基于嵌入式RFID標(biāo)簽的小型農(nóng)用機(jī)械信息化管理流程

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王贊森

前言

隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷發(fā)展， 農(nóng)業(yè)機(jī)械尤其是小型農(nóng)業(yè)機(jī)械的價(jià)格不斷降低，專業(yè)化程度越來(lái)越高，不管是小規(guī)模的個(gè)人農(nóng)戶還是大型農(nóng)場(chǎng)都會(huì)購(gòu)置大量的農(nóng)業(yè)機(jī)械。一個(gè)大型農(nóng)場(chǎng)，采購(gòu)的小型農(nóng)業(yè)機(jī)械可能多達(dá)幾百上千件，傳統(tǒng)的人工管理方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且無(wú)法協(xié)調(diào)農(nóng)忙時(shí)機(jī)械的使用。如何對(duì)小型農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行科學(xué)管理是每個(gè)農(nóng)場(chǎng)面臨的主要問題， 本文借鑒了城市公共自行車的管理方式 ，為小型農(nóng)業(yè)機(jī)械掛上身份牌 ，設(shè)計(jì)了一套信息化的管理流程。

1 基于身份牌的物品信息化管理過程

當(dāng)物品被打上身份牌之后，物品就會(huì)擁有一個(gè)唯一的ID，用戶向管理員申請(qǐng)使用該物品時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)用戶——物品之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ，這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄在信息系統(tǒng)中就會(huì)形成一條使用記錄，即包括物品ID、使用者、借用時(shí)間、歸還時(shí)間等。 將這種管理過程應(yīng)用在小型農(nóng)用機(jī)械上， 既實(shí)現(xiàn)了小型農(nóng)用機(jī)械的防丟失管理， 又便于統(tǒng)計(jì)小型農(nóng)用機(jī)械的使用情況 ， 為后期采購(gòu)、維保等提供數(shù)據(jù)支撐。

信息化管理需要每個(gè)物品擁有一個(gè)唯一的ID，農(nóng)場(chǎng)購(gòu)買的各種小型農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)自不同的廠商，無(wú)法做到由廠家直接增加身份標(biāo)識(shí)，只能由購(gòu)買者自行添加。因?yàn)樾⌒娃r(nóng)業(yè)機(jī)械的外觀千差萬(wàn)別 ，無(wú)法統(tǒng)一定制身份標(biāo)識(shí) ，而在機(jī)械表面噴印二維碼 、編號(hào)的方式又容易磨損失真，所以本文采用金屬制作身份標(biāo)識(shí)并焊接到農(nóng)機(jī)設(shè)備上，既防丟失又防磨損。在金屬標(biāo)識(shí)中嵌入農(nóng)機(jī)設(shè)備的編號(hào)，使該金屬標(biāo)志成為了可統(tǒng)一管理的身份牌。

2 基于無(wú)源RFID標(biāo)簽的小型農(nóng)用機(jī)械身份牌設(shè)計(jì)

無(wú)線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù) （RadioFrequencyIdentification，RFID），是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無(wú)線射頻方式對(duì)記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。無(wú)源RFID即無(wú)源電子標(biāo)簽，它通過天線捕獲讀寫器發(fā)送的無(wú)線電波獲取能量，將自己內(nèi)存中的數(shù)字編碼發(fā)送回讀寫器 ， 這個(gè)編碼就是無(wú)源RFID標(biāo)簽的ID。利用無(wú)源RFID標(biāo)簽的特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)小型農(nóng)用機(jī)械身份牌，以便于快速識(shí)別小型農(nóng)業(yè)機(jī)械。

小型農(nóng)業(yè)機(jī)械身份牌的設(shè)計(jì)借鑒了城市共享自行車身份牌的設(shè)計(jì)，其使用金屬外殼，內(nèi)部填充硅膠，嵌入無(wú)源RFID標(biāo)簽，并開了一個(gè)鎖孔，如圖1所示。

圖1小型農(nóng)用機(jī)械身份牌正視圖

小型農(nóng)用機(jī)械身份牌的外殼是金屬的，可以焊接在任何農(nóng)用機(jī)械上，以小型伐木電鋸為例，身份牌焊接后如圖2所示，身份牌內(nèi)的RFID芯片使小型伐木電鋸擁有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的ID，身份牌上的鎖孔便于電子鎖將伐木電鋸鎖住，防止非法使用。

圖2身份牌與小型伐木電鋸焊接示意圖

金屬中嵌入RFID芯片容易導(dǎo)致射頻信號(hào)被屏蔽，為了能夠讓外置的射頻設(shè)備準(zhǔn)確讀取RFID芯片，本文設(shè)計(jì)的小型農(nóng)業(yè)機(jī)械身份牌采用了導(dǎo)電引腳將信號(hào)與身份牌表面的金屬板相連，如圖3所示，身份牌共分為三層：前基板層、硅膠層、后基板層，前后基板均是金屬材料，硅膠層中嵌入一塊無(wú)源RFID芯片，芯片與前后基板通過導(dǎo)電引腳相連，基板接收到外置射頻設(shè)備的信號(hào)后通過導(dǎo)電引腳將信號(hào)傳遞至RFID芯片，從而在最大程度上規(guī)避了金屬基板對(duì)射頻信號(hào)的屏蔽，確保讀數(shù)的準(zhǔn)確率。

圖3小型農(nóng)業(yè)機(jī)械俯視圖

3 小型農(nóng)用機(jī)械信息化管理流程

小型農(nóng)業(yè)機(jī)械存放在農(nóng)場(chǎng)中的各個(gè)倉(cāng)庫(kù)中，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)都有若干存放樁，每個(gè)存放樁均配有RFID讀寫器和電子鎖，電子鎖鎖住小型農(nóng)用機(jī)械的身份牌，存放樁可以使用有線或者無(wú)線的方式與后臺(tái)系統(tǒng)相連。使用者可以使用身份證、工號(hào)牌、手機(jī)等方式在存放樁處進(jìn)行登記，登記成功后電子鎖打開，使用者可以取用對(duì)應(yīng)的小型農(nóng)用機(jī)械，后臺(tái)系統(tǒng)也會(huì)記錄下使用者登記時(shí)間，直至使用者歸還，歸還農(nóng)機(jī)時(shí)，存放樁的RFID讀寫器會(huì)識(shí)別歸還的農(nóng)機(jī)是否是使用者借出的，并調(diào)用電子鎖鎖住農(nóng)機(jī)的身份牌。信息化管理流程中不需要管理員參與，管理員只需要定期查看后臺(tái)系統(tǒng)中的農(nóng)機(jī)使用記錄，定期對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)即可。

農(nóng)機(jī)信息化管理流程可以細(xì)分為五個(gè)管理場(chǎng)景：農(nóng)機(jī)新增、農(nóng)機(jī)取用、農(nóng)機(jī)歸還、農(nóng)機(jī)報(bào)廢與維修、農(nóng)機(jī)調(diào)度。

農(nóng)機(jī)新增：新購(gòu)置農(nóng)機(jī)后，使用RFID讀寫器向農(nóng)機(jī)身份牌中寫入編碼，并將該農(nóng)機(jī)的編碼、購(gòu)置時(shí)間、型號(hào)、價(jià)格、照片、參數(shù)等信息錄入后臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

農(nóng)機(jī)借用：農(nóng)場(chǎng)中的每個(gè)使用者都有一定的農(nóng)機(jī)使用額度，比如某種類型的農(nóng)機(jī)設(shè)備同一時(shí)間最多可借用的數(shù)量，如果（額度 - 前期已借用數(shù)量）＞= 當(dāng)前借用數(shù)量，則可以直接提起借用申請(qǐng)，否則只能通過預(yù)約的方式向管理員說明情況，管理員審核通過后才可發(fā)起借用申請(qǐng)。同樣，借用申請(qǐng)也需要管理員的審批，管理員需要根據(jù)農(nóng)場(chǎng)當(dāng)前的工作情況和未來(lái)的工作進(jìn)行評(píng)估，通過后使用者才可借用農(nóng)機(jī)，具體的步驟如下所示：

①登陸 ，使用者可以使用身份證 、工號(hào)牌 、手機(jī)掃碼等方式進(jìn)行登陸；②身份驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過進(jìn)入步驟③，否則退出；③判斷需使用的農(nóng)機(jī)數(shù)量是否在使用者額度內(nèi)，如果在額度內(nèi)進(jìn)入步驟④，否則進(jìn)入步驟⑥重新預(yù)約；④提出借用申請(qǐng)，包括數(shù)量、申請(qǐng)時(shí)間 、使用時(shí)間等 ；⑤審核借用申請(qǐng) ，如果通過進(jìn)入步驟，否則進(jìn)入步驟⑥重新預(yù)約；⑥預(yù)約登記，使用者填寫自己的預(yù)約申請(qǐng)，包括預(yù)期使用的農(nóng)機(jī)類型、數(shù)量、使用時(shí)間、使用時(shí)長(zhǎng)等信息，便于管理員進(jìn)行調(diào)度安排；⑦預(yù)約審核，管理員根據(jù)農(nóng)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行審核，如果通過就進(jìn)入步驟④，否則進(jìn)入步驟⑧聯(lián)系管理員；⑧聯(lián)系管理員；⑨電子鎖打開，使用者取走農(nóng)機(jī)。如圖4所示。

因?yàn)檗r(nóng)機(jī)的使用時(shí)間較長(zhǎng) ，一旦借用后 ，分布在農(nóng)場(chǎng)各個(gè)地方，臨時(shí)調(diào)度難度較大，所以農(nóng)機(jī)取用的過程采用了預(yù)約審核與借用審核雙審核的方案 ，一個(gè)審核農(nóng)機(jī)數(shù)量 ，另一個(gè)審核農(nóng)機(jī)使用時(shí)間 ，從而給予管理員充足的時(shí)間進(jìn)行全局調(diào)度，以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

圖4農(nóng)機(jī)借用流程圖

農(nóng)機(jī)歸還：使用者可以選擇任意的農(nóng)機(jī)存放樁歸還農(nóng)機(jī)，存放樁上的讀寫器讀取到農(nóng)機(jī)身份牌里的編碼，與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的編碼比對(duì)，如果一致則歸還成功，電子鎖鎖住身份牌，同時(shí)該使用者可借用的數(shù)量增加。農(nóng)機(jī)報(bào)廢與維修：使用者發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)出現(xiàn)故障后，可在歸還時(shí)上報(bào)，管理員可以在維修之前暫時(shí)鎖住農(nóng)機(jī)，防止二次借出；農(nóng)機(jī)達(dá)到使用年限或者發(fā)生重大故障時(shí)，可以由管理員進(jìn)行報(bào)廢，清除掉數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。農(nóng)機(jī)調(diào)度：管理員可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的使用記錄，結(jié)合農(nóng)場(chǎng)近期工作安排，綜合調(diào)度，合理安排每個(gè)使用者借用的農(nóng)機(jī)數(shù)量和時(shí)間，以達(dá)到效益最大化。

4 總結(jié)

針對(duì)小型農(nóng)業(yè)機(jī)械外觀千差萬(wàn)別、數(shù)量眾多的特點(diǎn)，為了提高小型農(nóng)業(yè)機(jī)械管理信息化程度，使用無(wú)源RFID嵌入金屬的辦法制作堅(jiān)固、耐磨的農(nóng)機(jī)身份牌，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，既可以防止農(nóng)機(jī)丟失，又實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，解放了管理員，還能夠提供歷史使用數(shù)據(jù)進(jìn)行合理調(diào)度，進(jìn)而也提高了農(nóng)場(chǎng)作業(yè)效率。