RFID读取性能影响因素研究及在机械产品出入库系统中应用

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出入库管理的效率和准确性是机械企业关注的管理重点之一,无线射频识别技术(RFID)的应用可大幅提高机械企业成品库出入库的效率和准确性。但是,RFID的射频信号易受到实际应用环境的干扰,进而影响到电子标签的读取准确率和速度。机械企业成品库环境复杂,且管理对象以金属制品为主,与 RFID设备出厂检验时的标准测试环境差别很大,所以有必要模拟成品库环境对 RFID读取性能的影响进行定量研究,来指导机械企业成品库的 RFID硬件部署,进而设计出入库自动验证系统,以保证RFID设备读取的效率与准确性,提高机械企业成品库管理水平。  目前,对于 RFID技术在机械企业成品库管理中的应用研究很少,特别是机械企业成品库环境下 RFID影响因素与 RFID读取性能之间定量关系的研究还鲜有人涉及,本文通过实验方法研究 RFID影响因素与 RFID信号强度和读取速度之间定量关系,并在此基础上设计了机械企业成品出入库自动验证系统。  首先,针对机械企业成品库的特定环境,本文分析得出:RFID读取性能中的信号强度(RSSI)和RFID读取速度为关键指标,RFID标签与成品之间垫片厚度、环境温度、天线与标签距离、天线与标签角度为影响 RFID读取性能的重要影响因素。其次,为了定量分析 RFID影响因素和读取性能之间关系,本文提出了测试 RFID影响因素的实验方法,搭建了实验环境,制定了实验流程;然后,基于实验方法,分别研究了垫层厚度、温度、距离、角度等四个关键因素对 RFID信号强度和读取速度的定量影响;最后,分析了机械企业成品库的业务流程和操作流程,进行了 RFID设备在仓库内部的具体部署,设计了面向机械企业的成品出入库自动验证系统。主要研究内容包括以下几个方面:  (1)通过实验方法定量研究了 RFID标签和金属产品之间垫片厚度与RFID信号强度和读取速度之间的关系。结果表明:碳钢零件和铝质零件,变化趋势相似。垫层厚度小于2mm时,无论碳钢零件还是铝质零件,均无法读取到RFID标签信息。对于碳钢零件,垫层厚度从2mm增加到4.6mm,RSSI值增大的趋势很明显;垫层厚度从4.6mm增加到6.2mm,RSSI值增大的趋势减小;垫层厚度从6.2mm增加到8mm,RSSI值没有明显的变化。对于铝质零件,垫层厚度从2mm增加到4mm,RSSI值增大的趋势很明显;垫层厚度从4.6mm增加到6.4mm,RSSI值增大的趋势减小;垫层厚度从6.4mm增加到8mm,RSSI值没有明显的变化。垫层厚度从2mm增大至3mm,无论碳钢零件还是铝质零件在10秒内标签的读取次数直线型地增大至100次,标签在铝质零件上的读取次数多于其在碳钢零件上的读取次数。垫层厚度从3mm增大至8mm,读取次数保持在100次左右,不再变化。说明在实际应用中,需保证标签与金属零件之间垫层的厚度大于3mm,才能保证能够读取到RFID标签。  (2)通过实验方法定量研究了环境温度与RFID信号强度及读取速度之间的关系。结果表明:温度的变化对RSSI和读取速率几乎没有影响,当温度从-10℃上升到60℃时,RSSI值有较小的上升趋势,它的值保持在-54.8dBm和-54.4dBm之间,10秒标签的读取次数保持在200次。说明在实际应用中勿需考虑环境温度对RFID读取性能的影响。  (3)通过实验方法定量研究了读取距离与RFID信号强度和读取速度之间的关系。结果表明:当距离从0增加到650cm时,RSSI值随着距离的增加呈对数型地减小,当距离小于300cm时,RSSI值比较稳定地减小,当距离大于300cm时,RSSI值不稳定。当距离小于500cm时,10秒标签的读取次数保持在105次左右;当距离大于500cm时,读取次数开始降低,而且下降的趋势比较明显。因此,实际应用中最好保证读取距离小于300cm。  (4)通过实验方法定量研究了RFID标签和天线之间的角度与RFID信号强度和读取速度之间的关系。结果表明:当角度小于50°时,RSSI值随着角度的变大缓慢地减小;当角度大于50°时,RSSI随着角度的变大剧烈地减小。10秒内标签的读取次数随着角度的增大而逐渐减小。因此,实际应用中最好保证标签与天线之间的角度小于50°。  (5)设计了机械企业的成品出入库自动验证系统。首先,分析了机械企业成品库的业务流程和操作流程。其次,基于上述研究结果,针对机械企业成品出入库管理的具体需求,以某实际成品库为例,设计了 RFID设备在仓库内部的具体部署方案。最后,设计了面向机械企业的成品出入库自动验证系统,包括系统架构、系统业务流程、系统功能的业务流程和主要功能。
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