基于超高频RFID 技术的物管系统的设计与
实现
银磊，罗红*
作者简介：银磊，(1987-)，男，硕士研究生，主要研究方向：RFID，室内定位等. E-mail: yinlei.bupt@gmail.com
通信联系人：罗红，（1968-），女，教授，现代通信网络技术及物联网，通信软件。E-mail: luoh@bupt.edu.cn
5 （北京邮电大学计算机学院物联网中心，北京 100876）
摘要：以超高频RFID 射频识别技术为核心的物管系统，可以对物资存放场所中的物资进行
实时监控，并使用无线传输将信息回传到服务系统中，通过对物资信息的分析处理，实现对
物资的管理及监控。本文详细介绍该系统的硬件和软件设计，并完成了软硬件的开发。
关键词：射频识别技术；物管系统；.Net 框架
 0 引言
以往的物资管理工作，都是由管理科室的工作人员按照物资清单对照实物逐一确认，再
25 将核实后的物资信息录入到服务器中进行更新。信息化建设比较先进的部门利用条码技术，
通过手持终端读取资产上装贴的条码进行资产信息登录。这种方法在一定程度上减轻了劳动
强度，但是由于需要可视化读取和人工确认，还存在工作效率低、实施成本高、信息出错的
问题。
信息科学技术为建立智能化和网络化的物管体系提供了基础技术和必备的先决条件[1]。
30 本文通过对超高频射频识别技术的研究，利用射频识别技术的非可视读取，多标签读取等优
点将其应用于物管系统中。这种高效率的信息处理方式可以保证设备在第一时间得到恰当处
理，减少人工管理的中间环节，从而避免物资管理的差错，提高管理质量与效率。把射频识
别技术应用在物管系统中，将改变长期以来物资难于管理的局面，同时将大大提高物管系统
自动化程度。
35 1 射频识别技术
RFID 是射频识别技术(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20 世纪
90 年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合实
现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，可工作于各种恶劣环境，可识
别高速运动物体并同时识别多个电子标签，无须人工干预，操作快捷方便。
 40 最基本的RFID 系统由三部分组成：标签（即射频卡）、读写器（也称阅读器）、天线
[2]。射频标签：具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信息。读写器：读取或写入
标签信息的设备。天线：在标签和读取器间传递射频信号。硬件主体架构如图1 所示。
图1 RFID 系统的硬件主体架构
45 Fig. 1 The main structure of the RFID system’s hardware
常见的射频识别工作频率有：低频125kHz、134.2kHz，高频13.56MHz，超高频
860-930MHz、2.45GHz、微波5.8GHz [3]。超高频RFID 主要用于长读写距离和高读写速度
的应用。
50 2 超高频RFID 物管系统的总体设计
2.1 系统组成
超高频RFID 物管系统主要由射频识别标签、清点巡检终端、无线传输模块、标签管理
系统及物资管理服务系统五个部分组成。其中物资管理服务系统是整个RFID 物管系统的核
心，控制并协调其余各个模块之间的数据通信，并将所有上报的有效信息处理、汇总，实时
55 刷新前端页面。
2.1.1 射频识别标签
标签根据是否内置电源，可以分为三种类型：被动式标签、主动式标签和半主动式标签
[4]。主动式标签也叫有源标签，标签内装有电池，使用标签内电池的能量，识别距离较长，
但其价格较高。而且因为自带电池，有源标签体积较大，无法做成薄卡的形式，还需要定期
60 更换电池。因此在本系统中，我们使用另一种被动式标签，被动式标签也叫无源电子标签，
标签不含电池，利用读写器发射的电磁场能量作为自己的能量[5]。被动式标签具有价格低廉、
易部署、易维护、安全性强等特点，所以非常适合在物管系统使用。半主动式标签同样携带
电池，为标签内部计算提供能量，但无线通信依然通过阅读器发射的电磁波获得能量，不在
 本系统的应用范围。被动式标签将部署在每个物资之上，用于存储固定的物资编码信息，并
65 且与物资一一对应。
2.1.2 清点巡检终端
清点巡检终端分为固定式清点终端和手持式移动巡检终端两种，负责读取标签中的物资
信息，并将其传输到物资管理服务系统中。固定式清点终端由RFID Reader、天线与台式机
组成，对固定区域的设备进行实时清点，保证物资管理的安全性与可靠性。手持式移动巡检
70 终端同样包含RFID Reader、天线两部分，用来进行物资定位查找等工作，由于移动性，所
以必须与移动设备进行绑定，在本系统中使用飞凌FL2440 嵌入式开发板并使用WINCE 操
作系统作为手持设备。
2.1.3 无线传输模块
无线传输模块包含蓝牙和wifi 两种传输方式，根据不同的使用环境而选择。无线传输
75 是物资管理服务系统与清点巡检终端之间的通信模块，将读取到的标签信息通过无线传输的
方式发送到管理服务系统中，实现系统对设备的管理监控。
2.1.4 标签管理系统
标签管理系统对所有射频标签进行管理。主要负责对标签初始化、写入数据信息、维护
标签内容、设置密钥等操作。
80 2.1.5 物资管理服务系统
物资管理服务系统是整个物管系统的核心控制模块，以下简称服务系统。不仅对物资的
添加、维护、借调、报废等基本信息进行管理，还通过处理分析由清点巡检终端获得的物资
信息，分析物资状态，及时报告移出、丢失等情况，实现对物资的实时监控及调度。
2.2 功能实现
85 对于物资管理，需要在物资存放地点，如实验室、仓库等场所进行监控，首先将已经初
始化完成的射频标签部署到对应的物资表面，然后在存放地点布置若干台固定式清点终端，
可以完全覆盖场地区域即可。手持式作为巡检使用，为了保证其方便灵活，使用功耗较小
RFID 设备。清点终端通过网络与服务系统相连接，一旦服务系统发出清点指定，各个客户
端开始扫描，并将扫描到的标签信息上报到服务系统中，服务系统对各个终端上报的数据进
90 行分析处理，将处理后的结果存入数据库，并发送到前端显示，提示工作人员处理。
3 系统的硬件设计
超高频射频识别系统应用在物管系统中，硬件设计主要体现在清点巡检终端、无线传输
模块和服务系统服务器三个模块。服务系统服务器和清点巡检终端之间通过无线传输实现远
程的通信。系统原理框图如图2 所示。
95 清点巡检终端包括超高频读写器、手持式FL2440 开发板、固定式终端。其中超高频读
写器使用Intel R1000 模块，工作频率为915MHz，该读写器的有效识别距离可达2 到10 米，
支持串口与USB 两种通信接口。读写器与射频标签无线通信使用ISO18000-6C 协议[6]。结
构框图如图3 所示。
 100 图2 系统硬件设计框图
Fig. 2 The diagram of the system hardware design
图3 清点巡检终端结构框图
105 Fig. 3 The structure of the inventory inspection terminal
4 系统的软件设计
4.1 系统的操作流程
系统中的核心管理单元物资管理服务系统控制整个系统运行，其中最基本的物资信息维
110 护、借调等功能在此不多描述，主要介绍应用了超高频射频识别技术的物资巡检清点功能。
清点巡检终端上电之后，等待服务系统发送指令，当服务系统启动巡检后以固定的时间间隔
循环发送巡检指令，清点巡检终端收到指令后，即扫描周围的物资信息并发送回服务系统。
服务系统收到终端发回的物资信息后，将发来数据的终端地址映射为地点信息，将其与数据
库中的物资位置信息进行核对，最终将核对结果反馈到前端界面，由工作人员核查。系统的
115 主体操作流程如图4 所示。
4.2 巡检清点终端
巡检清点终端是整个系统中的一个重要组成部分，部署在物资存放地点的终端读取配置
文件中的服务器地址等信息，进行连接服务器等初始化操作，初始化完成后开始等待服务系
统指令。当接收到服务系统的巡检指令后，扫描识别覆盖范围内的射频标签，读取标签中存
120 储的有效信息，并将对应的物资信息通过无线传输模块上报到服务系统。巡检清点终端工作
流程如图5 所示。
4.3 标签管理系统
标签管理系统负责对射频标签进行初始化、加密、修改标签信息、校验等工作。当有新
物资备案时，首先需要为其分配一个标签，通过标签管理系统为其写入相关信息，并将标签
125 进行加密操作。每个标签与物资必须一一对应。当某物资永久移除系统后，射频标签还可通
 图4 系统主体操作流程图
Fig. 4 The flow chart of the main operation in the system
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图5 巡检清点终端工作流程图
Fig. 5 The flow chart of the inventory inspection terminal
过修改其信息重复利用。每隔一段时间，标签管理系统会通过手持终端对已布置的标签
135 进行自动校验，查看是否有遗失或损坏的标签。
4.4 物资管理服务系统
物资管理服务系统是整个物管系统的核心管理单元。服务系统分为用户及用户组管理模
块、基本管理功能模块及物资监控模块三个部分。服务系统以Microsoft Visual Studio 开发
工具为基础，基于.Net 框架。.Net 框架提供了建立和运行.NET 应用程序所需要的编辑、编
 140 译等核心服务，提供了托管执行环境、简化的开发和部署以及与各种编程语言的集成[7]。主
要功能模块结构如图6 所示。
图6 物资管理服务系统功能模块结构图
Fig. 6 The block diagram of the service system's function
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用户及用户组管理模块提供对用户和用户组的管理，可添加删除用户及用户组，并且可
以为用户组设置不同的权限，默认为管理员组、物资管理员组和普通用户组三个级别。其中
管理员组不可被删除或修改权限，且具有最高权限。通过管理权限实现分级管理，提高系统
数据的安全性。
150 基本管理功能模块提供物管系统最基本的物资管理功能，包括物资查看、添加、修改、
借出还入、调拨管理、维修管理、报废管理等功能。
物资监控模块提供物资清点巡检、物资定位、遗失警报等基于RFID 技术的服务。物资
监控模块中维护着一个清点监控终端列表，记录当前的终端状态，如果终端因某种问题离线，
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