曹婧華，冉彥中，許志軍

(吉林大學(xué) 和平校區(qū)計算機(jī)教研室，長春 130062)

作物種子的識別與示蹤方目前仍停留在翻查手工編制檔案卡片方式上，人工記錄種子各種信息，將記載信息的卡片置于袋中或貼在箱子上，時間久了數(shù)據(jù)易丟失。隨著年份增多而保存的種子也增多，如何快速準(zhǔn)確識別出各類種子以及種子名稱、品種、產(chǎn)地、批次、施用農(nóng)藥、生產(chǎn)者等各種信息的問題顯得日益突出。采用RFID無線識別系統(tǒng)還可以對種子的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、貯藏、包裝、檢驗(yàn)和衛(wèi)生等各個環(huán)節(jié)實(shí)施全程監(jiān)控，RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別(電子標(biāo)簽)，是一種簡單的無線系統(tǒng)，由一個控制器(閱讀器)和電子標(biāo)簽以及計算機(jī)組成。

1 RFID無線識別系統(tǒng)組成

RFID無線識別系統(tǒng)由種子電子標(biāo)簽、控制器、計算機(jī)種子管理系統(tǒng)三部分組成。

圖1 種子RFID無線識別系統(tǒng)Fig.1 Seed identification system based on RFID wireless

無線識別系統(tǒng)工作原理是：種子標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動發(fā)送某一頻率的信號；讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)組成如圖1所示。

電子標(biāo)簽是用來存儲需要識別和傳輸?shù)姆N子信息，每個電子標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，標(biāo)簽中含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線進(jìn)行通信，它存儲的信息可以被射頻控制器通過非接觸方式讀/寫獲取。在本系統(tǒng)中種子標(biāo)簽釘在種子袋、種子箱上。

控制器 主要由天線、無線收發(fā)模塊CC2500、控制模塊Msp430、電源、接口電路等組成，是負(fù)責(zé)讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，它可以單獨(dú)完成數(shù)據(jù)的讀寫、處理等功能，也可以與計算機(jī)完成對種子電子標(biāo)簽的操作。

種子管理系統(tǒng) 計算機(jī)通過Max232串行口與控制器連接，主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲、管理、分析，采用SQL-server數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫。

2 種子無線識別系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

種子電子標(biāo)簽和控制器的無線收發(fā)模塊均采用TI公司 CC2500無線收發(fā)器芯片，是一款單片2.4GHz射頻收發(fā)芯片，適合于低成本超低功耗的無線應(yīng)用，電路設(shè)定為2400-2483.5MHz SRD(短距離設(shè)備)頻率波段。支持多種調(diào)制方式，包括FSK、GFSK、OOK和MSK，RF收發(fā)器集成了一個數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps的高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。CC2500為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、空閑信道評估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。CC2500的主要操作參數(shù)和64位傳輸/接收FIFO(先進(jìn)先出堆棧)可通過SPI接口控制，如圖2所示。

圖2 CC2500無線收發(fā)電路Fig.2 CC2500 wireless transceiver circuit

控制器采用MSP430F，是TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的混合信號芯片。MSP430單片機(jī)內(nèi)嵌入了硬件 SPI模塊，可以很方便地與無線收發(fā)芯片CC2500進(jìn)行SPI同步通信。SPI同步通信是指通信雙方共用一個時鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，發(fā)送方發(fā)送速率與接收方接收速率完全相同，并且數(shù)據(jù)的高位先傳輸。將 MSP430設(shè)為主機(jī)，CC2500為從機(jī)，在主機(jī)模式下，通信引腳的定義如下：UCXSIMO，主機(jī)模式，數(shù)據(jù)輸出線；UCXSIMI，數(shù)據(jù)輸入線；UCXCLK，時鐘輸出線；一條用于片選 CC2500；一條CC2500的信號輸出線GDOX，用于產(chǎn)生中斷信號，通知 MSP430F進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的收發(fā)。CC2500與MSP430連接如圖3所示。

圖3 SPI接口連接Fig.3 SPI interface

3 種子無線識別系統(tǒng)SPI通信軟件設(shè)計

通信建立過程：開始所有通信模塊都處于接受狀態(tài)，守候在一個公共的信道上，當(dāng)某一通信器A發(fā)起請求時，先在信道上發(fā)送一幀報文數(shù)據(jù)，另一通信器B接收后，按預(yù)定義幀格式與自己的ID號進(jìn)行比較，如果通信器 B的 ID號與之匹配，則cc2500自動繼續(xù)接收完整幀數(shù)據(jù)，否則接受流程通信器B不再進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)的接收，其流程如下。

(1)初始化SPI，MCU各引腳

當(dāng)有數(shù)據(jù)接收或發(fā)送時，可以采用中斷或查詢兩種方式，芯片GdO0與GDO2引腳輸出至Msp430各引腳，若要用中斷則要接至Msp430外部中斷引腳，查詢時則可用通用的I/O口，使用中斷引腳，只要在數(shù)據(jù)包需要發(fā)射或接受時，才喚醒Msp430，實(shí)現(xiàn)低工耗。

(2)復(fù)位CC2500

(3)初始化CC2500，各個寄存器設(shè)置，寫操作時可以從SO中讀出CC2500的狀態(tài)，初始化后，CC2500為空閑狀態(tài)，可以將CC2500設(shè)為不同的狀態(tài)。

(4)狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換，讀/寫 FIFO 數(shù)據(jù)。收發(fā)數(shù)據(jù)可以通過GPO0引腳產(chǎn)生中斷，依據(jù)不同情況處理。

其通信過程主要包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收兩部分，簡化說明僅列出部分c語言編寫的部分代碼，CC2500數(shù)據(jù)包接收函數(shù)，數(shù)據(jù)包發(fā)送函數(shù)等。

(1)CC2500數(shù)據(jù)包接收函數(shù)

4 計算機(jī)種子資源管理系統(tǒng)設(shè)計

每個種子包裝上都有RFID標(biāo)簽，通過標(biāo)簽鑒定種子來源，利用讀寫器在倉庫中迅速找到該產(chǎn)品。把各種信息加入RFID標(biāo)簽，通過網(wǎng)絡(luò)把信息傳送到公共的數(shù)據(jù)庫中，消費(fèi)者或購買產(chǎn)品的單位，把商品的RFID標(biāo)簽內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫中的記錄進(jìn)行比對，能夠有效地幫助識別假冒產(chǎn)品，種子資源庫RFID管理系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

圖4 種子資源庫管理系統(tǒng)模塊Fig4 The seed resources management module

5 結(jié)束語

本文以軟硬件設(shè)計實(shí)現(xiàn)了種子無線識別系統(tǒng)，可方便地與 PC機(jī)連接，在 PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)對種子RFID電子芯片的讀寫操作。該系統(tǒng)主要用于種子識別及管理，有待于完善，可以把產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、存儲、銷售等環(huán)節(jié)的信息都存儲在RFID標(biāo)簽中，可滿足多種應(yīng)用場合。

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