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(chǎng)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(zhǎng)距離運(yùn)輸問(wèn)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(fèi)終端到消費(fèi)者的短距離物流配送的問(wèn)題，因此，物流運(yùn)輸在食用菌供應(yīng)鏈中有著十分重要的地位[1]。近年來(lái)人們對(duì)飲食和營(yíng)養(yǎng)健康越來(lái)越重視，生鮮食用菌消費(fèi)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(chǔ)和冷鏈物流，以最大程度地保持食用菌的新鮮營(yíng)養(yǎng)成份。

冷鏈物流通過(guò)完整、有效實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)保證食用菌在運(yùn)輸過(guò)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(diǎn)，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(cè)終端的傳感器實(shí)時(shí)性差，冷藏低溫下故障率很高。因此，有必要設(shè)計(jì)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(wú)線GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄連接，監(jiān)測(cè)終端通過(guò)射頻識(shí)別設(shè)備完成對(duì)人員、冷鏈運(yùn)輸車輛等信息的采集。

1 射頻識(shí)別（RFID） 技術(shù)

射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）是一種信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[3]，其特點(diǎn)是信息自動(dòng)讀取識(shí)別，并能夠自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)。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(guò)射頻信號(hào)的無(wú)線傳輸方式傳遞信息，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)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(jī)，用于監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)合的自動(dòng)化控制。

2 基于RFID和GPRS技術(shù)的食用菌物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

食用菌物流實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)基于RFID技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食用菌物流的實(shí)時(shí)監(jiān)控，整個(gè)系統(tǒng)如圖2所示。

從圖2可以看出，系統(tǒng)由物流監(jiān)測(cè)終端和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)中心2大部分組成。物流監(jiān)測(cè)終端包括射頻識(shí)別卡（電子標(biāo)簽）、讀卡器、CAN節(jié)點(diǎn)、電源等；計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)中心包括PCI接口卡、PC機(jī)、打印機(jī)和電源等。

該系統(tǒng)主要采用射頻識(shí)別技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)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(jì)中，RFID系統(tǒng)采用了ShockBurstTM收發(fā)模式實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別卡與讀卡器信號(hào)的無(wú)線傳輸，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)通知計(jì)算機(jī)控制中心，計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)中心可以向讀卡器發(fā)送命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，保證了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線或GPRS無(wú)線接口傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于CAN總線數(shù)據(jù)傳輸速率高、實(shí)時(shí)性好，因此短距離的物流節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)增加CAN節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)有線傳輸距離的擴(kuò)展（CAN總線長(zhǎng)度可達(dá)10 km）；而長(zhǎng)距離的物流節(jié)點(diǎn)則安裝GPRS模塊和CAN轉(zhuǎn)GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)采集收發(fā)器來(lái)完成數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

由于采用了RFID技術(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)識(shí)別過(guò)程系統(tǒng)自動(dòng)完成，無(wú)需人為干預(yù)，因此系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高。并且射頻識(shí)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(chǔ)和冷鏈運(yùn)輸?shù)牡蜏丨h(huán)境下能夠長(zhǎng)時(shí)間正常工作；讀卡器也有密封鋁殼并有接地設(shè)計(jì)，因此其電子屏蔽性能良好，可以有效防止外來(lái)信號(hào)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(shí)別卡通訊射頻信號(hào)頻率為2.4 GHz[5]；識(shí)別卡為不可更換電池，電池壽命不少于1年；射頻識(shí)別卡的性能指標(biāo)要達(dá)到人員移動(dòng)速度達(dá)到5 m·s-1、物流車輛行駛速度大于10 m·s-1時(shí)能夠準(zhǔn)確識(shí)別位置等相關(guān)信息的要求；針對(duì)食用菌物流從業(yè)人員數(shù)量，設(shè)置人員并發(fā)射頻識(shí)別卡數(shù)量不能小于80個(gè)；最大傳輸距離射頻識(shí)別卡到讀卡器的無(wú)遮擋無(wú)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(gè)讀卡器之間距離為50 m；GPRS通信模塊采用工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊，內(nèi)部需集成PPP和TCP/IP協(xié)議，支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并且要有與之匹配的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)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(gè)、系統(tǒng)最大監(jiān)控容量為射頻識(shí)別卡65 536個(gè)；監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)物流從業(yè)人員和車輛信息、工作時(shí)間等記錄的保存時(shí)間，根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬盤存儲(chǔ)容量設(shè)定為3個(gè)月。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

2.3.1 自動(dòng)初始化檢測(cè)

監(jiān)控系統(tǒng)具有射頻識(shí)別卡電池電壓的自檢程序，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)初始化檢測(cè)；對(duì)讀卡器和CAN節(jié)點(diǎn)、GPRS模塊的供電情況及其運(yùn)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(yùn)行。

2.3.2 定位識(shí)別和報(bào)警功能

監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食用菌物流運(yùn)輸相關(guān)人員及冷藏車輛的定位識(shí)別，能夠?qū)ξ锪鬈囕v的運(yùn)行軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；司機(jī)、押運(yùn)、裝卸和配送等人員每時(shí)每刻在生產(chǎn)廠、運(yùn)輸?shù)缆?、倉(cāng)儲(chǔ)和裝卸場(chǎng)地的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分布，并根據(jù)交通路線和?？康攸c(diǎn)繪制相應(yīng)的動(dòng)態(tài)分布圖，讓整個(gè)物流工作的人員和車輛等情況一目了然，并能夠?qū)崟r(shí)更新位置和時(shí)間等信息。

同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)由于采用了RFID和GPRS技術(shù)，可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(yùn)輸車輛的具體地理位置時(shí)，可隨時(shí)向該人員或車輛的射頻識(shí)別卡發(fā)出指令信息，識(shí)別卡返回實(shí)時(shí)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(hào)，當(dāng)出現(xiàn)事故或意外情況時(shí)，也可以通過(guò)識(shí)別卡報(bào)警功能及時(shí)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(yíng)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(shí)現(xiàn)對(duì)物流從業(yè)人員、物流車輛的上下班時(shí)間、車輛移動(dòng)路線、工作時(shí)間和配送次數(shù)等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)等形式進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)和打印，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)食用菌物流從業(yè)人員的日?？记凇④囕v調(diào)度、冷藏運(yùn)輸過(guò)程、倉(cāng)儲(chǔ)信息等的監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)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(shí)別卡的選型主要包括微控制器MCU、無(wú)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(shí)鐘頻率2.4 GHz。主要特點(diǎn)是體積小、功耗低，便于安裝攜帶；無(wú)線射頻芯片采用專供單片機(jī)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(shí)別卡的電源電路包括單片機(jī)MCU和無(wú)線射頻芯片的接口電路、JTAG接口電路、報(bào)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(jí)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(wú)線接口，而且CAN口通信速率可達(dá)1 Mbps。通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整的數(shù)據(jù)傳輸。其主要作用是通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把CAN總線接入計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，從而完成CAN-bus網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)距離接入Internet網(wǎng)絡(luò)的目的。

4 結(jié)論

隨著我國(guó)食用菌的產(chǎn)量和市場(chǎng)份額不斷增長(zhǎng)，食用菌物流特別是冷藏運(yùn)輸?shù)能囕v和人員增長(zhǎng)迅速，但物流車輛種類繁多、工作地點(diǎn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)物流車輛和人員的實(shí)時(shí)定位查詢，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)又可以實(shí)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(duì)車輛、人員和貨物的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。