基于RFID的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)線讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)

一、研究背景及設(shè)計(jì)

RFID 是射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification)的英文縮寫(xiě), 射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù), 它使用射頻電磁波通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))在閱讀器和要進(jìn)行識(shí)別、分類(lèi)和跟蹤的移動(dòng)物品( 物品上附著有RFID 標(biāo)簽)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID 是一種自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù), 可以提供無(wú)人看管的自動(dòng)監(jiān)視與報(bào)告作業(yè)。

RFID 閱讀器的工作原理如下: 閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào), 當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量, 發(fā)送出自身編碼和相關(guān)信息被讀取器讀取并解碼后送回到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行有關(guān)處理。識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù), 可工作于各種惡劣環(huán)境。高性能的RFID 讀寫(xiě)器可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 目前RFID 的使用范圍也逐漸擴(kuò)大, 隨著世界上發(fā)達(dá)國(guó)家的食品檢驗(yàn)檢疫制度日益嚴(yán)格, 目前國(guó)外對(duì)動(dòng)物的管理中已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用RFID 技術(shù), 而在國(guó)內(nèi)的某些超市中, 也對(duì)顧客提供了對(duì)凈菜等高檔農(nóng)業(yè)產(chǎn)品使用RFID 標(biāo)簽查詢產(chǎn)地和日期等基本的附加功能, 可以預(yù)見(jiàn), 在未來(lái)RFID 必然在產(chǎn)品回溯, 質(zhì)量監(jiān)察等方面發(fā)揮更多的作用。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖1 使用了高性能的遵循RFIDGEN2 協(xié)議的讀寫(xiě)模塊和RFID 標(biāo)簽, 直接在本地完成復(fù)雜的標(biāo)簽讀取, 標(biāo)簽反碰撞計(jì)算, 信息提取和數(shù)據(jù)保存等工作, 僅將有效信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器, 這樣就大大降低了網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)銷(xiāo), 降低了服務(wù)器的資源占用, 從而提高了系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率, 提高了穩(wěn)定性, 增加了業(yè)務(wù)的靈活性。

圖1 RFID 技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品包裝線總體示意圖

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

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(chǔ), 配合USB、Realtek 網(wǎng)卡、SDRAM 等芯片組成了核心系統(tǒng), 其中關(guān)鍵的射頻模塊與CPU 接口如圖2。

三、系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的整個(gè)軟件系統(tǒng)模塊關(guān)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(lái)管理各類(lèi)硬件和提供軟件運(yùn)行平臺(tái)。由驅(qū)動(dòng)層提供各類(lèi)設(shè)備諸如以太網(wǎng), 串口, USB 存儲(chǔ)器, 狀態(tài)燈等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)將處理得來(lái)的標(biāo)簽信息回傳到后臺(tái)服務(wù)器, 同時(shí)也可以根據(jù)后臺(tái)服務(wù)器的命令來(lái)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(kù)控制模塊負(fù)責(zé)將系統(tǒng)保存系統(tǒng)的工作日志, 并將讀取到的標(biāo)簽和相關(guān)數(shù)據(jù)保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù), 以備以后的查詢。協(xié)議解析模塊負(fù)責(zé)對(duì)受到數(shù)據(jù)通信包進(jìn)行協(xié)議解析, 取出有效的標(biāo)簽數(shù)據(jù), 并進(jìn)行標(biāo)簽反碰撞操作, 處理各類(lèi)干擾問(wèn)題, 保證受到標(biāo)簽數(shù)據(jù)的完整性, 也是整個(gè)軟件體系的核心部分。