仓储电子货架标签系统设计与应用

0 引 言

在射频识别技术 [1]（Radio Frequency Identifi cation，RFID） 的发展推动下， 电子货架标签（Electronic Shelf Label，ESL）一经出现就备受物流仓储零售业的关注。相比较传统的纸质标签，ESL 具有以下应用优势 [2-3] ：

 （1）数据更新及时，ESL 可根据后台指令实时更新显示数据，具有准确快速、灵活高效的特点 ；

（2）节约管理成本，采用 ESL 解决方案后，可免去频繁更新标签数据的人工操作，进一步节约人力资源、降低人为损耗 ；

（3）绿色节能环保，由于取代了纸页式标签，每年可为国家节约大量的森林资源与购买纸张的成本。

ESL 电子货架标签通常由显示单元、控制单元、数据通信单元、存储单元以及电源组成，结构如图 1 所示。

显示单元主要负责数据显示，一般由 TN 液晶屏或电子纸实现。根据所选数据传输协议，数据通信单元可采用NFC，WiFi，蓝牙，ZigBee，RFID 等技术实现 [4-9]。

控制单元主要负责控制通信单元的数据收发并驱动显示单元的数据更新，一般由单片机或微控制器实现。

数据存储单元主要用于存储控制程序与显示数据，一般由非易失性存储器实现。

作为有源电子标签，ESL 一般采用独立电源供电，根据系统功耗可选择锂电池或纽扣电池作为系统电源。

1 系统总体设计

1.1 系统架构

仓储电子货架标签系统硬件主要由 ESL 服务器、工作终端、手持式移动终端、ESL 标签读写器、ESL 电子货架标签组成，其系统结构如图 2 所示。

工作终端主要负责如下工作 ：

（1）设置与控制 ESL 标签读写器 ；

（2）运行仓储管理程序并提供系统与用户交互界面。

手持式移动终端主要实现移动环境下对仓储管理对象的管理功能，如装备物资上下架、盘库、移库等操作。ESL 服务器上安装有数据库，运行仓储管理系统。ESL 标签读写器根据用户需求接收工作终端的响应指令，更新 ESL 电子货架标签的显示内容。整个系统基于 IP 网络构建 ：ESL 标签读写器、工作终端、ESL 服务器均采用有线连接，手持式移动终端采用 WiFi 连接。

1.2 软件架构

系统软件以 B/S 架构实现。仓储电子货架标签系统由Web 应用管理服务程序、ESL 标签读写程序、移动管理程序以及数据库组成。系统软件结构如图 3 所示。

Web 应用管理服务程序主要实现如下目标 ：

（1）库房、装备物资、查询统计等与仓储操作相关的管理功能 ；

（2）标签读写器设置与控制。

ESL 标签读写程序主要实现如下目标 ：

（1）接收管理服务程序的控制指令，设置自身工作状态 ；

（2）更新 ESL 电子标签中的显示内容。移动管理程序、ESL 标签读写程序通过 Web Service 与主程序交互。

2 系统实现

仓储电子货架系统采用 Visual Studio 2008[10] 开发，开发语言为 C#，数据库选用 SQL Server 2008 RTM。

2.1 ESL 标签读写程序

本系统中，系统为每个库房配置三台 ESL 标签读写器并为每层货架配置一枚 ESL 电子货架标签。每枚货架标签拥有唯一的 8 位十六进制 ID，用于进行身份标识。在使用中，标签读写器通过该 ID 标识查询 ESL 货架标签并更新其数据显示 ：标签读写器首先广播货架标签 ID，货架标签接收到广播指令后，会检测广播 ID 与自身 ID 标识是否一致。如标签ID 匹配，则继续接收数据并更新数据显示 ；如不匹配则简单地抛弃处理。本系统标签读写器与 ESL 货架标签分别选用富士康 CMC191[11] 与 CMC3703[12]。

CMC191 标签读写器开发过程如下 ：

（1）根据预先设置的工作参数连接标签读写器，若连接成功，则向读写器发送控制指令，同时，在命令的回调函数中实现货架标签数据的更新操作 ；

（2）关闭标签读写器。

开发流程如图 4 所示。

ESL 货架标签显示内容动态更新过程如下 ：

（1）当装备物资上下架后，系统首先根据货架标签 ID计算出该层货架存放的物品名称与数量 ；

（2）利用 .NET GDI+ 动态绘制一张表格，并将表格保存为 bmp 格式的文件 ； （3）连接 CMC191 读写器并发送 Update 命令，更新此货架标签 ID 号的显示，显示内容即为刚刚生成的 bmp 文件。

操作 CMC191 标签读写器的主要实现代码如下 ：

2.2 移动管理程序

手持移动端主要实现移动环境下的仓储管理操作，如装备物资的上下架、库存盘点等作业。本系统手持终端选用富士康 CMC165C。CMC165 采用微软的 WinCE 6.0 嵌入式操作系统，支持 RFID 与 2D 条码功能。装备物资上架过程如下。

（1）将装备上架并码放整齐。

（2）通过 CMC165C 读取调拨单。

（3）扫描 PCB 货柜标识，并依次扫描上架装备的 RFID标签。

（4）提交系统验证，如果 CMC165 扫描到的上架装备与调拨单不一致，系统给予相应提示，上架操作失败 ；如果核对一致，系统则根据操作立即更新货架标签显示内容。

CMC165C 的开发过程与 Windows 桌面应用开发过程并没有太大区别 ：在 Visual Studio 2008 上编写相应的业务逻辑，然后将编译好的程序通过 ActiveSync 下载到 CMC165C 上执行即可。ActiveSync 是微软提供的用于上位机与目标机之间同步程序与数据的开发工具。

CMC165C 的 RFID 功能开发流程如下 ：

（1）指定 RFID 读写器的串口端口号 ；

（2）连接并打开读写器 ；

（3）执行读、写、寻卡等操作，并在对应操作的回调函数中添加需要处理的业务逻辑代码 ；

（4）关闭读写器。

3 结 语

仓储电子货架标签系统将 ESL 电子货架标签引入传统的仓储管理系统中，在降低人力开销的基础上，有效提高了仓储作业的准确性与快捷性。目前，ESL 电子货架标签已成功地应用于仓储物流、零售超市、供应链管理等领域，具有十分广阔的应用前景。