基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于物聯(lián)網(wǎng)的紅棗安全追溯系統(tǒng)的</p><p>　　設(shè)計(jì)和應(yīng)用 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　所屬學(xué)院 <

2、;/p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　日 期 </p><p

3、><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著近年來(lái)，諸多的食品安全事件的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅消費(fèi)者的身體健康，引起了世界性的廣泛關(guān)注，也影響了食品行業(yè)的健康、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。如何保證食品供應(yīng)鏈的安全，已成為一個(gè)迫切需要解決的全球性課題。傳統(tǒng)的對(duì)食品品質(zhì)檢驗(yàn)方法存在管理滯后、效率低下和較高的出錯(cuò)率等問(wèn)題。利用RFID技術(shù)建立安全食品供應(yīng)鏈體系可以有效解決以上問(wèn)題。RFID系統(tǒng)可

4、提供食品供應(yīng)鏈中食品與來(lái)源之間的可靠聯(lián)系，確保到達(dá)超市貨架及廚房的食品的來(lái)源是清晰的，并可追蹤到生產(chǎn)企業(yè)甚至是動(dòng)物、植物個(gè)體及具體的加工操作人員?！懊褚允碁樘欤骋园矠橄??！盧FID技術(shù)在安全食品供應(yīng)鏈的應(yīng)用，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，有助于食品企業(yè)加強(qiáng)食品安全方面的管理，穩(wěn)定和擴(kuò)大消費(fèi)群，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；從食品供應(yīng)鏈角度看，為消費(fèi)者營(yíng)造了放心消費(fèi)的環(huán)境，樹(shù)立了良好的形象，切實(shí)提高了整條供應(yīng)鏈的服務(wù)水平。雖然RFID在應(yīng)用中還有一些問(wèn)題需要解決，但是

5、其應(yīng)用前景是十分廣闊的。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題設(shè)計(jì)背景1</p><p>　　1.2課題設(shè)計(jì)目的1</p><p>　　1.3本文的主要工作及指導(dǎo)思想1</p&g

6、t;<p><b>　　2課題方案論證1</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終方案決定3</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</b></p><p><b>　　3.1硬件設(shè)計(jì)4</b>

7、;</p><p><b>　　3.2軟件設(shè)計(jì)7</b></p><p><b>　　總結(jié)10</b></p><p><b>　　致謝11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><

8、b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　近年來(lái)，英國(guó)的瘋牛病，比利時(shí)的二噁英，丹麥、蘇格蘭等國(guó)家和地區(qū)的沙門(mén)氏菌和大腸桿菌污染事件，國(guó)內(nèi)的“福壽螺”、“瘦肉精”、“三鹿奶粉”、“皮革奶”等事件，再次把食品安全問(wèn)題推向風(fēng)口浪尖。為此，世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織以及世界各國(guó)政府都加強(qiáng)了食品安全

9、工作，強(qiáng)化或調(diào)整了有關(guān)政策法規(guī)、監(jiān)督管理?xiàng)l例和科技研究投入力度。</p><p>　　想從根本上保護(hù)食品安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量，在完善法律加強(qiáng)監(jiān)管之外，實(shí)現(xiàn)從農(nóng)田到餐桌的全過(guò)程控制，一個(gè)最為得力的舉措應(yīng)該是建立食品的可追溯制度。目前發(fā)達(dá)國(guó)家可追溯系統(tǒng)主要應(yīng)用在畜牧業(yè)。例如：澳大利亞牲畜標(biāo)識(shí)計(jì)劃，歐盟強(qiáng)制性的家畜和肉制品可追溯制度[6]。加拿大強(qiáng)制性的牛標(biāo)識(shí)制度，以及日本的肉?？勺匪菹到y(tǒng)等。而我國(guó)在食品可追溯性方面也開(kāi)

10、展了大量的研究工作，但是如何構(gòu)建一套全流程追蹤系統(tǒng)成為了制約可追溯系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵。</p><p>　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為建立食品安全可追溯系統(tǒng)提供了解決之道。構(gòu)建一套基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的食品安全追溯系統(tǒng)勢(shì)在必行。不但能夠?yàn)槭称钒踩O(jiān)督提供技術(shù)保障，而且能夠促進(jìn)我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。賽迪顧問(wèn)研究顯示：2012年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3000億元，至2015年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到7500億

11、元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)30%，市場(chǎng)前景將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等市場(chǎng)。</p><p>　　棗業(yè)成為阿拉爾墾區(qū)僅次于棉花的支柱產(chǎn)業(yè)，怎樣做大做強(qiáng)這一特色產(chǎn)業(yè)？有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，應(yīng)從栽培模式、技術(shù)管理、儲(chǔ)存加工、銷(xiāo)售等方面，實(shí)施大集團(tuán)戰(zhàn)略，實(shí)行必要的宏觀調(diào)控。只有提高紅棗的產(chǎn)品質(zhì)量，從根本上提高消費(fèi)者對(duì)阿拉爾紅棗的信心，才是做強(qiáng)阿拉爾棗業(yè)的立足點(diǎn)。建立一套紅棗安全追溯系統(tǒng)，貫穿到紅棗生產(chǎn)，加工流通，直到銷(xiāo)售全過(guò)

12、程中，切實(shí)保障消費(fèi)者對(duì)紅棗種植、加工運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程相關(guān)信息的知情權(quán)，保證紅棗的質(zhì)量，提高紅棗的知名度，阿拉爾棗業(yè)會(huì)越做越大。</p><p><b>　　1.2課題設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　(1)進(jìn)一步熟悉和掌握RFID的工作原理和使用方法?</p><p>　　(2)熟悉單片機(jī)對(duì)外圍設(shè)備的控制方法，學(xué)會(huì)電路圖的設(shè)計(jì)?</p>

13、;<p>　　(3)通過(guò)對(duì)單片機(jī)的程序的實(shí)際編寫(xiě)，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)思路?</p><p>　　(4)了解RFID追溯系統(tǒng)的框架和射頻模塊的功能，為今后的學(xué)習(xí)工作做好充電?</p><p>　　1.3本文的主體工作及指導(dǎo)思想</p><p>　　本系統(tǒng)以阿拉爾紅棗為例，對(duì)阿拉爾紅棗實(shí)行產(chǎn)品的溯源。RFID標(biāo)簽卡可以存儲(chǔ)紅棗從生長(zhǎng)，成熟，收獲運(yùn)輸?shù)热^(guò)程的追溯

14、，通過(guò)RFID射頻識(shí)別技術(shù)，對(duì)標(biāo)簽卡實(shí)現(xiàn)了讀寫(xiě)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的功能，RFID標(biāo)簽卡不同于條形碼RFID標(biāo)簽卡里的信息可以進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的功能，可以通過(guò)無(wú)線電波實(shí)時(shí)傳輸信息，從而可以在簡(jiǎn)單的WEB服務(wù)組件中查找相應(yīng)的食品安全追溯信息，使食品安全生產(chǎn)管理者能夠在出現(xiàn)食品安全問(wèn)題時(shí)迅速的召回有害食品，防止有問(wèn)題產(chǎn)品的快速流散，從而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決生活中的食品安全問(wèn)題。</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般由感知層，網(wǎng)絡(luò)層和

15、應(yīng)用層組成，由于3G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)資源限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了感知層和應(yīng)用層兩部分。通過(guò)無(wú)線射頻RFID讀寫(xiě)器非接觸式讀取RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息為感知層。再通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的后端WEB服務(wù)組件完成相對(duì)應(yīng)的食品安全信息溯源功能。 </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般由感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，由于3G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)資源限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了感知層和應(yīng)用層兩部分。通過(guò)無(wú)線射頻RFID讀寫(xiě)器非接觸式讀取RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息為

16、感知層。再通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的后端WEB服務(wù)組件完成相對(duì)應(yīng)的食品安全信息溯源功能。 </p><p><b>　　2課題方案論證</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯流程:</p><p>　?。?）在生產(chǎn)食品的源頭，無(wú)論是動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程中吃的飼料信息，還是在植物種植過(guò)

17、程中施加的肥料信息，均可以使用RFID電子標(biāo)簽存儲(chǔ)到食品安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此來(lái)作為將來(lái)食品安全追溯原始數(shù)據(jù)。 </p><p>　?。?）在食品加工環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)廠家、操作員工、食品加工方式以及時(shí)間等追溯信息也會(huì)記錄到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的字段中。 </p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)食品的流通過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)布置含有多種傳感器的讀寫(xiě)器，可以記錄該批食品流通過(guò)程中的環(huán)境信息。 </p>

18、<p>　?。?）在運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，在車(chē)門(mén)里的讀寫(xiě)器每隔幾分鐘就讀取食品貨箱的RFID標(biāo)簽信息，連同傳感器的信息一起發(fā)送到食品安全追溯管理系統(tǒng)中記錄數(shù)據(jù)，因?yàn)檐?chē)廂內(nèi)的信息基本一樣，所以在讀寫(xiě)器上而不是在RFID標(biāo)簽上集成傳感器可以大幅度縮減系統(tǒng)成本。 </p><p>　?。?）在食品運(yùn)輸?shù)絺}(cāng)庫(kù)時(shí)，RFID讀寫(xiě)器會(huì)讀取食品信息以及入庫(kù)時(shí)間，并且系統(tǒng)自動(dòng)分配存貨區(qū)域。倉(cāng)庫(kù)中布置的內(nèi)嵌傳感器的讀寫(xiě)器，同樣按照一

19、定時(shí)間定時(shí)讀取RFID標(biāo)簽信息已經(jīng)環(huán)境信息。 </p><p>　　（6）根據(jù)記錄的外界環(huán)境信息，物流倉(cāng)庫(kù)的質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)庫(kù)存中的食品進(jìn)行評(píng)估，并且根據(jù)環(huán)境信息綜合判斷，保質(zhì)期將到的食品先發(fā)貨。 </p><p>　?。?）通過(guò)嚴(yán)格的控制流通過(guò)程，運(yùn)送到消費(fèi)者手中食品的安全性將會(huì)大大提高，因此，無(wú)論是在餐桌或是貨架，消費(fèi)者通過(guò)追溯系統(tǒng)既可查到食品的生產(chǎn)日期、原料產(chǎn)地、生產(chǎn)者等詳細(xì)生長(zhǎng)

20、信息，通過(guò)食品安全測(cè)評(píng)系統(tǒng)對(duì)食品進(jìn)行等級(jí)認(rèn)證，以此就可以確保食品安全。 </p><p>　?。?）食品變質(zhì)后，評(píng)估系統(tǒng)將實(shí)時(shí)改變?cè)u(píng)估結(jié)果，提醒消費(fèi)者慎重購(gòu)買(mǎi)，并且通知零售商將過(guò)期產(chǎn)品撤下貨架。 </p><p>　　（9）當(dāng)發(fā)生食品安全問(wèn)題時(shí)，通過(guò)食品安全追溯系統(tǒng)就可以查到食品的最終銷(xiāo)售者，還可以找到流通或生產(chǎn)加工過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，形成有政府統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)、高效運(yùn)作的架構(gòu)。這也是國(guó)際上

21、食品安全追溯管理模式的發(fā)展趨勢(shì)。 </p><p>　　RFID射頻識(shí)別技術(shù)及EPC產(chǎn)品電子代碼:</p><p>　　近年來(lái)，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)在全球得到了迅速發(fā)展，在人們的日常生活中已經(jīng)出現(xiàn)，并且產(chǎn)生了越來(lái)越大的影響。射頻識(shí)別技術(shù)是結(jié)合了無(wú)線電、芯片制造及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的新技術(shù)。無(wú)線射頻識(shí)別RFID技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻信號(hào)及其空間耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)

22、對(duì)靜止或移動(dòng)物體的自動(dòng)識(shí)別。射頻識(shí)別常被稱(chēng)為感應(yīng)式電子芯片或非接觸卡。典型的RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。電子標(biāo)簽中保存著某種約定格式的編碼數(shù)據(jù)，用以唯一標(biāo)識(shí)標(biāo)簽所附著的物體；讀寫(xiě)器通過(guò)無(wú)線信號(hào)與標(biāo)簽通信，獲得標(biāo)簽中的編碼，并將這些編碼送往后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，達(dá)到對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的目的。</p><p>　　射頻識(shí)別技術(shù)有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1）

23、：數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)功能</p><p>　　2）：電子標(biāo)簽的小型化和多樣化</p><p><b>　　3）：耐環(huán)境性</b></p><p><b>　　4）：可重復(fù)使用</b></p><p><b>　　5）：穿透性</b></p><p>　　6）：數(shù)

24、據(jù)的記憶容量大</p><p><b>　　7）：系統(tǒng)的安全性</b></p><p>　　EPC產(chǎn)品電子代碼技術(shù)是由美國(guó)麻省理工學(xué)院的自動(dòng)識(shí)別研究中心開(kāi)發(fā)的，旨在通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，利用無(wú)線射頻識(shí)別、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的物聯(lián)網(wǎng)。EPC代碼是由標(biāo)頭、管理者代碼、對(duì)象分類(lèi)代碼、序列號(hào)等數(shù)據(jù)字段組成的一組數(shù)字。 </p><

25、;p>　　圖2-1 EPC代碼結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　EPC的目標(biāo)是為物理世界的對(duì)象提供唯一的標(biāo)識(shí)，從而達(dá)到通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)標(biāo)識(shí)和訪問(wèn)單個(gè)物體的目標(biāo)，就如同在互聯(lián)網(wǎng)上使用IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)和通信一樣。EPC系統(tǒng)的最終目的是為每一個(gè)單品建立全球的、開(kāi)放的標(biāo)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。EPC系統(tǒng)的發(fā)展，能夠推動(dòng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，向跨地區(qū)、跨國(guó)界物品識(shí)別與跟蹤領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了劃時(shí)代的一步，可以做到對(duì)供應(yīng)鏈中的貨品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，

26、還可以通過(guò)優(yōu)化供應(yīng)鏈來(lái)給用戶提供數(shù)據(jù)支持，大大提高供應(yīng)鏈的效率。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的構(gòu)成和工作流程:</p><p>　　典型的RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三大部分組成。由芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，通過(guò)電感耦合或電磁反射原理與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信。電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中存儲(chǔ)被識(shí)別物體相關(guān)信息的電子裝置，通常貼在被識(shí)別物體表面或者嵌入其內(nèi)部，標(biāo)簽存儲(chǔ)器中的

27、信息可由讀寫(xiě)器進(jìn)行非接觸式的讀和寫(xiě)。電子標(biāo)簽由天線、控制模塊、存儲(chǔ)器、收發(fā)模塊4部分構(gòu)成。閱讀器，有時(shí)也被稱(chēng)為查詢器、讀寫(xiě)器或讀出裝置，主要由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。芯片中一般存儲(chǔ)兩種數(shù)據(jù)：一種為固化在芯片中的UID（唯一標(biāo)識(shí)號(hào)），用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)電子標(biāo)簽；另一種為存儲(chǔ)在EEPROM中的可擦寫(xiě)數(shù)據(jù)，用來(lái)記錄與被識(shí)別物體相關(guān)的信息。閱讀器是讀寫(xiě)電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，通常由天線、射頻模塊、控制模塊、接口模塊4部分組成。讀寫(xiě)器

28、的任務(wù)是：控制射頻模塊發(fā)射載波信號(hào)以提供能量來(lái)啟動(dòng)標(biāo)簽；對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳送給標(biāo)簽；對(duì)標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，并將標(biāo)識(shí)信息傳輸給主機(jī)處理；通信接口控制、輸入輸出檢測(cè)和控制；產(chǎn)生、發(fā)送、接收射頻信號(hào)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制讀寫(xiě)器進(jìn)行讀寫(xiě)卡的操作，以及存儲(chǔ)和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的工作流程如下。</p><p>　?。?）讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率

29、的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽通過(guò)從讀寫(xiě)器獲得的能量自動(dòng)除與激活狀態(tài)。</p><p>　?。?）電子標(biāo)簽將存儲(chǔ)在其自帶的存儲(chǔ)器上的RFID編碼等信息通過(guò)標(biāo)簽內(nèi)置發(fā)射天線發(fā)送出去。</p><p>　?。?）系統(tǒng)接收天線對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。</p><p>　　（4）主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽

30、編碼的完整性、合法性，針對(duì)不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯做出相應(yīng)的處理和控制。 </p><p>　　圖2-2 RFID基本原理圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終方案決定</p><p>　　綜上所述，選定本課題食品安全追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案:首先對(duì)食品的追溯信息詳細(xì)寫(xiě)入RFID標(biāo)簽卡,然后通過(guò)射頻識(shí)別讀寫(xiě)器將里面所包含的食品安全追溯信息讀取到電腦中，第三步是通過(guò)簡(jiǎn)單的WE

31、B服務(wù)組件設(shè)計(jì)查找相應(yīng)EPC代碼所對(duì)應(yīng)的詳細(xì)WEB信息。采用可讀寫(xiě)電子標(biāo)簽除標(biāo)簽ID號(hào)（UID號(hào)）永不可變外，可讀寫(xiě)電子標(biāo)簽中的其它數(shù)據(jù)可以因需更新，而根據(jù)標(biāo)簽ID號(hào)可以唯一確定標(biāo)簽，進(jìn)而可以唯一確定相應(yīng)的食品。EPC可以通過(guò)標(biāo)簽卡里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)。在本設(shè)計(jì)中，由于各方面條件的設(shè)計(jì)只用生產(chǎn)源頭的信息追溯來(lái)代替整個(gè)食品安全追溯流程。由于WEB服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，所以用一個(gè)簡(jiǎn)單的WEB服務(wù)組件來(lái)展示一下食品安全追溯系統(tǒng)的

32、后臺(tái)操作流程和簡(jiǎn)單的二進(jìn)制序列和詳細(xì)信息的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系。食品安全追溯系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化為對(duì)一個(gè)含有特定食品追溯信息的標(biāo)簽卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)好最小系統(tǒng)，外部獨(dú)立提供5V直流電源，依靠射頻模塊進(jìn)行非接觸式讀卡寫(xiě)卡。信息在非接觸式的電磁場(chǎng)中通過(guò)天線傳輸。</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.

33、1硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)由PC機(jī)、讀寫(xiě)器、射頻卡、RS232轉(zhuǎn)換電路、接口設(shè)備組成。其中RFID讀寫(xiě)器是整個(gè)食品安全追溯系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)讀寫(xiě)標(biāo)簽卡里的信息、與PC 機(jī)通信、向控制器發(fā)送控制信號(hào)等工作。</p><p><b>　　圖3-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　RFID讀寫(xiě)器在射頻識(shí)別中

34、是核心的工作機(jī)，通過(guò)USB-TTL模塊與主機(jī)相連。RFID讀寫(xiě)器采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，由一臺(tái)微處理機(jī)及相應(yīng)的外圍電路組成。本系統(tǒng)采用AT89C2051單片機(jī)作為RFID讀寫(xiě)器的核心電路，配置射頻卡讀寫(xiě)芯片、天線耦合電路、天線、USB-TTL模塊等組成。整個(gè)射頻識(shí)別框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器AT89C2051控制射頻識(shí)別讀寫(xiě)器讀取射頻卡的信號(hào)，然后AT89C2051根據(jù)所得數(shù)據(jù)與整個(gè)上位PC機(jī)之間進(jìn)行通訊，獲得指令以及傳輸

35、系統(tǒng)狀態(tài)等，下面主要從硬件部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。</p><p>　　射頻讀卡器微處理器模塊: </p><p>　　本系統(tǒng)的RFID讀寫(xiě)器主控模塊由單片機(jī)及其外圍電路組成。本系統(tǒng)選取ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機(jī)作為讀卡器的主控模塊。AT89C2051單片機(jī)是一種CMOS8位單片機(jī)，具有低電壓、高性能的特點(diǎn)。具有2K字節(jié)容量的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128b

36、ytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C2051單片機(jī)在電子類(lèi)產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用?！T89C2051具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。空閑方停止

37、CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C2051可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)芯片引腳圖</p><p><b>　　主要引腳說(shuō)明：<

38、;/b></p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)8位雙向I/O口。引腳P1.2~P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫(xiě)入“1”時(shí)

39、，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。 </p><p>　　P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個(gè)雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的P3口腳將

40、用上拉電阻而流出電流。 </p><p>　　圖3-3 P3口第二功能圖</p><p>　　射頻讀卡器讀寫(xiě)模塊:</p><p>　　FM1702SL是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計(jì)的基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專(zhuān)用芯片，采用0.6 微米CMOS EEPROM 工藝，支持ISO14443 type A協(xié)議，支持多種加密算法，兼容Philips的MF RC

41、530(SPI接口)讀卡機(jī)芯片。芯片內(nèi)部高度集成了模擬調(diào)制解調(diào)電路，只需最少量的外圍電路，支持SPI接口(-P),數(shù)字電路具有TTL、CMOS 兩種電壓工作模式。特別適用于ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)下水、電、煤氣 表、8自動(dòng)售貨機(jī)、門(mén)禁、電梯、飲水機(jī)、電話機(jī)等計(jì)費(fèi)系統(tǒng)或身份識(shí)別系統(tǒng)的讀卡器的應(yīng)用。CY-14443A系列是低功耗寬電壓功能模塊，工作3～5.5V，最低功耗僅需3ua， 采用一體化模塊可以大大減少PCB面積，增強(qiáng)應(yīng)用性能，可以勝任

42、各種應(yīng)用場(chǎng)合。</p><p>　　射頻識(shí)別標(biāo)簽卡及天線設(shè)計(jì):</p><p>　　卡片的電氣部分只由一個(gè)天線和 ASIC 組成。天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，易于封裝到 IS0 卡片中?？ㄆ?ASIC 由一個(gè)波特率為106KB 的 高速RF 接口，一個(gè)8K 位 EEPROM和一個(gè)控制單元組成。讀寫(xiě)器向 RFID射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè) LC 串聯(lián)諧振電路。頻率

43、與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，當(dāng)產(chǎn)生電磁波時(shí)，LC 諧振電路發(fā)生共振現(xiàn)象，使電容內(nèi)產(chǎn)生電荷，在電容的另一端處，有一個(gè)電子泵，單向?qū)ǖ?。把電容中的電?送到另一個(gè)電容中去，當(dāng)積累的電荷到 2V 時(shí)，此電容可以當(dāng)做電源為電路提供電壓，將RFID標(biāo)簽卡內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)射出去和接收讀寫(xiě)器發(fā)送的數(shù)據(jù)。</p><p>　　在RF射頻接口電路中的波形轉(zhuǎn)換模塊。其主要功能是接受讀寫(xiě)器所發(fā)送的無(wú)線電調(diào)制電波，用于調(diào)制/解調(diào)模塊以及進(jìn)行波形

44、轉(zhuǎn)換，和為卡片提供電壓。具體步驟包括轉(zhuǎn)換波形為方波、整流濾波以及通過(guò)電壓調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行穩(wěn)壓的處理，最終輸出到各工作電路。POR模塊主要是對(duì)卡片上的電路進(jìn)行上電復(fù)位，使各電路同步啟動(dòng)工作。</p><p>　　CY-14443A系列全部有板載內(nèi)置天線，可以再接外接天線： 內(nèi)置天線的優(yōu)點(diǎn):提高集成度，尺寸雖小但是可以讀取達(dá)到6cm以內(nèi)的卡， 基本不需再外接大天線就可以滿足大部分的設(shè)計(jì)需要，并且不需要更換電 路就可以再連

45、接外部天線，提高了系統(tǒng)的可重用性，大大降低成本，另外， 內(nèi)置天線的讀頭可以作為有源天線使用。</p><p>　　射頻讀卡器通信模塊:</p><p>　　本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的串口采用的是USB-TTL電平的方式達(dá)到電路板與PC機(jī)進(jìn)行串口通信的目的。</p><p>　　USB接口概述：通用串行接口（Universal Serial Bus）是連接外部裝置的一個(gè)串口匯流

46、排標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)上使用廣泛，USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB接口可用于連接多達(dá)127種外設(shè)，如鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器和鍵盤(pán)等。USB是一種常用的pc接口，他只有4根線，兩根電源兩根信號(hào)，故信號(hào)是串行傳輸?shù)?，USB接口也稱(chēng)為串行口。</p><p>　　TTL接口概述：TTL（Transistor Transistor Logic）即晶體管-晶體管邏輯，TTL電平信號(hào)由TTL器件產(chǎn)生。TTL器件是數(shù)字集成

47、電路的一大門(mén)類(lèi)，它采用雙極型工藝制造，具有高速度、低功耗和品種多等特點(diǎn)。 TTL接口屬于并行方式傳輸數(shù)據(jù)的接口，采用這種接口時(shí)，不必在液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)板端和液晶面板端使用專(zhuān)用的接口電路，而是由驅(qū)動(dòng)板主控芯片輸出的TTL數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)電纜線直接傳送到液晶面板的輸人接口。</p><p>　　USB-TTL模塊特性：</p><p>　　1：USB接口模擬一個(gè)串行口，安裝驅(qū)動(dòng)以后，完全可以視為對(duì)串

48、行口進(jìn)行各種操作。</p><p>　　2：USB 接口直接供電，無(wú)需外部電源。</p><p>　　3：可以跳線選擇5V 、3.3V TTL接口。</p><p>　　4：TTL接口能直接連接到各種單片機(jī)的串口引腳，進(jìn)行通訊調(diào)試。</p><p>　　5：可以通過(guò)串行口對(duì)STC單片機(jī)進(jìn)行程序下載。</p><p>　

49、　圖3-4 通信接口連接圖</p><p><b>　　產(chǎn)品命名規(guī)則：</b></p><p>　　RFID讀寫(xiě)器整體模塊連接：</p><p>　　單片機(jī)AT89C2051與射頻模塊FM1792SL相嵌在電路板上連接到一起。U1單片機(jī)通過(guò)J1接口連接到FTDI232RL芯片主控的USB-TTL模塊通過(guò)并串轉(zhuǎn)化的方式和PC機(jī)進(jìn)行通信。</

50、p><p><b>　　3.2軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案思想:</b></p><p>　　先了解RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理，在程序開(kāi)始時(shí)必須首先打開(kāi)正確的端口，如果沒(méi)有正確打開(kāi)端口或者端口不存在，會(huì)有一個(gè)提示：串口打開(kāi)錯(cuò)誤。用戶自己將卡片靠近讀卡模塊， 發(fā)現(xiàn)模塊上紅燈亮起之后，按功能區(qū)的”尋卡

51、”來(lái)讀取卡片序列號(hào)。正確尋卡之后，會(huì)在序列號(hào)里顯示卡片序列號(hào)只要沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤的命令提示，就表明準(zhǔn)確識(shí)別出卡號(hào)來(lái)。錯(cuò)誤提示包含<串口未打開(kāi)> <命令執(zhí)行錯(cuò)誤> 串口未打開(kāi)的提示表示串口無(wú)法使用， 命令執(zhí)行錯(cuò)誤的提示表明卡不在天線范圍內(nèi)，或者模塊和計(jì)算機(jī)的通訊鏈路不準(zhǔn)確。對(duì) IC 卡的讀寫(xiě)操作 包含讀塊，寫(xiě)塊，修改密鑰等，錢(qián)包操作也反應(yīng)在讀寫(xiě)塊上，因此可以用讀塊方式來(lái)驗(yàn) 證錢(qián)包操作。</p><p

52、>　　圖3-5 設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　以上設(shè)計(jì)流程圖，在編制主程序流程圖和編寫(xiě)程序源代碼的時(shí)候，以此作為參考?包含了RFID射頻識(shí)別技術(shù)的工作的基本流程。卡片操作含有讀卡，寫(xiě)卡，修改卡片密匙，初始化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)增值，數(shù)據(jù)減值等操作。</p><p>　　圖3-6 設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫(xiě)器的操作范圍時(shí)，讀寫(xiě)器以特定的協(xié)議與它通訊

53、，從而確定該卡是否為 射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。</p><p><b>　　防沖突機(jī)制：</b></p><p>　　當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫(xiě)器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會(huì)從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的 則處于空閑模式等待下一次選卡，該過(guò)程會(huì)返回被選卡的序列號(hào)。</p><p><b>　　選擇卡片：</b></p>

54、<p>　　選擇被選中的卡的序列號(hào)，并同時(shí)返回卡的容量代碼。</p><p><b>　　三次互相確認(rèn)：</b></p><p>　　選定要處理的卡片之后，讀寫(xiě)器就確定要訪問(wèn)的扇區(qū)號(hào)，并對(duì)該扇區(qū)密碼進(jìn)行密碼校驗(yàn)， 在三次相互認(rèn)證之后就可以通過(guò)加密流進(jìn)行通訊。（在選擇另一扇區(qū)時(shí)，則必須進(jìn)行另一扇 區(qū)密碼校驗(yàn)。）</p><p>&l

55、t;b>　　對(duì)數(shù)據(jù)塊的操作：</b></p><p>　　讀塊，寫(xiě)塊，加值，減值，存儲(chǔ)，傳輸，終止</p><p>　　后端WEB服務(wù)組件的設(shè)計(jì):</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)是WEB服務(wù)。WEB服務(wù)是不依賴(lài)于硬件環(huán)境、獨(dú)立運(yùn)行、可移植的軟件模塊。WEB服務(wù)是一個(gè)用于分散和分布式環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息交換的、基于XML的通信協(xié)議。在此

56、協(xié)議下，軟件組件或應(yīng)用程序能夠通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進(jìn)行通信。他的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是簡(jiǎn)單性和擴(kuò)展性，有助于實(shí)現(xiàn)大量異構(gòu)程序和平臺(tái)之間的互操作性，從而使存在的應(yīng)用程序能夠被廣泛的用戶使用。WEB服務(wù)是一種通過(guò)Internet和SOAP協(xié)議提供企業(yè)應(yīng)用的方式。</p><p>　　使用C#在Visual Studio 2008中創(chuàng)建一個(gè)Web服務(wù)組件：</p><p><b>　　第一：創(chuàng)

57、建服務(wù)器端</b></p><p>　　第二：創(chuàng)建客戶端，設(shè)計(jì)客戶端界面，添加WEB引用。</p><p>　　第三：進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交互</p><p>　　從而通過(guò)簡(jiǎn)單那的WEB服務(wù)組件將RFID標(biāo)簽卡中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為詳細(xì)的食品安全追溯信息。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p>

58、<p>　　經(jīng)過(guò)認(rèn)真的準(zhǔn)備和努力，紅棗安全追溯系統(tǒng)的主體功能已經(jīng)能夠順利實(shí)現(xiàn)，能夠進(jìn)行射頻識(shí)別的基本讀寫(xiě)操作，并加上了針對(duì)RFID標(biāo)簽卡存儲(chǔ)信息的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理功能以及簡(jiǎn)單的后端WEB服務(wù)組件。從開(kāi)始畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路的逐漸清晰，整個(gè)寫(xiě)作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。遇到困難，我回覺(jué)得無(wú)從下手，不知從何寫(xiě)起；當(dāng)困難解決了，我會(huì)覺(jué)得豁然開(kāi)朗，思路打開(kāi)了；當(dāng)論文經(jīng)過(guò)一次次修改后，基

59、本成型的時(shí)候，我會(huì)覺(jué)得很有成就感。同時(shí)我也在想，畢業(yè)論文的完成意味著什么？</p><p>　　預(yù)示著我即將畢業(yè)，即將走出可愛(ài)的校園步入社會(huì)的大講堂，開(kāi)始我的又一個(gè)新的人生旅程。那么我應(yīng)該記下一些東西對(duì)我的畢業(yè)論文做一個(gè)總結(jié)，劃上一個(gè)完整的句號(hào)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　我在指導(dǎo)老師xx老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)

60、格要求下，經(jīng)過(guò)自己的努力，終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)?從開(kāi)始的論文選題到課題中難點(diǎn)的出現(xiàn)解決，xx老師都給了本人認(rèn)真的指導(dǎo)，他的敬業(yè)精神和治學(xué)態(tài)度都使我學(xué)習(xí)到了很多東西，在此，我首先想胡老師致以衷心的感謝。</p><p>　　通過(guò)這次課題設(shè)計(jì)，增加了很多實(shí)用的理論知識(shí)，進(jìn)一步提高了動(dòng)手能力，對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有了更深的了解，特別是在RFID領(lǐng)域，讓我在今后的學(xué)習(xí)工作有了更好的認(rèn)識(shí)。通過(guò)閱讀多方面的文獻(xiàn)資料，我不僅開(kāi)

61、闊了自己的知識(shí)面，也懂得了更好的將知識(shí)轉(zhuǎn)換到實(shí)踐中。</p><p>　　在此，我衷心感謝各位老師和領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)和支持。在未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中，我會(huì)更加努力，回報(bào)大家對(duì)我寄予的厚望。同時(shí)也非常感謝舍友們一直以來(lái)對(duì)我的關(guān)心和幫助，謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉幺和.物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用技術(shù).北京:機(jī)

62、械工業(yè)出版社，2011.9.</p><p>　　[2]劉化君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2010.9.</p><p>　　[3]周洪波.物聯(lián)網(wǎng)：技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式.北京:電子工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[4]劉禹.RFID在食品安全中的應(yīng)用方案期刊論文.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2006.</p><p>　　[5

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64、研發(fā)實(shí)踐.北京:機(jī)械工業(yè)出版社2005.</p><p>　　[9]張潔，基于RFID技術(shù)的智能門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì).河北科技大學(xué)，2010.</p><p>　　[10]岳昆，王曉玲，周傲英.Web服務(wù)核心支撐技術(shù)：研究綜述.軟件學(xué)報(bào)，2004.</p><p>　　[11]周曉光，王曉華.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例[M]北京:人民郵電出版社，2006.<