应用非接触式IC标签的实验室检验流转系统

郭翠

摘要：介绍了一种应用非接触式IC标签的纺织品实验室样品检验流转系统的设计方法。该系统在现有纺织品实验室检验流转过程中引入非接触式IC标签技术，对实验室内各种样品、器具、仪器、试剂、耗材等多种单元进行智能化标识，并对各个作业环节实现智能化数据采集，从而保证样品库管理各个环节数据输入的速度和准确性，确保实验室及时准确地掌握内部的真实数据，优化检验过程。

关键词：非接触式；流转；身份卡

引 言

在纺织品检验机构，随着纺织品制造环境的改变，产品周期越来越短，小批量、多品种的生产方式，对纺织品质量检验的要求越来越高。如果不能保证及时准确而有效地接收样品、进行检验、发出检验报告和高效地维持实验室运转，将会给检验机构带来较大损失，因而必须建立新型的实验室流转系统。为此，本文设计了一种应用了非接触式IC标签技术的新型纺织品检验流转管理系统[1]。利用该技术的非可视性阅读和多标签同时识读等特性，可以有效地完成样品接收、检验流转、数据收集汇总和检验报告发送等几个流程，并将其作为一项实验室基础设施来提供样品、设备、耗材实时位置和状态的稳定数据流，以便进一步提高实验室竞争力。

1 非接触式IC标签

1.1 技术简介

非接触式IC标签又称射频标签，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个PVC标签内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功地将射频识别技术和IC技术结合起来，结束了无源（标签中无电源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。标签片在一定距离范围（通常为5mm～10mm）靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。

1.2 工作原理

射频读写器向IC标签发一组固定频率的电磁波，标签片内有一个IC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将标签内数据发射出去或接收读写器的数据。

1.3 优势

可靠性高——非接触式IC标签与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。例如：由于粗暴插标签，非标签外物插入，灰尘或油污导致接触不良造成的故障。此外，非接触式标签表面无裸露芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲损坏等问题，既便于标签片印刷，又提高了标签片的使用可靠性。

操作方便——由于非接触通信，读写器在10cm范围内就可以对标签片操作，所以不必插拔标签，非常方便用户使用。非接触式标签使用时没有方向性，标签片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。

防冲突——非接触式标签中有快速防冲突机制，能防止标签片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC标签。这提高了应用的并行性，无形中提高系统工作速度。

2 应用非接触式IC标签的实验室检验流转系统需求分析

随着纺织实验室规模的不断发展，检验样品种类及数量不断增加、频率剧增，实验室作业运转变得十分复杂和多样化。传统的手写纸质流转任务单和人工录入检验数据等方式，已难以满足现代纺织品检验的快速、准确要求，存在着明显的缺点。人工管理时，手工登记不仅容易出错，而且工作效率低、作业繁琐，人工成本较高；而纸质数据媒介较容易丢失、不防污、不防潮，且只能低效率读写，一次只能读取一条。

将非接触式IC标签引入到样品管理系统中，利用非接触式IC标签数据容量大、可重复使用、无障碍读取等优点，不但可以减轻劳动强度，而且可以极大地提高工作效率。因此，基于非接触式IC标签的管理系统可以大大简化实验室运转，满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求[2]。

基于非接触式IC标签的实验室流转系统可实现样品分配管理、检验流转、数据采集等功能，可以方便实验室对检验流程进行监管，并可方便地对检验数据进行更新、删除和查询（如图1）。

3 应用非接触式IC标签的实验室检验流转系统的具体实现

3.1 硬件配置

本系统的硬件涉及主控计算机、电子标签、读写器、服务器等。服务器通过无线网络可以将主控计算机与试验台上的读写器、样品库读写器和手持式读写器连接起来，以进行数据传输。本文用到的读写器主要有以下两种：

第一种是手持式读写器：读写距离为10cm左右，主要用于不可移动的检验设备上的标签的读写等操作；第二种是试验台读写器：读写距离在10cm左右，固定在试验台上，读取被检样品标签内的样品检验信息，并与数据库中的检验项目信息进行匹配。

3.2 软件设计

本系统的软件部分采用Visual studio.net开发平台，以B/S模式进行开发，数据库采用Sql server 2010，连接数据库采用Ado技术。操作系统为Windows sever 2008、Windows 7、Windows xp[3-4]。 本文设计的基于非接触式IC标签的纺织品检验实验室样品管理系统结构如图2所示。

（1）主控系统单元

主要功能为控制整个实验室流转系统的运行，包括设置各个用户的功能权限，管理设备的加入与设备数据与服务器数据库的链接，以及读写器数据的读写权限与采集管理。

（2）服务器单元

主要功能为数据的储存与处理，主要用来储存各种检验数据，设备数据和样品的各类数据。

（3）终端操作平台

主要功能为操作人员监控和干预实验室流转系统的运行，并控制检验仪器运行检验任务。

（4）读写器

主要功能是建立非接触式IC标签和各个检验设备以及数据库和主控计算机的连接。

4 非接触式IC标签纺织品检验实验室样品系统业务流程

在本系统中，主控系统主要用于生成和发送各个作业设备的启动、运行、停止、休眠、重启等指令，并接收各个设备返回的工作、停止、异常等状态信息，作出相应的处理指令。各个作业设备是指手持式读写器、固定式读写器以及各种检验设备。

读写器的任务是用该设备通过有线（或无线）网络与主控计算机连接，以下载主机发送的指令，并根据指令完成作业，再通过手持式读写器将信息发送到主控计算机。

非接触式IC标签是纺织品检验实验室运行系统中的主要部件。由于非接触式IC标签技术目前还未在纺织实验室的各个供应链上普及，所以，当样品刚从供应商处送过来时，往往是不贴标签的。而要将非接触式IC标签技术应用于实验室运行系统，就必须粘贴非接触式IC标签。所以，在入库之前，首先要制作需要的非接触式IC标签。

非接触式IC标签内储存的信息分为两类：一类为样品信息（包括样品编号及所需要检验项目信息）；另一类为检验数据，主要包括检验项目各种数值、对照标准。

4.1 准备作业

检验任务的输入。根据客户的需求，制作检验任务数据并通过检验任务下达的终端操作平台录入系统，终端操作平台把以上数据处理后，变为检验样品数据和检验任务数据，一方面通过读写单元写到非接触式IC标签中，另一方面数据被发送到各个操作终端平台。具体制作过程需要使用非接触式IC标签读写器将各种信息写入到非接触式IC标签中，然后将标签固定在样品、试验仪器、流转袋等元素上。由于纺织实验室出入库时的样品数量较多，因此，还需制作托盘标签，便于实现大批量样品的管理。如果样品数量较少，则在每个样品上粘贴样品标签。同时这些标签都可重复使用，待样品出库时可取下送到入库处重复使用。剩下的流程都是在已贴上相应电子标签的前提下进行的。

4.2 检验作业流程

（1）检验任务的下达及样品的交接

检验室人员到样品管理员处提出领取样品及检验任务要求，向管理员出示含有身份信息的非接触式IC工卡，管理员用读写器读取工卡上的信息，主要包括检验员身份信息、负责项目信息等。读取信息后，系统会根据检验员的身份信息，从检验任务中选择出需要该检验员完成的任务，并生成清单，发送给手持读写器。管理员用手持式读写器读取待检样品上的标签，如果样品在此次检验任务清单中，读写器会发出提示音，从而完成检验任务的下达及待检样品的交接。此次检验任务交接完毕后，系统会将检验任务数据发送到相关的检验仪器的控制终端中，并将此次检验任务单写入检验员的工卡中。

（2）具体检验过程

检验人员将领到的待检样品，根据检验仪器设备的吞吐能力分组，然后按每一组，用检验仪器控制终端连接的读写器进行IC标签读写，仪器控制终端会记录检验样品的信息，进行检验后会将此样品的检验数据发送回数据处理单元，并将检验完毕的标志写入样品的IC标签中。如果发生不在任务清单中的样品上仪器检验，控制终端单元会发出警报并拒绝进行检验。如果发生检验过的样品上仪器检验，控制终端单元会发出复检提示，需要检验员人工干预。若发生复检行为，会向IC标签写入复检标志。

（3）检验完毕后的工作

样品检验完毕后，检验员将样品退还给样品管理员，样品管理员先读一下检验员身份IC卡，系统会自动调出该检验员的任务单，接着管理员读取他退还的样品的IC标签，如果样品是完成检验的，系统会接收该样品并在系统数据库中标注完成信息，并往标签中写入完成退库标志，如果该样品漏检，系统会报警。如果检验员没有把任务单中所有样品都退还，系统会发出警告信息，需要管理员人工确认。

（4）检验报告的编制

在以上两个环节完成后，系统会自动审核任务单，把任务单完成的样品数据提供到检验报告出具的终端上，并自动生成检验报告，向报告编制人员做出提示。报告编制人员在报告编制终端上读写自己的身份IC卡，确认出具报告的权限（包括编制、修改、复核、批准、撤销、退回复检等），然后进行打印、生成电子文档和邮件等具体操作。

4.3 在报告及样品查询方面的应用

4.3.1 根据样品查报告的情况

读取样品IC标签，系统根据标签里的信息，定位数据库中的检验数据，并查询报告数据，在终端显示器上显示该报告的电子版。

4.3.2 根据报告查找样品的情况

输入报告编号，系统会向手持式读写器写入该样品信息，并在屏幕上显示该样品的状态（样品存放的库位）。然后到库位找到样品，读取样品IC标签，手持式读写器会作出确认样品的提示。如何管理样品，请参阅《RFID在纺织品检验实验室样品管理系统中的应用》[3]。

5 应用成效

利用非接触式IC标签技术的流转不仅可以减轻作业人员的工作强度，缩短检验周期，提高数据的实时性和准确性，及时了解检验情况，还可避免人为录入数据过程中出现的错误，保证检验数据的准确。

将本样品库管理系统运用于纺织实验室，可取得较好的效果，主要表现如下：

（1）利用非接触式IC标签技术可一次性读入大量标签，从而省去了人工录入的繁琐的工作量，大大节省了人工成本，提高了工作效率；

（2）通过身份标签和样品标签可及时记录样品的变动信息（待检、在检、检毕、复检），减少录入数据时的人为错误，提高了检验数据流转的准确率；

（3）由于流转作业的可靠性提高，避免了许多漏检、超期的情况；

（4）增大了样品实验室的吞吐量，降低了运转费用；

（5）采用非接触式IC标签，可以大大提高检验数据查询的速度。

6 结语

本文探讨了非接触式IC标签技术应用于纺织实验室的流转管理，并在此基础上开发出一套可供纺织实验室使用的智能化流转系统的设想。本系统可省去人工录入的繁琐步骤，还可大大减少由于操作不当而产生的失误。相比于条形码标签，非接触式IC标签读写器可在一定范围内一次识读大量标签，从而降低了劳动强度，也使效率大大提高；同时体积小、存储信息量大，并可实现远距离识别，十分适合在各种复杂环境下使用。将非接触式IC标签技术应用于纺织实验室的流转管理，从整体上改善了管理效能，为实验室带来了直接的经济效益，同时也有利于提升纺织实验室的核心竞争力。

参考文献：

[1]百度百科.非接触式IC卡[EB/OL].[2014-09-11]http：//baike.baidu.com/view/841840.htm？fr=aladdin.

[2]张旭.雷日春. RFID在纺织品检验实验室样品管理系统中的应用[J].中国纤检，2014，3（下）：62-64.

[3]创羿科技.RFID智能样品库管理系统方案[EB/OL].[2010-09-25]http：//wenku.baidu.com/view/92ec94d6240c844769eaee8a.html.

（作者单位：山西省纤维检验局）