RFID技术在快递行业中的应用

刘子杨,耿菲帆

(安徽三联学院,安徽 合肥 230601)

0 引言

无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是物联网的关键技术。随着RFID技术的快速发展和逐渐成熟,RFID技术应用的成本越来越低,可以更好地满足使用者的需求,这也推动了RFID技术在现代物流中的广泛应用。据统计,2022年,我国快递业务量达到1 105亿件,日均业务量达3.02亿件。但现代物流产业中涉及的企业非常复杂,一般民营快递业投入较少、信息更新滞后、库存积压严重。因此,将信息技术引入物流产业有了初步设想。将RFID技术与物流产业相结合,简化了管理流程,节约了管理成本,解决了快递在运输中条形码容易破损的问题,提高了物流速度,促进了快递行业的发展。

1 RFID技术原理

RFID技术是自动识别技术的一种,通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写,从而达到识别目标和数据交换的目的,被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一[1]。

RFID系统主要是由标签、阅读器、天线和应用软件系统等几部分组成。标签主要由耦合元件及芯片组成,存储着目标对象的唯一电子编码及其相关信息;阅读器由耦合模块、收发模块、控制模块、接口单元组成;天线内置于标签和阅读器中,在标签和阅读器间产生射频信号;应用软件系统最终处理标签信息。当电子标签进入阅读器的有效范围时,标签内置的耦合元件就会把阅读器发射的射频信号转化为感应电流驱动芯片和发射电路,把储存在芯片的对象信息通过天线发射出去。阅读器接收到标签信息后,解读信息,然后送到应用软件系统进行处理,从而完成信息的读取。

目前,快递运输信息储存使用的是纸质条形码,而RFID电子标签在今后的快递行业以及物流行业中更有优势。

(1)识别能力。传统条形码的识别能力虽然准确,但需要人工一对一进行扫码识别,当条形码不清楚或者破损的情况下则无法识别,干扰工作进度。而高频段的RFID技术阅读器可以同时进行多个快递物品的扫描,进行批量的快递信息识别处理,且RFID技术的识别速度快、精度高,极大地提高了信息传输和数据整理的速率。

(2)读取距离。传统条形码的读取距离短,必须靠近阅读器才可进行读取。而RFID标签识别技术不需要可视传输技术的支持,只需带有RFID标签的物品在阅读器的读取范围内即可,且RFID技术能够不受各种障碍物影响直接完成通信。

(3)储存容量。传统条形码不可反复使用,成本较高。而 RFID标签的信息量很大,能够多次读取和写入,重复利用率高。

(4)适应环境。传统条形码直接暴露在空气中,容易受到磨损导致失效。而RFID标签可以耐高温、防水、防磁、耐磨损、使用寿命长,可以适应不同天气的影响,全天候地工作。

(5)安全性能。传统条形码是直接暴露在物品表面的,容易被造假,且伪造成本低,数据加密性低,安全性低。而RFID标签是嵌入物品,可以保证物品的真实性,且具有防伪溯源的功能,数据加密性高,安全性能高。

1.1 MF RC522芯片

本文采用MF RC522芯片实现标签的读写操作。MF RC522的工作频率是13.56 MHz,它的特点是成本低、体积小、电压低,是各种便携式手持设备和智能仪表的较好选择[2]。具体而言,MF RC522芯片可以读取电子标签上存储的信息或者将信息写入标签,实现标签的编程和数据存储。此外,MF RC522芯片还支持多种射频协议,包括ISO/IEC 14443 Type A/B、MIFARE和FeliCa等,可以与不同类型的电子标签进行通信。

1.2 硬件选择

本文选择一款支持MF RC522芯片的开发板,比如Arduino UNO开发板;选择一款MF RC522芯片模块,比如RC522 RFID模块;选择电子标签,比如Mifare Classic 1K电子标签。Mifare Classic 1K电子标签是一种由恩智浦公司(NXP Semiconductors)开发的非接触式射频识别(RFID)标签,采用13.56 MHz高频技术,能够存储1 KB的数据,可广泛应用于多个领域。

Mifare Classic 1K是一种被动式RFID电子标签,它不需要内部电池或其他能源,通过接收读卡器发射的射频信号供电并回传数据。因此,它也被称为非接触式电子标签。与有源式RFID标签不同,被动式RFID标签通常更小、更轻便、更便宜,适用于许多不需要长距离读取的应用场景。

电子标签的容量很大,快递工作人员可以在电子标签中编写寄件人信息(单位、寄件地址、电话)、收件人信息、快递物品类型等信息。在快递物品从上级中转站准备转入下级中转站时,快递工作人员也可以在电子标签上编写上级中转站的信息,方便管理人员查询快递运输路线是否正确。快递工作人员将Mifare Classic 1K电子标签粘贴在快递的外包装上,利用RFID阅读器进行信息读取。

1.3 系统架构

MF RC522芯片引脚如图1所示。

图1 MF RC522芯片引脚

将MF RC522芯片模块与Arduino UNO开发板通过SPI接口连接,连接方式如下:

-SDA连接到Arduino UNO的Digital Pin 10;

-SCK连接到Arduino UNO的Digital Pin 13;

-MOSI连接到Arduino UNO的Digital Pin 11;

-MISO连接到Arduino UNO的Digital Pin 12;

-IRQ不连接;

-GND连接到Arduino UNO的GND;

-RST连接到Arduino UNO的Digital Pin 9;

-3.3 V连接到Arduino UNO的3.3 V。

将射频天线连接到MF RC522芯片模块的天线接口。此装置安装在RFID阅读器中,当含有Mifare Classic 1K电子标签的快递进入阅读器读取范围,则对标签进行识别。

2 RFID技术应用方案

目前,快递中转站中的快递入库与分拣的工作流程如下:运输车将快递送到中转站,再由人工进行卸货。卸货结束后,分拣员拿着扫码设备对快递物品进行逐件扫描,再根据地址信息对其进行分类。但是,分拣员的工作量很大,为了更快地完成工作,分拣员会根据快递地址信息将快递直接丢到传送带上,这就导致快递的破损概率较高,而且因为是人工扫码,所以出错的概率也较高。

针对这些问题,首先,快递人员要对快递物品进行统一入库。快递公司在快递中转站大门前后设有一定距离间隔的RFID阅读器。运载车辆上会有RFID电子标签,该RFID电子标签中编写了该车所有快递的信息。当仓库大门前阅读器读取到运载车辆标签信息时,则判定该车中所有快递为入库。当仓库大门后阅读器读取到运载车辆时,则判定该车中所有快递为出库。因此仓库大门前后的RFID阅读器是快递入库出库的判定标准。阅读器读取运载车辆上的电子标签后将信息传输到后台,管理人员会得到该车上所有快递物品的清单,通过信息的比对,高效地完成对快递的管理。若发现错误也能够及时进行人工干预,减少不必要的损失。此时收件人可在手机上得到快递被快递中转站签收的消息。快递出入库流程如图2所示。

图2 快递出入库流程

其次,在快递入库后的装卸、分拣、配送环节中,本文利用RFID技术将快递中转站内部工作分成两大模块,分别是快递分拣模块和快递配送模块。

2.1 RFID技术在快递分拣模块中的应用

运载车辆将快递物品运送到快递装卸车间,由人工进行快递卸货后放在快递分拣传输系统中。快递分拣传输系统中安装RFID阅读器,通过对RFID阅读器天线所在方向进行能量增益以提高通信距离,阅读器可同时对传输系统中快递表面的RFID电子标签进行信息读取,并将信息传输到后台的应用软件中。后台应用软件把读取到的地址信息进行整理后,再对传输系统中的分拣机器发出指令,分拣机器会将快递分拣到对应的传输带上,做到准确无误,从而完成快递的分拣工作。快递分拣系统流程如图3所示。

图3 快递分拣系统流程

2.2 RFID技术在快递配送模块中的应用

全球卫星定位系统(Global Positioning System,GPS)是现代高新技术实现军民两用的一个成功范例。GPS通过接收卫星所发射的导航信号,可以在任何地点、任何时候准确地测量到物体瞬时的经纬度、高度、速度等位置信息[3]。

目前的快递配送行业信息不能自动更新,有时会出现快递已经到达下级中转站,但客户端仍显示快递物品还是在上一级中转站或者在运输途中,导致客户体验很差,不能全程实时跟踪。因此,本文在快递配送模块将RFID技术与GPS技术相结合,可以解决目前快递配送行业存在的问题。

在上下级快递中转站的运载车辆上贴上RFID电子标签,通过无线终端装置接收运载车辆的射频信息与GPS位置信息,利用GPS强大的卫星系统对运载车辆进行经纬度、高度、速度信息的收集。信息会传输到后台应用软件中,数据自动整理进入中心数据库。管理者可通过Internet中企业数据库进行实时监控运载车辆,客户也可以在网上实现对快递的全程可视化跟踪,提高用户体验。

RFID技术与GPS技术的集成使得快递信息得到及时准确的采集,并反馈给用户,快递和运输车辆的安全得到了保障,同时也提高了管理者对快递信息的管理的效率与便捷性。

3 RFID技术应用的预期成果

RFID技术在快递中转站行业的应用解决了快递站寄件物品堆积、快递不能及时更新等问题,优化了快递站的服务质量与效率,是一项符合国家创新、绿色、开放共享的发展理念设计。据调查,使用RFID技术创造完整技术链的价格不会过高,并且随着技术的成熟,相信很快就可以普及快递站行业以及物流行业,会有越来越多的人感受到科技带来的便利。

4 结语

RFID技术在快递中转站行业的应用项目可以解决目前国内快递站以及企业物流存在的问题,满足现代新型社会发展需求。除此之外,RFID技术在快递中转站行业的应用项目符合现代社会大力支持的公益性项目主题,符合社会的需求,可促进社会的发展。