利用射頻識別技術(shù)和GPRS技術(shù)的新鮮食用菌物流實時監(jiān)控系統(tǒng)

邵 晴

（河南經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

食用菌的栽培和生產(chǎn)加工通常并不在同一地方，銷售終端市場與生產(chǎn)地之間距離一般都很遠(yuǎn)。因此，需要采用交通工具解決食用菌的長距離運輸問題，即產(chǎn)地到銷售終端的物流，而更為重要的是食用菌產(chǎn)品從消費終端到消費者的短距離物流配送的問題，因此，物流運輸在食用菌供應(yīng)鏈中有著十分重要的地位[1]。近年來人們對飲食和營養(yǎng)健康越來越重視，生鮮食用菌消費總量不斷攀升，這也促使食用菌企業(yè)大力發(fā)展冷藏存儲和冷鏈物流，以最大程度地保持食用菌的新鮮營養(yǎng)成份。

冷鏈物流通過完整、有效實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測來保證食用菌在運輸過程中的質(zhì)量和品質(zhì)[2]。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)僅局限于同一地點，有一定的地域局限性，不能滿足大范圍、遠(yuǎn)距離監(jiān)控的需求；而且，多數(shù)的冷鏈物流監(jiān)測終端的傳感器實時性差，冷藏低溫下故障率很高。因此，有必要設(shè)計一種新型的物流監(jiān)控系統(tǒng)，提供在Internet網(wǎng)絡(luò)條件下的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控管理功能，利用無線GPRS技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄連接，監(jiān)測終端通過射頻識別設(shè)備完成對人員、冷鏈運輸車輛等信息的采集。

1 射頻識別（RFID） 技術(shù)

射頻識別（radio frequency identification，RFID）是一種信息自動識別技術(shù)[3]，其特點是信息自動讀取識別，并能夠自動輸入計算機。借助讀卡器（也稱“閱讀器”）和射頻電子標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸式信息通信，通過射頻信號的無線傳輸方式傳遞信息，從而達(dá)到自動識別目標(biāo)的目的。基本的RFID系統(tǒng)由射頻電子標(biāo)簽和讀卡器組成如圖1所示，圖中“MCU”為微控制單元（microcontroller unit），即單片機，用于監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用場合的自動化控制。

2 基于RFID和GPRS技術(shù)的食用菌物流實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

食用菌物流實時監(jiān)控系統(tǒng)基于RFID技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，集成了計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，實現(xiàn)了對食用菌物流的實時監(jiān)控，整個系統(tǒng)如圖2所示。

從圖2可以看出，系統(tǒng)由物流監(jiān)測終端和計算機監(jiān)測中心2大部分組成。物流監(jiān)測終端包括射頻識別卡（電子標(biāo)簽）、讀卡器、CAN節(jié)點、電源等；計算機監(jiān)測中心包括PCI接口卡、PC機、打印機和電源等。

該系統(tǒng)主要采用射頻識別技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和計算機技術(shù)，實現(xiàn)對物流從業(yè)人員和車輛的定位和生產(chǎn)調(diào)度，并能夠?qū)κ秤镁锪餍畔⑦M(jìn)行統(tǒng)計管理，大大提高了食用菌物流的現(xiàn)代化管理水平。

在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，RFID系統(tǒng)采用了ShockBurstTM收發(fā)模式實現(xiàn)射頻識別卡與讀卡器信號的無線傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｍㄟ^發(fā)送數(shù)據(jù)通知計算機控制中心，計算機監(jiān)測中心可以向讀卡器發(fā)送命令，實現(xiàn)對其運行情況的監(jiān)測，保證了整個系統(tǒng)運行的可靠性。

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過CAN總線或GPRS無線接口傳輸給計算機系統(tǒng)。由于CAN總線數(shù)據(jù)傳輸速率高、實時性好，因此短距離的物流節(jié)點可以通過增加CAN節(jié)點來實現(xiàn)有線傳輸距離的擴展（CAN總線長度可達(dá)10 km）；而長距離的物流節(jié)點則安裝GPRS模塊和CAN轉(zhuǎn)GPRS無線數(shù)據(jù)采集收發(fā)器來完成數(shù)據(jù)的無線傳輸。

由于采用了RFID技術(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)的整個識別過程系統(tǒng)自動完成，無需人為干預(yù)，因此系統(tǒng)的自動化程度高。并且射頻識別卡一般都采用了一定的封裝，防爆、防潮、防灰塵和防水性能良好，在冷藏存儲和冷鏈運輸?shù)牡蜏丨h(huán)境下能夠長時間正常工作；讀卡器也有密封鋁殼并有接地設(shè)計，因此其電子屏蔽性能良好，可以有效防止外來信號干擾。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

監(jiān)控系統(tǒng)要達(dá)到的主要性能指標(biāo)有：RFID系統(tǒng)中的射頻識別卡通訊射頻信號頻率為2.4 GHz[5]；識別卡為不可更換電池，電池壽命不少于1年；射頻識別卡的性能指標(biāo)要達(dá)到人員移動速度達(dá)到5 m·s-1、物流車輛行駛速度大于10 m·s-1時能夠準(zhǔn)確識別位置等相關(guān)信息的要求；針對食用菌物流從業(yè)人員數(shù)量，設(shè)置人員并發(fā)射頻識別卡數(shù)量不能小于80個；最大傳輸距離射頻識別卡到讀卡器的無遮擋無線傳輸距離60 m、讀卡器至PCI接口卡間最大距離為10 km、每個讀卡器之間距離為50 m；GPRS通信模塊采用工業(yè)級無線模塊，內(nèi)部需集成PPP和TCP/IP協(xié)議，支持實時操作系統(tǒng)，并且要有與之匹配的移動運營商的網(wǎng)絡(luò)支持；監(jiān)控系統(tǒng)允許接入的讀卡器數(shù)量為256個、系統(tǒng)最大監(jiān)控容量為射頻識別卡65 536個；監(jiān)控系統(tǒng)對物流從業(yè)人員和車輛信息、工作時間等記錄的保存時間，根據(jù)計算機系統(tǒng)的硬盤存儲容量設(shè)定為3個月。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

2.3.1 自動初始化檢測

監(jiān)控系統(tǒng)具有射頻識別卡電池電壓的自檢程序，能夠?qū)崿F(xiàn)自動初始化檢測；對讀卡器和CAN節(jié)點、GPRS模塊的供電情況及其運行狀態(tài)也能夠?qū)崿F(xiàn)自檢，根據(jù)自檢程序完成系統(tǒng)的初始化，保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

2.3.2 定位識別和報警功能

監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對食用菌物流運輸相關(guān)人員及冷藏車輛的定位識別，能夠?qū)ξ锪鬈囕v的運行軌跡實時監(jiān)測；司機、押運、裝卸和配送等人員每時每刻在生產(chǎn)廠、運輸?shù)缆贰}儲和裝卸場地的實時動態(tài)分布，并根據(jù)交通路線和停靠地點繪制相應(yīng)的動態(tài)分布圖，讓整個物流工作的人員和車輛等情況一目了然，并能夠?qū)崟r更新位置和時間等信息。

同時，監(jiān)控系統(tǒng)由于采用了RFID和GPRS技術(shù)，可以遠(yuǎn)程實時查詢?nèi)藛T和車輛的位置信息，如需要查找某一駕駛員和物流運輸車輛的具體地理位置時，可隨時向該人員或車輛的射頻識別卡發(fā)出指令信息，識別卡返回實時查詢的人員和車輛的位置信息。即使距離再遠(yuǎn)，只要有GPRS信號，當(dāng)出現(xiàn)事故或意外情況時，也可以通過識別卡報警功能及時告知相關(guān)人員，準(zhǔn)確判斷事故車輛和受困人員的身份及具體位置，為營救提供第一手信息。

2.3.3 日常管理和生產(chǎn)調(diào)度

監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對物流從業(yè)人員、物流車輛的上下班時間、車輛移動路線、工作時間和配送次數(shù)等的實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到計算機進(jìn)行存儲和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以日報、月報和年報等形式進(jìn)行報表統(tǒng)計和打印，從而實現(xiàn)對食用菌物流從業(yè)人員的日常考勤、車輛調(diào)度、冷藏運輸過程、倉儲信息等的監(jiān)測，加強了食用菌物流作業(yè)的科學(xué)化管理，提高了物流管理效率。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件選型

監(jiān)控系統(tǒng)的RFID系統(tǒng)中，射頻識別卡的選型主要包括微控制器MCU、無線射頻芯片天線和電源電路的選擇。微控制器MCU采用Texas Instruments公司的“MSP430F2112TRHBR”16位微控制器，其核心RISC處理器為MSP430FR572x，最大時鐘頻率2.4 GHz。主要特點是體積小、功耗低，便于安裝攜帶；無線射頻芯片采用專供單片機的射頻收發(fā)芯片nRF24l01，工作頻段為2.4 GHz～2.5 GHz ISM頻段，并且支持ShockBurstTM收發(fā)和直接收發(fā)2種通訊模式；而射頻識別卡的電源電路包括單片機MCU和無線射頻芯片的接口電路、JTAG接口電路、報警電路和電源電路。

CAN轉(zhuǎn)GPRS轉(zhuǎn)換器采用北京華啟智能科技有限公司的K9120型工業(yè)級轉(zhuǎn)換器，可以在-25℃～75℃的溫度正常工作，適合于食用菌物流的冷藏低溫環(huán)境。其內(nèi)部集成有CAN-bus接口和GPRS無線接口，而且CAN口通信速率可達(dá)1 Mbps。通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)實時調(diào)整的數(shù)據(jù)傳輸。其主要作用是通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)把CAN總線接入計算機局域網(wǎng)，從而完成CAN-bus網(wǎng)絡(luò)通過無線遠(yuǎn)距離接入Internet網(wǎng)絡(luò)的目的。

4 結(jié)論

隨著我國食用菌的產(chǎn)量和市場份額不斷增長，食用菌物流特別是冷藏運輸?shù)能囕v和人員增長迅速，但物流車輛種類繁多、工作地點分散、物流路線多變，生產(chǎn)調(diào)度和日常管理工作量很大，冷藏物流運輸?shù)目茖W(xué)規(guī)范管理就顯得更為重要。利用RFID技術(shù)可以方便地實現(xiàn)對物流車輛和人員的實時定位查詢，通過GPRS無線傳輸技術(shù)又可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信連接，兩者結(jié)合，十分適宜食用菌物流中對車輛、人員和貨物的實時監(jiān)控管理。