（机械电子工程专业论文）基于射频识别技术的邮政速递总包处理应用系统.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 锨经2 一一一 日期： 盈丑：主：兰显 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在三年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学 本人签名： 导师签名： 焉授盏如孑 日期： ：之里 12 ：! 垒： 日期：型弓l l 丛 基于射频识别 课题根据r f i d 技 递总包邮件和部分普邮总包邮件的营业封发、汇集运输和转趟运输、 分拣和交接处理流程中，选择适当操作环节应用r f i d 技术，并对原 有的工艺流程进行优化。 课题首先分析了邮政速递信息编码、业务服务、信息网络架构的 特定需求，提出了采用条码标识与射频编码标识相结合的方案，实现 了条码技术与无线射频技术的兼容。能够充分利用邮政现有信息资源 和投资，仅需流程和软件改造即可在电子化支局网点继续使用原有的 条码识读设备，不需配置大量昂贵额射频设备。采用可读写标签适应 邮政干线运输要求。 课题建立了r f i d 信息与邮政企业的现有信息系统的信息集成和 信息共享机制，采用分布式的数据组织模式，利用邮政现有的信息网 络支撑系统，达到r f i d 系统与电子化支局系统、总包分拣系统等相 关系统之间稳定、开放、可扩展的网络连接，实现稳定可靠的数据交 换；能有效支撑现有系统的运转和业务的发展；达到了实物流与信息 流高度统一、总包交接分拣自动化、便捷化的目的，同时具有较好的 经济效益和社会效益。 课题成功应用于上海邮政6 0 0 多个电子化网点、沪青平和浦东 两个大型邮件处理中心、新客站等三个邮件转运站，识别率达到9 9 以上，总包分拣速度提高2 0 以上，使用效果显著。 关键词：射频识别邮政速递业务流程再造包裹信息自动识别 北京邮电大学 t h ep o s l = ：a le x p r e ssp a c k a g e p r o c e s s i n gs y s t e mb a s e do nr f i dt e c h n o l o g y a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fr f i dt e c h n o l o g ya n d t h ep o s t a l t e c h n i c ，w h e np r o c e s s i n gp o s t a le x p r e s st o t a lp a c k a g e sa n dn o r m a lt o t a l p a c k a g e s ，w ec a nc h o o s es o m ea p p r o p r i a t ef l o w s ，s u c ha sp a c k a g e s e n v e l o p i n g ，p a c k a g e s t r a n s p o r t i n g ，p a c k a g e s t r a n s f e r r i n g ，p a c k a g e s s o r t i n ga n dp a c k a g e s r e c e i v i n g ，t ou s er f i dt e c h n o l o g ya n do p t i m i z et h e o t h e rf o r m e rf l o w si no r d e rt on o t o n l ym a k et h ea c c u r a t er a t ef o r d i s c r i m i n a t i n gu pt o9 9p e r c e n t so rm o r e ，b u ta l s oi n c r e a s et h es o r t i n g s p e e db ym o r et h a n2 0p e r c e n t s a n dt h em a i np u r p o s eo ft h i sp r o j e c ti s t oi n t r o d u c et h i n g sa b o v et oy o u f i r s to fa l l ，t h ep r o j e c ta n a l y s e st h es p e c i a ld e m a n do ft h ei n f o r m a t i o n c o d i n go fp o s t a le x p r e s s ，t h es e r v i c e sa n dt h ef r a m eo fi n f o r m a t i o nn e t ， a n dt h e nt a k eo u tt h es c h e m ew i t ht h ec o m b i n a t i o no fb a rc o d ea n dr f i d ， a n dm a k eb a rc o d et e c h n o l o g ya n dr f i dt e c h n o l o g yb ec o m p a t i b l e t o g oo nw i t ht h ef o r m e rc o d er e a d e re q u i p m e n t si n6 0 0e l e c t r o n i cp o s t a l b r a n c ho f f i c e s ，i n s t e a do fp u r c h a s i n ga p l e n t yo fe x p e n s i v er f i d e q u i p m e n t s ，o n l yt h ea l t e r a t i o n s o ft h ef l o wa n dt h es o f t w a r ea r e n e c e s s a r y , w h i c hi n d i c a t e st h a tw ec a nm a k ef u l lu s eo ft h ep o s t i n f o r m a t i o nr e s o u r c ea n di n v e s t m e n tw h i c hh a v ea l r e a d ye x i s t e d u s i n g t a gw h i c hc a nb er e a da n dw r i t t e ni sa p p e a l e dt ot h em a i np o s t a lt r a n s p o r t w h a ti sm o r e ，t h ep r o j e c te s t a b l i s h sai n f o r m a t i o ns h a r em o d ea n d i n f o r m a t i o nc o m p o s i t i v em o d eb e t w e e nt h er f i di n f o r m a t i o na n d p o s t a l i n f o r m a t i o ns y s t e m u s i n gd i s t r i b u t e dd a t ao r g a n i z i n gm o d ea n dt h e i i 1 一 t h ea u t o m a t i o na n df a c i l i t yf o rs o r t i n g b e n e f i ta n ds o c i a lb e n e f i ta sr e t u r n f i n a l l y , t h e r ea r em o r et h a n6 0 0p o s t a lb r a n c ho f f i c e sa n dt h r e ep o s t a l p a c k a g e st r a n s p o r ts t a t i o n s ，w h i c ha leh uq i n gp i n gs t a t i o n ，p ud o n g s t a t i o na n dn e w s t a t i o n ，h a v ee q u i p p e dt h er f i ds y s t e m i ti ss a i dt h a t t h es y s t e mi sd o i n gav e r yg o o d j o b k e y w o r d s - i 江i d ，p o s t a le x p r e s s ，b u s i n e s sf l o wr e b u i l d i n g ， a u t o m a t i cs c a n n i n go fp a r c e li n f o r m a t i o n i i i 目录 第一章课题综述 1 1 研究背景及意义” 1 2 国内外邮政应用状况l 1 3 论文主要研究内容2 1 4 论文组织结构一3 第二章射频系统技术参数选择4 2 1 射频识别技术综述4 2 1 1 r fid 系统基本组成4 2 1 2r fid 系统基本原理”4 2 1 3r fld 系统同其它自动识别技术比较6 2 1 4r fid 系统分类7 2 1 6 r fid 系统数据调制及编码”1 0 2 1 7r fid 系统多标签识别与防碰撞”1 0 2 2 产品与环境测试分析1 1 2 2 1测试目的与内容1 1 2 2 2 测试条件与设备1 1 2 2 3 测试方案及数据1 3 2 2 4 数据分析与结论1 5 2 3 盱id 系统参数确定1 7 2 3 1系统频率选择1 7 2 3 2 标签选择1 9 2 3 3 标签封装2 1 2 3 4 读写器技术要求2 1 第三章速递总包射频系统方案设计2 3 3 1 上海邮政速递生产现状分析2 3 3 1 1 场地布局及网路组织2 3 3 1 2 网络系统2 4 3 1 3 作业流程2 5 3 2 邮政速递总包业务分析2 7 3 2 1条码现存问题2 7 3 2 2 邮件处理时限2 7 3 2 3 邮件跟踪查询与分析2 8 3 3 射频识别系统方案设计”2 9 3 3 1 系统总体结构框架2 9 3 3 2 总包全信息方案3 0 3 3 3 全过程id 信息方案3 7 3 3 4 分段结合方案4 l 3 4 射频识别系统方案比较4 5 第四章r f ld 应用系统组成及实现4 6 4 1 射频袋牌总包识别系统”4 6 4 1 1总体改造工艺流程图4 6 4 1 2电子化支局操作修改流程说明4 8 4 2 射频袋牌总包交接系统4 9 4 2 1 总包门洞式交接系统：o ooo o o o o o o o o o o o o o oo o o oo o o o oo o oo o o 0 0 4 9 4 2 2 总包胶带机交接系统5 l 4 3 射频袋牌总包分拣系统5 3 4 3 1系统数据交互关系5 3 4 3 2 批量固定式阅读器控制软件5 4 4 3 3 上包台阅读器控制软件6 8 4 4 射频袋牌回收系统8 0 4 4 1 射频袋牌的管理8 0 4 4 2 系统功能及数据流程8 1 第五章试运行及改进”8 2 5 1 试运行概况8 2 5 2 技术指标8 2 5 3 业务功能8 2 5 4 应用价值分析8 3 5 4 1提高总包交接效率8 3 5 4 2 解决总包分拣瓶颈8 3 5 4 3 实现射频标签的循环使用维护8 3 5 5 双频技术改进方案8 4 第六章总结及展望8 5 参考文献8 6 致谢8 7 攻读学位期间发表学术论文目录8 8 2 北京邮电大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章课题综述 射频识别技术( 以下简称r f i d - - r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 是上 世纪9 0 年代兴起的利用大规模集成电路与无线通信技术相结合的自动识别技 术，实现了标签存储信息的识别和数据交换。它相对于条形码技术有非接触式、 非视线识别、可擦写信息、更大的读写距离、大容量( 相对条形码) 、可多个识别 等突出优势，代表着自动识别领域的前进方向，对现代工业生产与服务将产生革 命性影响。已经在动物识别、门禁系统、生产制造和装配、供应链管理、航空行 李处理等领域获得了大量应用。 为推进我国自主知识产权的r f i d 相关技术发展，促进r f i d 技术在我国推广 应用，国家科技部在国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 中启动射频识别若干 关键技术研究与开发项目，同时以子课题的形式，在全国若干行业展开面向应 用的r f i d 技术应用研究。射频识别在上海邮政速递总包处理中的应用研究就 是其中之一。 上海市邮政局速递业务量大，在全国占有重要的地位，对采用新技术提高生 产效率有着迫切的要求，同时具备较好的基础试点条件。在上海邮政速递生产中 研究和实施r f i d 技术的应用方案，可有效提高速递邮件传递速度和服务质量， 提高速递生产的劳动生产率，而且通过进一步完善信息系统后，可以实现邮件从 收寄、运输、分拣、投递整个环节的高度信息化管理，提高企业信息化水平，促 进上海邮政从传统邮政企业向现代化信息化综合物流企业发展的进程。 1 2 国内外邮政应用状况 据市场研究公司i d t e c h e x 调查得到的数据表明：到2 0 2 0 年全球邮政服 务每年需要一万亿个包裹和信件标签，这使得邮政服务成为继零售供应链之外的 第二大r f i d 应用市场。 目前，国外很多发达国家都在进行r f i d 技术改造邮政服务旧： 意大利邮局利用e s c o r tm e m o r ys y s t e m s 公司专门为邮政业务设计的 f a s t t r a c kt m 隧道式天线和一次性被动式无线标签使得能在保证的2 4 ( 或4 8 ) 小时内将各种紧急的信件送达目的地。 英国伦敦的邮政中心采用4 1 1e u r e k a 标签系统被用来鉴别邮政中的“m i n i 北京邮电大学硕士学位论文 y o r k s ( 是一种滚柱罩) ，并以此方法进行邮件的邮递工作。彻底改变了以前邮 政网络因为经常在进行邮件分类工作时短缺m i n iy o r k s ，由此引起邮递的延迟。 澳大利亚邮政中心( a u s t r a l i ap o s t ) 出于改善邮政运营机制中的监控和管 理质量的目的，通过装配4 0 0 多个读卡器，同时使用大约1 2 5 0 0 枚有源标签，随 后对已贴有r f i d 标签的“特别 信件( 包裹) 在国内邮政服务系统中的流程加 以追踪；同样的，对国际信件也会使用相同的r f i d 技术进行追踪。2 0 0 6 年1 月， r f i d 信件分拣和投递系统投入使用，贴有r f i d 标签的信件和包裹在经由关键分 拣区域时，受到高度自动化的监控管理。 沙特邮局、德国邮政等也已进行了成功的r f i d 试运行，以提高服务水平并 减少成本。 中国邮政应用r f i d 技术虽然刚刚起步，但已被列入国家科技部的十一五计 划中作为重点的发展方向；国家邮政局也开展了r f i d 技术相关的研究工作，目 的为建立r f i d 的行业标准以及以此提高邮件的处理时限，从而根本上提高其竞 争力。 1 3 论文主要研究内容 论文基于国内外的r f i d 应用发展趋势，提出将该技术应用于国内邮政速递 总包处理当中。文章更侧重于r f i d 技术的应用环节，并首先选择了闭环系统应 用，容易实现控制及制定相关标准。在项目实施中，做到了三维的标准化，即数 据标准化，报文标准化和流程的标准化。 在邮政信息系统里，r f i d 不是孤立存在的，而是作为前端数据采集的手段， 最终还是和后台的邮政综合管理信息系统( m i s ) 相连接，实现了速递总包的自 动识别、路单信息的自动勾挑核对、包裹分拣机上的自动供包并由控制计算机按 照一定的规则实现对总包的分拣处理。研究内容的重点主要有以下三个部分： l 、r f i d 技术在邮政速递总包处理中总体方案设计与比较。由于整个系统采用成 熟的r f i d 设备，所以这一部分的主要工作是对应用之后的工艺流程、信息系统 以及设备配置进行说明。 2 、基于自动供包的分拣机控制系统的实现。建立一个基于r f i d 的分拣机控制 信息系统，实现总包邮件的自动识别、自动供件，网络分拣，数据统计查询等功 能。 3 、r f i d 系统测试及分析。根据实际业务要求以及应用环境，对r f i d 系统测试 并分析，达到优化系统以及提高识读率。 2 北京邮电大学硕士学位论文 1 4 论文组织结构 第一章是课题的综述，简要介绍了项目的背景意义、国内外的发展状况以及 论文的内容及结构体系。 第二章对项目实施中的射频识别技术参数作了分析选择。主要从三个方面进 行了分析：射频识别技术本身特点、在邮政速递现场的实验、最后是对这次项目 中所使用的r f i d 技术中关键的系统频率、标签类型等参数作出了选择。 第三章从分析上海邮政速递生产现状入手，对现有的业务进行了深入的分析 后，并针对实际应用，设计了三套详细的总体方案，并对其作了比较选择。 第四章系统的具体实施，划分为识别、交接、分拣、回收四个子系统，并对 作者负责完成的分拣子系统的实现做了详细的说明。 第五章介绍了整个项目实施之后的试运行情况以及有待改进的地方。 最后一章对论文所做的工作进行了总结，并提出展望。 在整个项目中，作者参与了项目的方案设计、具体实施以及测试验收的全过 程，并主要负责完成了项目中分拣系统中的射频识别系统以及交叉带分拣机的 软硬件改造。 3 八十年代逐渐 ，射频识别系 无线电波或微 标签( 也称应答器) 由耦合元件及微电子芯片组成，是射频识别系统真正的数 据载体，一般保存有约定格式的电子数据。通常在读写器的响应范围外，应答器 处于无源或休眠状态。在实际应用中，电子标签附着在待识物体的表面，用以标 识目标对象。 2 、读写器( r e a d e r ) ： 也称阅读器、读头等。是读取或读写标签信息的设备，通常包含高频模块( 发 送器和接收器) 、控制单元与应答器连接的耦合元件。可设计为手持式或固定式。 读写器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别 物体的目的。 3 、天线( a n t e n n a ) ： 在标签和读写器间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中除了系统功率 外，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接受，需要专业人员对系统天 线进行设计、安装。有时读写器和天线也可集成为一体化读写器。 2 1 2r f id 系统基本原理 r f i d 系统进行识别时，读写器和标签之间的射频信号有两种耦合类型钔： l 、电感耦合系统原理 采用电感耦合方式的r f i d 系统的标签几乎都是无源工作的，芯片工作所需 的全部能量均须由读写器供应。电感耦合系统使用的频率一般为低频或中频。由 4 北京邮电大学硕士学位论文 于读写器与标签之间的距离比使用的频率范围内的波长( ( 1 3 5 k h z ：2 4 0 0 m ， 1 3 5 6 m h z ：2 2 1 m ) 小许多倍( 线圈之间的距离d 0 1 6 入) ，可将标签到读写器 距离间的电磁场当作简单的交变磁场对待。发射磁场的磁力线穿过标签的天线线 圈，在线圈上产生感应电压，将一个电容与线圈并联，构成谐振频率与读写器发 射频率相符的l c 并联振荡回路。该回路的谐振使得标签线圈的电压达到最大值， 经过整流后供标签的芯片使用。 标签到读写器的数据传输方式可分为负载调制和使用副载波的负载调制。负 载调制即用经过编码的数据信号改变标签回路的负载电阻，使得读写器天线的负 载电压发生变化即振幅调制，通过对读写器电压信号的解调获得所传递的数据信 息。由于读写器上获得的调制电压信号比读写器的输出电压信号小很多个数量 级，为了取得更好的效果，经常使用副载波调制。即标签电路利用副载波产生的 波边带对信号调制，在读写器通过带通滤波器使得调制波边带于读写器的较强的 信号分开，在放大后可容易地解调副载波信号。电感耦合方式的射频识别系统原 理示意如下图： l l 一_ j 棚勰 _ _ l i l i 应咎曩 图2 1 电感耦合方式射频识别原理 由于电感耦合系统的效率不高，一般只适用于低电流电路。通常用于中、低 频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：1 2 5 k h z ，2 2 5 k h z 和1 3 5 6 m h z 。 识别作用距离小于1 m ，典型作用距离为l o c m - - - 2 0 c m 。 2 、电磁反向散射耦合 在典型的远场中，如9 1 5 m h z 和2 4 g h z 射频系统中，读写器和标签之间的作 用可视同雷达原理模型，r f i d 电子标签在接收到读写器发出的高频信号后，经 过射频检波、倍压、稳压、存储电路处理，转化为电子标签工作所需要的工作电 压。在发送电子标签所载数据时，通过一个混频器( 逻辑门) 将数据信号与中频 信号进行调制，并用调制结果控制天线的“阻抗开关”改变天线的反射系数，使 得读写器接收到的能量呈现出不同的幅度，从而完成调制和传输过程。 5 北京邮电大学硕士学位论文 电磁反向散射耦合系统原理示意如下： p lp l 定向耦合器 t , - - i1 d lm t x 卜_ i s d 一p l 一鼍l 轧nr - - i c i 什 = 一 6 4 0 8 已 收发器 r x 阅读器。， - l l l i 髑仪于 应答器 图2 2电磁反向散射耦合方式射频- e 另, j 原理 电磁反向耦合方式一般适用于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典望 的工作频率有：4 3 3 m h z ，9 1 5 m h z ，2 4 5 g h z 和5 8 g h z 。识别作用距离大于1 m 。 典型作用距离为3 - - l o m 。 2 1 3 r f i d 系统同其它自动识别技术比较 表2 - 1 条码与r f i d 两种不同信息采集方式的比较8 1 项目条码光学符号识别i c 卡 射频识别 ( o c r ) 系统 信息载体纸、塑料、纸、塑料、金属表 e e p r o me e p r o m 金属表面面 典型的数据量( 字节)l 1 0 01 1 0 01 6 6 4 k1 6 6 4 k 数据密度小小很高 很高 机器阅读的可读性好好好好 个人阅读的可读性受制约简单容易不刚能不h j 能 受污染潮湿的影响 很严重很严重 可能( 接触)没有影响 受光遮盖影响全部失效全部失效没有影响没有影响 受方向和位置影响很小很小一个方向插入没有影响 用坏磨损有条件的有条件的有条件的没有影响 使用寿命一次性一次性 可循环使用可循环使 用 购置费电子阅读设备很少一般很少一般 打印费用( 如打印机)很少很少无无 未经准许的复制或修改容易容易不可能 不可能 6 北京邮电大学硕士学位论文 读取方式 c c d 或激光 c c d 或激光束扫描接触式i o 电无线通信 束扫描路 阅读速度( 包括数据载低 - 4 s低3 s低3 s很快( 体的使用) 0 5 s ) 数据载体与读写器之间 o - - - 5 0 c m lc m ( 扫描器) 直接接触 o - - 5 m 的最大距离 不可能不可能 不可能 应用最大 多标签系统识别 2 5 6 个 2 1 4r f i d 系统分类 由于射频识别技术综合了高频技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据保护 和密码学、信息技术等多领域的技术，射频识别系统表现出多种不同的特征和特 性。可以把市场上的射频识别系统按照系统的功能和特性分类，即按数据载体的 存储能力、处理速度、作用距离和密码功能等分类，构成从低档到高档的整个谱 系。通常可以按各种基本区别特征分为多种形式。主要类型见下表阳： 7 8 瞥 誊： _ 。1 7 睡 警 北京邮电大学硕士学位论文 2 1 5r f i d 系统基本技术参数 1 、标签的技术参数 ( 1 ) 标签的能量供应方式： 标签按其能量供应方式分为有源标签及无源标签两种。有源标签使用标签内 的电池能量，识别距离较长，可达几米，但是它的寿命有限并且价格较高；无源 标签不含有电池，它接收到读写器的电磁信号后经整流为直流电供芯片工作，一 般可做到免维护。它的重量轻、体积小，寿命非常长、价格便宜，但它在发射距 离及适应物体运动速度方面略受限制，一般是可以做到l m 6 m ，且需要读写器 的发射功率较大。 ( 2 ) 标签的读写性： 根据内部使用存储器类型的不同，标签可以分成只读标签与可读可写标签。 只读标签内部只有只读存储器r o m 和随机存储器r a m ，可读可写标签除了r o m 和 r a m 外还有非活动可编程记忆存储器，可以实现对原有数据的擦除以及数据的重 新写入。 ( 3 ) 标签的内存容量： 标签携带的可供写入数据的内存量。 ( 4 ) 标签的封装方式： 取决于标签天线的形状，不同的天线可封装为不同的标签型式，运用在不同 的场合，具有不同的识别性能。 ( 5 ) 标签信息的传输速率： 标签向读写器反馈所携带的数据的传递速度以及接收来自读写器的写入数 据命令的速率。 ( 6 ) 标签的读写速度： 由标签被读写器识别和写入的时间决定，一般为毫秒级。 2 、读写器的技术参数 ( 1 ) 读写器的工作频率： 与标签的工作频率相对应，部分产品频率可调 ( 2 ) 读写器的输出功率： 必须符合使用国家或者地区对于无线发射功率的许可标准。如美国的f c c 许可。 ( 3 ) 读写器的输出端口形式： 可根据用户的需要设计成r s 2 3 2 、r s 4 8 5 、r j 4 5 、无线网络等形式。 9 。鬣op|”f”p弘一扩 通信：从读写器到标签的广播式通信，以及从标签到读写器的多路存取通信。 射频系统中可以采用空分多路法( s d m a ) 、频分多路法( f d m a ) 和时分多路法( t d m a ) 进行多路存取的反碰撞控制。 ( 1 ) 空分多路法： 空分多路法用各个确定的，独立的相位去控制每个偶极子元件，使得由每个 偶极子的单个波所叠加的整个天线的方向图在某个方向上得到加强，在其他方向 上全部或部分抵消，以划分空间区域。在用可调的移相器给各个偶极子提供相位 可调的高频电压后，就可以实现定向天线分区扫描读写器的空间。因为天线系统 非常复杂，需要较高的实施费用，所以仅在特殊场合下有所应用，如大型马拉松 活动中。 ( 2 ) 频分多路法： 频分多路法是在标签上采用不同频率应答频率来防止标签信息的碰撞。因为 每个标签的上行链路必须采用不同的副载波频率进行传输，接收通路必须由自己 的单独接收器供使用，读写器成本很高，故这种防碰撞方式很少应用。 ( 3 ) 时分多路法： 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 时分多路法在射频系统中应用最广j 可细分为标签控制法和读写器控制法。 其中标签控制法有可分为开关断开法和非开关法。读写器控制法可分为轮询法和 二进制搜索法。通常以读写器控制方式的二进制搜索法应用最广。在使用二进制 搜索法时一般使用曼彻斯特编码方式。 2 2 产品与环境测试分析 2 2 1测试目的与内容 射频标签作为总包袋牌栓挂在邮袋上，测试9 1 5 m h z 频段的射频标签和识读 器的识读率，提供相关实验数据评测应用的可行性。 在总包邮件交换和总包邮件分拣环节牵涉到邮件的批量识别和顺序识别，故 确定以下两种试验方案：批量识别( 托盘或拖车运输) 和顺序识别( 胶带机传输) 。 针对两种识别方案，分别在上海邮政速递邮件处理中心和虹桥航空邮件转运站对 9 1 5 m n z 频段的识读装置进行了多次试验。 2 2 2 测试条件与设备 这些试验是有连贯性的，旨在展示性能和寻求系统的最佳配置。有以下约束 条件需要声明： 1 、只模拟了操作环境的主要条件 2 、试验环境模拟的是实际操作环境的一些主要条件，具有典型性，所以不一定 能把这个领域所有可能出现的问题都体现出来 北京邮电大学硕士学位论文 表2 - 3 测试条件 目录条件参数 标签附着物邮袋 被标识总包的放置位置在托盘小车的托盘上 在传送带上 天线类型圆极天线( 没有方向限制，距离近) 总包上的标签位置( 以地平面为参照)任意 识读范围内的标签数量单个标签 2 个( 标签识别) 或更多( 防冲突) ( 最多1 5 个) 标签运动状态总包在托盘小车上，以? 公里小时速度匀速运动 总包在传送带上，以? 米分钟匀速通过天线 标签识读中的疑难情况识读位于托盘小车( 有金属) 附近的标签 在包含有金属、液体产品的容器上识读标签 r f 干扰电钻在5 米的范围内频繁启停产生电磁干扰 实验设备主要包括以下几类： l 、托盘小车： 托盘小车是一种带轮的金属装卸设备，采用手工操作。它的速度大约是常规 下1 8 公里d , 时。 托盘小车试验面临的主要问题： ( 1 )r f 信号会被托盘小车上的金属杆屏蔽或削减，特别是标签非常接近或接触 到金属装置时。 ( 2 )标签是以托盘小车的普通运行速度或更高的速度通过识读窗口。 2 、皮带式传送带： 识读附着在金属和液体材质上的标签时，传送带运送单个物体逐渐靠近天 线，比在托盘架上同时识读多个物体的标签更有优势。 3 、识读设备 ( 1 )识读器x r 4 0 0 ： 试验采用了同一种s y m b o l 识读器的两种配置，识读器使用的是e p cg l o b o a l 标准协议，。识读器的工作频点是9 1 5 m ( 9 0 2 9 2 8 m 频率) 。主用配置采用了外接 天线，。 ( 2 ) c l a s s1 标签： 标签的最大识读距离大约5 米，与已知的高频无源标签的性能一致。标签被 写入3 0 位标准总包袋牌信息。 ( 3 )天线： 试验中用到商业上通用的圆极天线( 在有明显的r f 信号干扰的情况下用来 加强信号的接收) 。 1 2 北京邮电大学硕士学位论文 2 2 3 测试方案及数据 l ：月台交接测试 ( 1 ) 天线布置： 下面是实际测试中采用的天线角度示意图： 三二 图2 - 3 天线角度示意图 ( 2 ) 试验方案描述： 整车测试： 在小型拖车上随机摆放2 1 个系好标签的邮袋，牵引拖车正向3 次、反向3 次通过识读器，查看电脑记录到的标签个数，统计识读率。 移动测试： 看在一批包从t r a c k 上卸到托盘上的过程中，各种因素对r e a d e r 的识读率， 以调整到最佳。 极限情况的测试： 即最好与最差的状态，5 0 个包裹，都有t a g ，一个大车位，一辆大车( 8 t ) 。 ( 3 ) 试验数据记录 测试不同功率下的识读情况以及模拟扔包过程中t a g 的位置的不同的读取 情况。把t a g 都翻出来扔包与t a g 都隐藏起来扔，共五次。前三次t a g 露在外面， 功率1 0 0 ，识读率为1 0 0 ；第四次t a g 露在外面，功率9 5 ，识读率1 0 0 ； 第五次t a g 方向任意，功率8 5 ，识读率1 0 0 。 2 、传送带输送测试 ( 1 ) 天线布置 天线的角度，天线与皮带成一定角度( 大约1 5 度左右) ，通道入口位置距离 称重皮带开始处不到4 0 c m ，通道出口与光幕基本紧贴。 进行 上包 5 0 c m 左右，统计识读率。共测试三次，以下数据以最高的一次计算。 多包裹识读测试： 将4 2 个测试邮袋循环使用，一共测试2 1 组。每组两个邮袋一起通过上包皮 带，分别顺序通过识读器天线场域，标签随意摆放，每两组之间间隔5 0 a m 左右， 空邮袋识读测试： 将一个空邮袋循环使用，一共测试1 0 次。统计识读率。 极限测试： 标签完全压在包裹下面的情况，一共测试了4 4 个包裹，每两个之间间隔5 0 c m 左右，统计识读率。 改进后单个包裹识读测试( 两次) ： 第一次：将3 8 个测试邮袋依次摆放在胶带机上，上包皮带传送邮袋分别顺 序通过识读器天线场域，标签都向外，每两个之间间隔5 0 - 6 0 c m 左右，统计识读 率。第二次：将上一次中没有读到的挑出，剩下3 6 个，方法同上，再进行一次 测试。 ( 3 ) 测试数据记录 1 4 北京邮电大学硕士学位论文 表2 - 5 测试数据记录1 测试序号测试个识读个数识读个数识读个数( 返识读率备注 数组( 返回3 0( 返回e )回m ) 位总包信 息) 1 1 0 0 个 8 71 3 o8 9 其中有两个袋牌坏的 2 2 1 组 31 8 9 0 其中有两个袋牌坏的 31 0 个 01 001 0 0 44 4 个 2 9 1 326 6 该情况只做参考 表2 - 6 测试数据记录2 测试序号测试个识读个数识读个数识读个数( 返识读率备注 数组( 返回3 0( 返回e )回m ) 位总包信 息) 30 其中有一个袋牌坏 1 3 8 个 3 59 4 6 的，一个性能不好 23 6 个3 4l19 4 4 剔出以上两个标签 平均识读 9 4 5 率 2 2 4 数据分析与结论 1 、月台交接测试结果分析 托盘小车装载邮包通过场域，出现标签的平均识读率达不到1 0 0 ，经分析 主要原因如下：天线与标签相对位置随机；识读距离限制。 2 、传送带输送测试结果分析 ( 1 )测试一中出现标签的识读率不高，经分析主要原因如下： 标签本身坏了，事后经过数据分析证明确实有两个标签坏了。 标签由于没有封装，有个别的折了，影响了识读。 有个别的标签由于质量问题，确实存在识读困难得情况。 ( 2 )测试二中的识读率没有达到1 0 0 ，分析有以下原因： 由于在这次测试中标签的方位随意摆放，有可能有的标签压在比较大的包裹 下面而没有读出。 有的标签坏了，虽然两个一起进入通道，但实际也只能读到一个。 北京邮电大学硕士学位论文 ( 3 )测试三的识读率在1 0 0 ，这是因为没有射频袋牌的情况最容易被处理。所 以做的测试也比较少。 ( 4 )测试四是一个极限参考测试，可以大概了解在标签完全压在包裹下面时的 识读率，不作为软件修改依据。 ( 5 )测试一到四的改进建议： 通道位置向后移，以便使两个包裹之间的距离增加，减少读到m 的可能性。 天线的角度及位置应向后调整，以便更多次的读到包裹。 ( 6 )改进后的测试五 改进后的测试中标签的摆放位置都是特意放在包裹的上面，并露在外面进行 的测试，另外通过对胶带机的控制使得前个包裹完全从通道中出去后，再送入下 一个包裹。这次测试的包裹数量较少，说明天线位置及通道的改动对识读率的提 高是有帮助的，但还是有没有读到或多读的现象，因此不能确保识读率已经稳定 在这个水平。其中出现标签的识读率比上次有了明显的提高，经分析主要原因如 下： 通道的位置的移动，确保了测试包裹间的距离可以保证在5 0 6 0 c m 。减少了 读到多个包裹的可能性。 这次用的包裹是经过了几次筛选后得到的性能比较好的标签再进行测试的， 基本排除了标签由于质量问题，而识读困难的情况。 3 、测试结论 实际r f i d 应用中，有许多的干扰的因素，下面将定性的解释每种因素对识 读率的影响： ( 1 ) 金属： 有利于识读率的提高，因为金属使用对于超高频是不断反射其电磁波的，有 利于t a g 的识读。 ( 2 ) 包裹内容： 外包装是金属的，会阻碍r f 信号；液体能消弱、吸收、和分散r f 信号。主 要是液体对电磁波吸收的影响，所以对于t a g 的识读率的影响是有害的，其中也 包括人体的影响：在项目中基本不存在这种情况，因为标签是栓挂在口袋外面的， 而不是在里面。 ( 3 ) 阅读器的功率： 越高越好，其中采用的设备中1 0 0 0 m w 是其上限， ( 4 ) 天线的角度： 主要有两种，直射和反射，其中反射的好，因为读的范围更加广阔，读到的 可能性也更大。 1 6 ( 5 ) 移动与静止状态： 移动好，因为在r ff i 如果t a g 在移动，则随着e n e r g y 的改变，识读率则有相应的提高。 ( 6 ) 标签的位置： 在工人卸包的过程中，如果不是刻意去扔的话，则t a g 的位置有的可能露在 外面，有的可能压在包下。这个因素定性的分析肯定是露在外面的识读率会比较 高，但是由于f l o o r 是金属的，由于因为电磁波的反射，所以金属地板是有好处 的。 ( 7 ) 邮车的位置： 停在固定的设置好的车位效果较好，因为天线的角度是按此设计的。如果邮 车停在两个车位之间，即在两组天线之间，会影响识读率，因为在中间的e n e r g y 肯定是比正对着的要弱的。 在以上所列举的因素中，天线的位置角度是标签识读率最主要的影响因素。 识读的时候，标签与天线的相对位置有三种： 天线在靠近标签的一侧：天线和标签之间是直接识读的，中间没有阻隔。 天线在远离标签的一侧：要穿过托盘上的物体才能读到托盘另一边的标签。 天线在标签的间接位置：标签相对于天线面板呈直角( 标签薄边对着天线) 和斜角( 除了正面和直角之外) 。 结论： 天线在靠近标签的一侧：当标签正对天线时，天线在最远5 米的距离之内都 能成功识读标签。可读性仅在最远距离时( 5 米) 有很小程度的减弱。 天线在远离标签的一侧：当标签与天线平行时，天线在最远3 米的距离之内， 能够穿过射线可穿透的材质成功识读标签。可读性会在极个别的复杂情况下 受到影响，例如在更远的距离下同时读取多个标签、