行系統(tǒng)中的主要部件。由于非接觸式IC標簽技術(shù)目前還未在紡織實驗室的各個供應(yīng)鏈上普及，所以，當樣品剛從供應(yīng)商處送過來時，往往是不貼標簽的。而要將非接觸式IC標簽技術(shù)應(yīng)用于實驗室運行系統(tǒng)，就必須粘貼非接觸式IC標簽。所以，在入庫之前，首先要制作需要的非接觸式IC標簽。

非接觸式IC標簽內(nèi)儲存的信息分為兩類：一類為樣品信息（包括樣品編號及所需要檢驗項目信息）；另一類為檢驗數(shù)據(jù)，主要包括檢驗項目各種數(shù)值、對照標準。

4.1 準備作業(yè)

檢驗任務(wù)的輸入。根據(jù)客戶的需求，制作檢驗任務(wù)數(shù)據(jù)并通過檢驗任務(wù)下達的終端操作平臺錄入系統(tǒng)，終端操作平臺把以上數(shù)據(jù)處理后，變?yōu)闄z驗樣品數(shù)據(jù)和檢驗任務(wù)數(shù)據(jù)，一方面通過讀寫單元寫到非接觸式IC標簽中，另一方面數(shù)據(jù)被發(fā)送到各個操作終端平臺。具體制作過程需要使用非接觸式IC標簽讀寫器將各種信息寫入到非接觸式IC標簽中，然后將標簽固定在樣品、試驗儀器、流轉(zhuǎn)袋等元素上。由于紡織實驗室出入庫時的樣品數(shù)量較多，因此，還需制作托盤標簽，便于實現(xiàn)大批量樣品的管理。如果樣品數(shù)量較少，則在每個樣品上粘貼樣品標簽。同時這些標簽都可重復(fù)使用，待樣品出庫時可取下送到入庫處重復(fù)使用。剩下的流程都是在已貼上相應(yīng)電子標簽的前提下進行的。

4.2 檢驗作業(yè)流程

（1）檢驗任務(wù)的下達及樣品的交接

檢驗室人員到樣品管理員處提出領(lǐng)取樣品及檢驗任務(wù)要求，向管理員出示含有身份信息的非接觸式IC工卡，管理員用讀寫器讀取工卡上的信息，主要包括檢驗員身份信息、負責(zé)項目信息等。讀取信息后，系統(tǒng)會根據(jù)檢驗員的身份信息，從檢驗任務(wù)中選擇出需要該檢驗員完成的任務(wù)，并生成清單，發(fā)送給手持讀寫器。管理員用手持式讀寫器讀取待檢樣品上的標簽，如果樣品在此次檢驗任務(wù)清單中，讀寫器會發(fā)出提示音，從而完成檢驗任務(wù)的下達及待檢樣品的交接。此次檢驗任務(wù)交接完畢后，系統(tǒng)會將檢驗任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)的檢驗儀器的控制終端中，并將此次檢驗任務(wù)單寫入檢驗員的工卡中。

（2）具體檢驗過程

檢驗人員將領(lǐng)到的待檢樣品，根據(jù)檢驗儀器設(shè)備的吞吐能力分組，然后按每一組，用檢驗儀器控制終端連接的讀寫器進行IC標簽讀寫，儀器控制終端會記錄檢驗樣品的信息，進行檢驗后會將此樣品的檢驗數(shù)據(jù)發(fā)送回數(shù)據(jù)處理單元，并將檢驗完畢的標志寫入樣品的IC標簽中。如果發(fā)生不在任務(wù)清單中的樣品上儀器檢驗，控制終端單元會發(fā)出警報并拒絕進行檢驗。如果發(fā)生檢驗過的樣品上儀器檢驗，控制終端單元會發(fā)出復(fù)檢提示，需要檢驗員人工干預(yù)。若發(fā)生復(fù)檢行為，會向IC標簽寫入復(fù)檢標志。

（3）檢驗完畢后的工作

樣品檢驗完畢后，檢驗員將樣品退還給樣品管理員，樣品管理員先讀一下檢驗員身份IC卡，系統(tǒng)會自動調(diào)出該檢驗員的任務(wù)單，接著管理員讀取他退還的樣品的IC標簽，如果樣品是完成檢驗的，系統(tǒng)會接收該樣品并在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中標注完成信息，并往標簽中寫入完成退庫標志，如果該樣品漏檢，系統(tǒng)會報警。如果檢驗員沒有把任務(wù)單中所有樣品都退還，系統(tǒng)會發(fā)出警告信息，需要管理員人工確認。

（4）檢驗報告的編制

在以上兩個環(huán)節(jié)完成后，系統(tǒng)會自動審核任務(wù)單，把任務(wù)單完成的樣品數(shù)據(jù)提供到檢驗報告出具的終端上，并自動生成檢驗報告，向報告編制人員做出提示。報告編制人員在報告編制終端上讀寫自己的身份IC卡，確認出具報告的權(quán)限（包括編制、修改、復(fù)核、批準、撤銷、退回復(fù)檢等），然后進行打印、生成電子文檔和郵件等具體操作。

4.3 在報告及樣品查詢方面的應(yīng)用

4.3.1 根據(jù)樣品查報告的情況

讀取樣品IC標簽，系統(tǒng)根據(jù)標簽里的信息，定位數(shù)據(jù)庫中的檢驗數(shù)據(jù)，并查詢報告數(shù)據(jù)，在終端顯示器上顯示該報告的電子版。

4.3.2 根據(jù)報告查找樣品的情況

輸入報告編號，系統(tǒng)會向手持式讀寫器寫入該樣品信息，并在屏幕上顯示該樣品的狀態(tài)（樣品存放的庫位）。然后到庫位找到樣品，讀取樣品IC標簽，手持式讀寫器會作出確認樣品的提示。如何管理樣品，請參閱《RFID在紡織品檢驗實驗室樣品管理系統(tǒng)中的應(yīng)用》[3]。

5 應(yīng)用成效

利用非接觸式IC標簽技術(shù)的流轉(zhuǎn)不僅可以減輕作業(yè)人員的工作強度，縮短檢驗周期，提高數(shù)據(jù)的實時性和準確性，及時了解檢驗情況，還可避免人為錄入數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)的錯誤，保證檢驗數(shù)據(jù)的準確。

將本樣品庫管理系統(tǒng)運用于紡織實驗室，可取得較好的效果，主要表現(xiàn)如下：

（1）利用非接觸式IC標簽技術(shù)可一次性讀入大量標簽，從而省去了人工錄入的繁瑣的工作量，大大節(jié)省了人工成本，提高了工作效率；

（2）通過身份標簽和樣品標簽可及時記錄樣品的變動信息（待檢、在檢、檢畢、復(fù)檢），減少錄入數(shù)據(jù)時的人為錯誤，提高了檢驗數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的準確率；

（3）由于流轉(zhuǎn)作業(yè)的可靠性提高，避免了許多漏檢、超期的情況；

（4）增大了樣品實驗室的吞吐量，降低了運轉(zhuǎn)費用；

（5）采用非接觸式IC標簽，可以大大提高檢驗數(shù)據(jù)查詢的速度。

6 結(jié)語

本文探討了非接觸式IC標簽技術(shù)應(yīng)用于紡織實驗室的流轉(zhuǎn)管理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出一套可供紡織實驗室使用的智能化流轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)想。本系統(tǒng)可省去人工錄入的繁瑣步驟，還可大大減少由于操作不當而產(chǎn)生的失誤。相比于條形碼標簽，非接觸式IC標簽讀寫器可在一定范圍內(nèi)一次識讀大量標簽，從而降低了勞動強度，也使效率大大提高；同時體積小、存儲信息量大，并可實現(xiàn)遠距離識別，十分適合在各種復(fù)雜環(huán)境下使用。將非接觸式IC標簽技術(shù)應(yīng)用于紡織實驗室的流轉(zhuǎn)管理，從整體上改善了管理效能，為實驗室?guī)砹酥苯拥慕?jīng)濟效益，同時也有利于提升紡織實驗室的核心競爭力。

參考文獻：

[1]百度百科.非接觸式IC卡[EB/OL].[2014-09-11]http：//baike.baidu.com/view/841840.htm？fr=aladdin.

[2]張旭.雷日春. RFID在紡織品檢驗實驗室樣品管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國纖檢，2014，3（下）：62-64.

[3]創(chuàng)羿科技.RFID智能樣品庫管理系統(tǒng)方案[EB/OL].[2010-09-25]http：//wenku.baidu.com/view/92ec94d6240c844769eaee8a.html.

（作者單位：山西省纖維檢驗局）