基于RFID的農產品生產線讀寫器設計

一、研究背景及設計

RFID 是射頻識別技術(Radio Frequency Identification)的英文縮寫, 射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術, 它使用射頻電磁波通過空間耦合(交變磁場或電磁場)在閱讀器和要進行識別、分類和跟蹤的移動物品( 物品上附著有RFID 標簽)之間實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID 是一種自動識別和數(shù)據(jù)捕獲技術, 可以提供無人看管的自動監(jiān)視與報告作業(yè)。

RFID 閱讀器的工作原理如下: 閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號, 當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量, 發(fā)送出自身編碼和相關信息被讀取器讀取并解碼后送回到計算機中進行有關處理。識別工作無須人工干預, 可工作于各種惡劣環(huán)境。高性能的RFID 讀寫器可以同時識別多個物體[1]。在農業(yè)生產中, 目前RFID 的使用范圍也逐漸擴大, 隨著世界上發(fā)達國家的食品檢驗檢疫制度日益嚴格, 目前國外對動物的管理中已經開始廣泛使用RFID 技術, 而在國內的某些超市中, 也對顧客提供了對凈菜等高檔農業(yè)產品使用RFID 標簽查詢產地和日期等基本的附加功能, 可以預見, 在未來RFID 必然在產品回溯, 質量監(jiān)察等方面發(fā)揮更多的作用。在本系統(tǒng)的設計思路見圖1 使用了高性能的遵循RFIDGEN2 協(xié)議的讀寫模塊和RFID 標簽, 直接在本地完成復雜的標簽讀取, 標簽反碰撞計算, 信息提取和數(shù)據(jù)保存等工作, 僅將有效信息通過網(wǎng)絡傳輸給后臺服務器, 這樣就大大降低了網(wǎng)絡通信的開銷, 降低了服務器的資源占用, 從而提高了系統(tǒng)整體的運行效率, 提高了穩(wěn)定性, 增加了業(yè)務的靈活性。

圖1 RFID 技術應用于農業(yè)產品包裝線總體示意圖

二、系統(tǒng)的硬件設計

圖2 射頻模塊與CPU 接口

基于高可靠性和低成本的考慮, 本系統(tǒng)使用了基于S344B0 的嵌入式CPU 和WJ 6000 射頻模塊為基礎, 配合USB、Realtek 網(wǎng)卡、SDRAM 等芯片組成了核心系統(tǒng), 其中關鍵的射頻模塊與CPU 接口如圖2。

三、系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設計

系統(tǒng)的整個軟件系統(tǒng)模塊關系如圖3 所示:

圖3 系統(tǒng)總體軟件模塊示意圖

操作系統(tǒng)采用uClinux 系統(tǒng)作為操作系統(tǒng), 用來管理各類硬件和提供軟件運行平臺。由驅動層提供各類設備諸如以太網(wǎng), 串口, USB 存儲器, 狀態(tài)燈等設備的驅動。網(wǎng)絡通信模塊負責將處理得來的標簽信息回傳到后臺服務器, 同時也可以根據(jù)后臺服務器的命令來控制主控模塊參數(shù)從而改變工作模式。嵌入式數(shù)據(jù)庫控制模塊負責將系統(tǒng)保存系統(tǒng)的工作日志, 并將讀取到的標簽和相關數(shù)據(jù)保存到本地數(shù)據(jù)庫, 以備以后的查詢。協(xié)議解析模塊負責對受到數(shù)據(jù)通信包進行協(xié)議解析, 取出有效的標簽數(shù)據(jù), 并進行標簽反碰撞操作, 處理各類干擾問題, 保證受到標簽數(shù)據(jù)的完整性, 也是整個軟件體系的核心部分。