RFID技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用方案的研究

安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心　?！×?/p>

RFID技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用方案的研究

安標國家礦用產(chǎn)品安全標志中心常琳

本文介紹了RFID技術(shù)的原理和相關(guān)應(yīng)用，并結(jié)合實際需求，針對國內(nèi)農(nóng)作物溫室“小而散”的分布特點和實際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)；通過對餐飲行業(yè)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀分析，提出一種基于RFID的智能點菜系統(tǒng)；充分考慮實驗室設(shè)備的數(shù)量和實驗室管理成本之間的矛盾，提出一種實驗室設(shè)備追蹤系統(tǒng)。分別對這三個系統(tǒng)的背景進行了分析、進一步提出了系統(tǒng)方案設(shè)計，給出各系統(tǒng)的創(chuàng)新性和應(yīng)用特點，并對各系統(tǒng)分別進行了總結(jié)，說明系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用前景和市場研究價值。

RFID技術(shù)；智能農(nóng)業(yè)；智能點菜；設(shè)備追蹤

1.RFID技術(shù)的三種具體應(yīng)用方案

1.1RFID應(yīng)用之小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1.1研究背景

智能農(nóng)業(yè)是指在相對可控的環(huán)境下，采用先進的技術(shù)手段對影響作物生長的參數(shù)，如溫度、濕度、CO2濃度、光照等進行采集，并通過自動化的控制方式控制相關(guān)設(shè)備的開閉，進而完成對溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的控制功能。根據(jù)調(diào)查得知，我國農(nóng)業(yè)主要以小規(guī)模的形式分散分布為主，大規(guī)模、集中式的管理系統(tǒng)并不適用我國的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀。

1.1.2系統(tǒng)方案設(shè)計

1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由上位機、讀卡器和環(huán)境因子采集節(jié)點組成。在溫室中以均勻分布的方式安放集成了光照、CO2、溫濕度等傳感器的環(huán)境因子采集節(jié)點，對溫室內(nèi)的環(huán)境信息進行采集，然后將采集到的信息通過無線方式傳送至讀卡器，讀卡器將分析處理后的數(shù)據(jù)傳送至上位機。

圖1　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計中，在保證系統(tǒng)布局方便的前提下，為兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，讀卡器以網(wǎng)口的方式與上位機通信。上位機通過界面實時顯示采集的環(huán)境信息，并通過下達監(jiān)控命令，由讀卡器控制溫室中相關(guān)設(shè)備的打開關(guān)閉，進而實現(xiàn)智能控制。系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

2）環(huán)境信息采集節(jié)點

本系統(tǒng)中環(huán)境參數(shù)采集節(jié)點通過溫濕度、光照強度和CO2濃度傳感器采集環(huán)境因子信息，對其進行實時檢測，環(huán)境因子采集節(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　環(huán)境因子采集節(jié)點

3）讀卡器

本系統(tǒng)中讀卡器被分區(qū)域安置在溫室環(huán)境內(nèi)，每個讀卡器負責讀取某個片區(qū)內(nèi)的環(huán)境信息采集節(jié)點信息，并將接收到的節(jié)點信息通過有線方式傳輸至上位機，實現(xiàn)上位機對環(huán)境信息的實時監(jiān)控功能。此外，讀卡器接收上位機傳達的控制命令，對各控制設(shè)備進行操作實現(xiàn)對環(huán)境條件的遠程控制。讀卡器架構(gòu)如圖3所示。

1.1.3系統(tǒng)總結(jié)

針對國內(nèi)農(nóng)業(yè)呈“小而散”的分布特點，本系統(tǒng)使用CYRF6936射頻模塊進行無線通信，特別適用于小型化的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控：有效避免了傳統(tǒng)布線帶來的成本投入大、布線復雜、后期維護難度高等問題；系統(tǒng)具有可靠性高、局部故障不影響系統(tǒng)運行、模塊間相對獨立和相互間影響小的特點。

圖3　讀卡器系統(tǒng)架構(gòu)

1.2RFID應(yīng)用之點菜系統(tǒng)

1.2.1 研究背景

傳統(tǒng)的點菜由服務(wù)員周旋于餐桌、廚房和收銀臺之間，這種點菜方式落后、信息化程度低、服務(wù)員工作量大，已遠遠不能滿足顧客要求。而在現(xiàn)有的智能化點菜系統(tǒng)中，改進為由服務(wù)員手持點菜器為各桌顧客點菜，點菜完成后直接將點菜信息發(fā)送至廚房，這種點菜方案終端界面友好，信息化程度高，但存在成本高，功能單一，需服務(wù)員參與，且無法實現(xiàn)多個餐桌同時點菜等問題。本文針對現(xiàn)有點菜系統(tǒng)的缺點創(chuàng)新性的提出一種基于RFID技術(shù)的無線點菜方案。

1.2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

1）系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由點菜器、讀菜器、安全標簽、服務(wù)標簽以及上位機組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)架構(gòu)圖

每個餐桌上放置一臺ID號和餐桌號對應(yīng)的點菜器，顧客根據(jù)菜譜在無服務(wù)員的情況下自行點菜，點菜成功后通過射頻模塊將點菜信息傳送至讀菜器，讀菜器對數(shù)據(jù)進行分析處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口傳送至服務(wù)器，服務(wù)器按菜品的不同分類分頁顯示給不同的廚師，廚師完成菜品后服務(wù)員上菜，同時將服務(wù)器記錄的信息作為顧客結(jié)賬時的依據(jù)。

服務(wù)員佩戴服務(wù)標簽，顧客就餐過程中如需要加飯、飲料、酒水等服務(wù)，可通過點菜器發(fā)送服務(wù)信號，佩戴服務(wù)標簽的服務(wù)員接收到服務(wù)要求后可為顧客提供相應(yīng)的服務(wù)。

顧客如有貴重物品需要保護，服務(wù)員則將安全標簽粘附在顧客貴重物品上，當貴重物品遠離顧客時報警以提醒顧客。

2）讀菜器軟件

圖5　讀菜器軟件設(shè)計

讀菜器軟件設(shè)計部分包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備驅(qū)動模塊三個部分，如圖5所示。

其中數(shù)據(jù)接收主要通過CC2500射頻模塊接收點菜器發(fā)送的點菜信息，以及向點菜器反饋菜品制作信息，如點菜成功、失敗、顧客等待時間、所點菜品排序等信息。數(shù)據(jù)處理部分為讀菜器軟件的設(shè)計核心，主要實現(xiàn)分頁顯示點菜信息、防碰撞算法的設(shè)計、計算顧客等待時間等功能。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸指讀菜器與上位機間通過網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備的驅(qū)動主要包括SPI驅(qū)動、串口驅(qū)動、網(wǎng)口驅(qū)動等。

3）上位機的軟件設(shè)計

上位機軟件設(shè)計部分包括網(wǎng)口通信、數(shù)據(jù)庫管理、界面顯示等部分，如圖6所示。

圖6　上位機軟件設(shè)計

網(wǎng)口通信主要解決上位機與多個讀菜器通過網(wǎng)口進行通信的問題。

數(shù)據(jù)庫管理包括完成菜品數(shù)據(jù)庫和菜單數(shù)據(jù)庫兩個數(shù)據(jù)庫的管理，其中完成菜品數(shù)據(jù)庫中按時間順序存放已經(jīng)完成的菜品信息，為結(jié)算總賬、計算盈利提供數(shù)據(jù)備份，而菜單數(shù)據(jù)庫中存放餐廳所有的菜品信息，包括菜品名稱、菜品編號、單價等信息。

界面顯示包括端口配置、開臺信息、點菜信息、員工信息等部分。其中端口配置界面完成IP地址和通信端口的設(shè)置；開臺信息界面顯示所有餐桌當前的狀態(tài)是否為空閑，為顧客提供直觀的空位查詢服務(wù)；點菜信息界面顯示當前將要制作菜品的詳細信息，包括菜品所屬餐桌號、菜品名稱、菜品類型、菜品單價、點菜時間等。員工信息界面實現(xiàn)員工信息的管理，包括添加、刪除和查找員工信息等功能。

1.2.3系統(tǒng)總結(jié)

1）實現(xiàn)無服務(wù)員點菜、加菜、退菜，加快了點菜速度，提高了餐廳運作效率，同時降低了用人成本，減少了人力資源投入。

2）充分體現(xiàn)顧客至上的服務(wù)理念，通過為顧客提供物品安全保護功能以及實時呼叫服務(wù)功能增強和顧客的互動，更易獲得顧客的認同和好感；

3）提升餐廳的形象與檔次，進而提升餐廳的競爭力，智能化的點菜以及人性化的服務(wù)方式可以進一步提高餐廳在顧客心中的地位。

4）營造一個舒適、安靜的就餐環(huán)境，避免了傳統(tǒng)點菜方式在各環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的大聲喧嘩場面，智能點菜系統(tǒng)可以實現(xiàn)點菜、加菜、退菜、服務(wù)過程中的無聲化。

2.總結(jié)

本文在介紹了RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了兩種以RFID技術(shù)為背景的應(yīng)用系統(tǒng)，分別給出了每個系統(tǒng)的研究背景、系統(tǒng)設(shè)計方案以及系統(tǒng)總結(jié)。

（1）智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)：針對國內(nèi)農(nóng)作物溫室“小而散”的分布特點和實際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)將RFID技術(shù)與嵌入式技術(shù)相結(jié)合，實時監(jiān)控溫室環(huán)境，并根據(jù)收集的環(huán)境信息對溫室中的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進行控制以到達最適合農(nóng)作物生長的環(huán)境條件。系統(tǒng)具有一定的實用價值，并具有低成本、適用性廣、可無人看守的優(yōu)點。

（2）點菜系統(tǒng)：通過對餐飲行業(yè)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀分析，提出一種基于RFID的智能點菜系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)存點菜產(chǎn)品在成本和功能上存在的矛盾。將智能點餐與餐廳服務(wù)相結(jié)合，實現(xiàn)無需服務(wù)員方便快捷點餐功能的同時，解決顧客關(guān)心的物品安全問題，以及提供呼叫服務(wù)功能。

［1］譚成宇.基于RFID的智能點菜系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電視技術(shù)，2012，36（19）.

［2］鄔賀銓.物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)綜述［J］.重慶郵電大學學報（自然科學版），2010， 22（5）：526-531.

［3］齊白霞，韓正之.2.4GHz頻段無線技術(shù)標準［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（34）：35-37.

［4］程世剛.現(xiàn)代溫室環(huán)境控制［J］.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2004，30（6）：7-9.

［5］王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)［M］，清華大學出版社，2003（10）.

［6］周曉光，王曉華.射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實例［M］.北京：人民郵電出版社，2006（12）.

［7］李鑫等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展探討［J］.科技信息，2010.

［8］高鋒.基于RFID的零售業(yè)倉儲管理信息系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計［D］.浙江大學管理學院，2008.

［9］蔣皓石，張成，林嘉寧.無線射頻識別技術(shù)及其應(yīng)用和發(fā)展趨勢［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2005（8）.