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RFID技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用方案的研究

安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心常琳

本文介紹了RFID技術(shù)的原理和相關(guān)應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際需求，針對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)作物溫室“小而散”的分布特點(diǎn)和實(shí)際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)；通過(guò)對(duì)餐飲行業(yè)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀分析，提出一種基于RFID的智能點(diǎn)菜系統(tǒng)；充分考慮實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室管理成本之間的矛盾，提出一種實(shí)驗(yàn)室設(shè)備追蹤系統(tǒng)。分別對(duì)這三個(gè)系統(tǒng)的背景進(jìn)行了分析、進(jìn)一步提出了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，給出各系統(tǒng)的創(chuàng)新性和應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)各系統(tǒng)分別進(jìn)行了總結(jié)，說(shuō)明系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用前景和市場(chǎng)研究?jī)r(jià)值。

RFID技術(shù)；智能農(nóng)業(yè)；智能點(diǎn)菜；設(shè)備追蹤

1.RFID技術(shù)的三種具體應(yīng)用方案

1.1RFID應(yīng)用之小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)

1.1.1研究背景

智能農(nóng)業(yè)是指在相對(duì)可控的環(huán)境下，采用先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)影響作物生長(zhǎng)的參數(shù)，如溫度、濕度、CO2濃度、光照等進(jìn)行采集，并通過(guò)自動(dòng)化的控制方式控制相關(guān)設(shè)備的開(kāi)閉，進(jìn)而完成對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)的控制功能。根據(jù)調(diào)查得知，我國(guó)農(nóng)業(yè)主要以小規(guī)模的形式分散分布為主，大規(guī)模、集中式的管理系統(tǒng)并不適用我國(guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀。

1.1.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由上位機(jī)、讀卡器和環(huán)境因子采集節(jié)點(diǎn)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(huán)境因子采集節(jié)點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行采集，然后將采集到的信息通過(guò)無(wú)線方式傳送至讀卡器，讀卡器將分析處理后的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)。

圖1　智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)中，在保證系統(tǒng)布局方便的前提下，為兼顧數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，讀卡器以網(wǎng)口的方式與上位機(jī)通信。上位機(jī)通過(guò)界面實(shí)時(shí)顯示采集的環(huán)境信息，并通過(guò)下達(dá)監(jiān)控命令，由讀卡器控制溫室中相關(guān)設(shè)備的打開(kāi)關(guān)閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

2）環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)

本系統(tǒng)中環(huán)境參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)通過(guò)溫濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度傳感器采集環(huán)境因子信息，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，環(huán)境因子采集節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　環(huán)境因子采集節(jié)點(diǎn)

3）讀卡器

本系統(tǒng)中讀卡器被分區(qū)域安置在溫室環(huán)境內(nèi)，每個(gè)讀卡器負(fù)責(zé)讀取某個(gè)片區(qū)內(nèi)的環(huán)境信息采集節(jié)點(diǎn)信息，并將接收到的節(jié)點(diǎn)信息通過(guò)有線方式傳輸至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。此外，讀卡器接收上位機(jī)傳達(dá)的控制命令，對(duì)各控制設(shè)備進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境條件的遠(yuǎn)程控制。讀卡器架構(gòu)如圖3所示。

1.1.3系統(tǒng)總結(jié)

針對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)呈“小而散”的分布特點(diǎn)，本系統(tǒng)使用CYRF6936射頻模塊進(jìn)行無(wú)線通信，特別適用于小型化的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控：有效避免了傳統(tǒng)布線帶來(lái)的成本投入大、布線復(fù)雜、后期維護(hù)難度高等問(wèn)題；系統(tǒng)具有可靠性高、局部故障不影響系統(tǒng)運(yùn)行、模塊間相對(duì)獨(dú)立和相互間影響小的特點(diǎn)。

圖3　讀卡器系統(tǒng)架構(gòu)

1.2RFID應(yīng)用之點(diǎn)菜系統(tǒng)

1.2.1 研究背景

傳統(tǒng)的點(diǎn)菜由服務(wù)員周旋于餐桌、廚房和收銀臺(tái)之間，這種點(diǎn)菜方式落后、信息化程度低、服務(wù)員工作量大，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足顧客要求。而在現(xiàn)有的智能化點(diǎn)菜系統(tǒng)中，改進(jìn)為由服務(wù)員手持點(diǎn)菜器為各桌顧客點(diǎn)菜，點(diǎn)菜完成后直接將點(diǎn)菜信息發(fā)送至廚房，這種點(diǎn)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(wù)員參與，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)餐桌同時(shí)點(diǎn)菜等問(wèn)題。本文針對(duì)現(xiàn)有點(diǎn)菜系統(tǒng)的缺點(diǎn)創(chuàng)新性的提出一種基于RFID技術(shù)的無(wú)線點(diǎn)菜方案。

1.2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由點(diǎn)菜器、讀菜器、安全標(biāo)簽、服務(wù)標(biāo)簽以及上位機(jī)組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)架構(gòu)圖

每個(gè)餐桌上放置一臺(tái)ID號(hào)和餐桌號(hào)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)菜器，顧客根據(jù)菜譜在無(wú)服務(wù)員的情況下自行點(diǎn)菜，點(diǎn)菜成功后通過(guò)射頻模塊將點(diǎn)菜信息傳送至讀菜器，讀菜器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口傳送至服務(wù)器，服務(wù)器按菜品的不同分類分頁(yè)顯示給不同的廚師，廚師完成菜品后服務(wù)員上菜，同時(shí)將服務(wù)器記錄的信息作為顧客結(jié)賬時(shí)的依據(jù)。

服務(wù)員佩戴服務(wù)標(biāo)簽，顧客就餐過(guò)程中如需要加飯、飲料、酒水等服務(wù)，可通過(guò)點(diǎn)菜器發(fā)送服務(wù)信號(hào)，佩戴服務(wù)標(biāo)簽的服務(wù)員接收到服務(wù)要求后可為顧客提供相應(yīng)的服務(wù)。

顧客如有貴重物品需要保護(hù)，服務(wù)員則將安全標(biāo)簽粘附在顧客貴重物品上，當(dāng)貴重物品遠(yuǎn)離顧客時(shí)報(bào)警以提醒顧客。

2）讀菜器軟件

圖5　讀菜器軟件設(shè)計(jì)

讀菜器軟件設(shè)計(jì)部分包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊三個(gè)部分，如圖5所示。

其中數(shù)據(jù)接收主要通過(guò)CC2500射頻模塊接收點(diǎn)菜器發(fā)送的點(diǎn)菜信息，以及向點(diǎn)菜器反饋菜品制作信息，如點(diǎn)菜成功、失敗、顧客等待時(shí)間、所點(diǎn)菜品排序等信息。數(shù)據(jù)處理部分為讀菜器軟件的設(shè)計(jì)核心，主要實(shí)現(xiàn)分頁(yè)顯示點(diǎn)菜信息、防碰撞算法的設(shè)計(jì)、計(jì)算顧客等待時(shí)間等功能。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸指讀菜器與上位機(jī)間通過(guò)網(wǎng)口傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備的驅(qū)動(dòng)主要包括SPI驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)等。

3）上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)部分包括網(wǎng)口通信、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、界面顯示等部分，如圖6所示。

圖6　上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

網(wǎng)口通信主要解決上位機(jī)與多個(gè)讀菜器通過(guò)網(wǎng)口進(jìn)行通信的問(wèn)題。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理包括完成菜品數(shù)據(jù)庫(kù)和菜單數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，其中完成菜品數(shù)據(jù)庫(kù)中按時(shí)間順序存放已經(jīng)完成的菜品信息，為結(jié)算總賬、計(jì)算盈利提供數(shù)據(jù)備份，而菜單數(shù)據(jù)庫(kù)中存放餐廳所有的菜品信息，包括菜品名稱、菜品編號(hào)、單價(jià)等信息。

界面顯示包括端口配置、開(kāi)臺(tái)信息、點(diǎn)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(shè)置；開(kāi)臺(tái)信息界面顯示所有餐桌當(dāng)前的狀態(tài)是否為空閑，為顧客提供直觀的空位查詢服務(wù)；點(diǎn)菜信息界面顯示當(dāng)前將要制作菜品的詳細(xì)信息，包括菜品所屬餐桌號(hào)、菜品名稱、菜品類型、菜品單價(jià)、點(diǎn)菜時(shí)間等。員工信息界面實(shí)現(xiàn)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(tǒng)總結(jié)

1）實(shí)現(xiàn)無(wú)服務(wù)員點(diǎn)菜、加菜、退菜，加快了點(diǎn)菜速度，提高了餐廳運(yùn)作效率，同時(shí)降低了用人成本，減少了人力資源投入。

2）充分體現(xiàn)顧客至上的服務(wù)理念，通過(guò)為顧客提供物品安全保護(hù)功能以及實(shí)時(shí)呼叫服務(wù)功能增強(qiáng)和顧客的互動(dòng)，更易獲得顧客的認(rèn)同和好感；

3）提升餐廳的形象與檔次，進(jìn)而提升餐廳的競(jìng)爭(zhēng)力，智能化的點(diǎn)菜以及人性化的服務(wù)方式可以進(jìn)一步提高餐廳在顧客心中的地位。

4）營(yíng)造一個(gè)舒適、安靜的就餐環(huán)境，避免了傳統(tǒng)點(diǎn)菜方式在各環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的大聲喧嘩場(chǎng)面，智能點(diǎn)菜系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜、加菜、退菜、服務(wù)過(guò)程中的無(wú)聲化。

2.總結(jié)

本文在介紹了RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了兩種以RFID技術(shù)為背景的應(yīng)用系統(tǒng)，分別給出了每個(gè)系統(tǒng)的研究背景、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及系統(tǒng)總結(jié)。

（1）智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)：針對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)作物溫室“小而散”的分布特點(diǎn)和實(shí)際需求，提出一種基于RFID的小型化智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)將RFID技術(shù)與嵌入式技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室環(huán)境，并根據(jù)收集的環(huán)境信息對(duì)溫室中的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制以到達(dá)最適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境條件。系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值，并具有低成本、適用性廣、可無(wú)人看守的優(yōu)點(diǎn)。

（2）點(diǎn)菜系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)餐飲行業(yè)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀分析，提出一種基于RFID的智能點(diǎn)菜系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)存點(diǎn)菜產(chǎn)品在成本和功能上存在的矛盾。將智能點(diǎn)餐與餐廳服務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)需服務(wù)員方便快捷點(diǎn)餐功能的同時(shí)，解決顧客關(guān)心的物品安全問(wèn)題，以及提供呼叫服務(wù)功能。

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