RFID技術及相關應用方案的研究

安標國家礦用產品安全標志中心　常　琳

RFID技術及相關應用方案的研究

安標國家礦用產品安全標志中心常琳

本文介紹了RFID技術的原理和相關應用，并結合實際需求，針對國內農作物溫室“小而散”的分布特點和實際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農業監控系統；通過對餐飲行業的背景和發展現狀分析，提出一種基于RFID的智能點菜系統；充分考慮實驗室設備的數量和實驗室管理成本之間的矛盾，提出一種實驗室設備追蹤系統。分別對這三個系統的背景進行了分析、進一步提出了系統方案設計，給出各系統的創新性和應用特點，并對各系統分別進行了總結，說明系統具有一定的應用前景和市場研究價值。

RFID技術；智能農業；智能點菜；設備追蹤

1.RFID技術的三種具體應用方案

1.1RFID應用之小型化智能農業監控系統

1.1.1研究背景

智能農業是指在相對可控的環境下，采用先進的技術手段對影響作物生長的參數，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設備的開閉，進而完成對溫室內的環境參數的控制功能。根據調查得知，我國農業主要以小規模的形式分散分布為主，大規模、集中式的管理系統并不適用我國的農業現狀。

1.1.2系統方案設計

1）系統總體結構

系統由上位機、讀卡器和環境因子采集節點組成。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境因子采集節點，對溫室內的環境信息進行采集，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據傳送至上位機。

圖1　智能農業監控系統結構圖

設計中，在保證系統布局方便的前提下，為兼顧數據傳輸的可靠性，讀卡器以網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境信息，并通過下達監控命令，由讀卡器控制溫室中相關設備的打開關閉，進而實現智能控制。系統設計如圖1所示。

2）環境信息采集節點

本系統中環境參數采集節點通過溫濕度、光照強度和CO2濃度傳感器采集環境因子信息，對其進行實時檢測，環境因子采集節點的結構如圖2所示。

圖2　環境因子采集節點

3）讀卡器

本系統中讀卡器被分區域安置在溫室環境內，每個讀卡器負責讀取某個片區內的環境信息采集節點信息，并將接收到的節點信息通過有線方式傳輸至上位機，實現上位機對環境信息的實時監控功能。此外，讀卡器接收上位機傳達的控制命令，對各控制設備進行操作實現對環境條件的遠程控制。讀卡器架構如圖3所示。

1.1.3系統總結

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

圖3　讀卡器系統架構

1.2RFID應用之點菜系統

1.2.1 研究背景

傳統的點菜由服務員周旋于餐桌、廚房和收銀臺之間，這種點菜方式落后、信息化程度低、服務員工作量大，已遠遠不能滿足顧客要求。而在現有的智能化點菜系統中，改進為由服務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，需服務員參與，且無法實現多個餐桌同時點菜等問題。本文針對現有點菜系統的缺點創新性的提出一種基于RFID技術的無線點菜方案。

1.2.2 系統方案設計

1）系統總體架構

本系統主要由點菜器、讀菜器、安全標簽、服務標簽以及上位機組成。系統架構如圖4所示。

圖4　系統架構圖

每個餐桌上放置一臺ID號和餐桌號對應的點菜器，顧客根據菜譜在無服務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，讀菜器對數據進行分析處理，將處理后的數據通過網口傳送至服務器，服務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員上菜，同時將服務器記錄的信息作為顧客結賬時的依據。

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

顧客如有貴重物品需要保護，服務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　讀菜器軟件設計

讀菜器軟件設計部分包括數據接收、數據處理、設備驅動模塊三個部分，如圖5所示。

其中數據接收主要通過CC2500射頻模塊接收點菜器發送的點菜信息，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。數據處理部分為讀菜器軟件的設計核心，主要實現分頁顯示點菜信息、防碰撞算法的設計、計算顧客等待時間等功能。有線網絡傳輸指讀菜器與上位機間通過網口傳輸數據。設備的驅動主要包括SPI驅動、串口驅動、網口驅動等。

3）上位機的軟件設計

上位機軟件設計部分包括網口通信、數據庫管理、界面顯示等部分，如圖6所示。

圖6　上位機軟件設計

網口通信主要解決上位機與多個讀菜器通過網口進行通信的問題。

數據庫管理包括完成菜品數據庫和菜單數據庫兩個數據庫的管理，其中完成菜品數據庫中按時間順序存放已經完成的菜品信息，為結算總賬、計算盈利提供數據備份，而菜單數據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置；開臺信息界面顯示所有餐桌當前的狀態是否為空閑，為顧客提供直觀的空位查詢服務；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系統總結

1）實現無服務員點菜、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）充分體現顧客至上的服務理念，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、安靜的就餐環境，避免了傳統點菜方式在各環節中出現的大聲喧嘩場面，智能點菜系統可以實現點菜、加菜、退菜、服務過程中的無聲化。

2.總結

本文在介紹了RFID技術的基礎上，提出了兩種以RFID技術為背景的應用系統，分別給出了每個系統的研究背景、系統設計方案以及系統總結。

（1）智能農業監控系統：針對國內農作物溫室“小而散”的分布特點和實際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農業監控系統。本系統將RFID技術與嵌入式技術相結合，實時監控溫室環境，并根據收集的環境信息對溫室中的環境調節設備進行控制以到達最適合農作物生長的環境條件。系統具有一定的實用價值，并具有低成本、適用性廣、可無人看守的優點。

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

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