安全生產(chǎn)_基于rfid的物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目： 基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯系統(tǒng) 姓 名： 學(xué) 院： 理學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 0803 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2012 年 6 月 6 日我們總羨慕別人的幸福，卻常常忽略自己生活中的美好。其實(shí)，幸福很平凡也很簡單，它就藏在看似瑣碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的東西，而是珍惜了生命中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，用感恩的心態(tài)看待生活，用樂觀的態(tài)度闖過磨難。目 錄摘 要1Abstract2第一章 緒論31.1課題設(shè)計(jì)背景31.2課題設(shè)計(jì)目的41.3本文的主要工作及指導(dǎo)思想4第二章 課題方案論證52.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證52.1.1 物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯流程52.1.2 RFID射頻識別技術(shù)及EPC產(chǎn)品電子代碼:62.1.3 RFID系統(tǒng)的構(gòu)成和工作流程62.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終方案決定8第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.1硬件設(shè)計(jì)93.1.1射頻讀卡器微處理器模塊93.1.2射頻讀卡器讀寫模塊113.1.3射頻識別標(biāo)簽卡及天線設(shè)計(jì)133.1.4射頻讀卡器通信模塊143.2軟件設(shè)計(jì)183.2.1 設(shè)計(jì)方案思想183.2.2設(shè)計(jì)流程圖183.2.3主程序流程圖193.2.4后端WEB服務(wù)組件的設(shè)計(jì)20第四章 調(diào)試與檢測214.1系統(tǒng)調(diào)試:214.1.1系統(tǒng)硬件調(diào)試214.1.2系統(tǒng)軟件調(diào)試214.2測試結(jié)果分析與結(jié)論224.2.1測試結(jié)果分析224.2.2 測試結(jié)論和實(shí)驗(yàn)截圖22作品總結(jié)26致謝27參考文獻(xiàn)28附錄一：上位機(jī)源代碼29附錄二：WEB服務(wù)組件代碼39摘 要隨著近年來，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題。RFID系統(tǒng)可提供食品供應(yīng)鏈中食品與來源之間的可靠聯(lián)系，確保到達(dá)超市貨架及廚房的食品的來源是清晰的，并可追蹤到生產(chǎn)企業(yè)甚至是動物、植物個(gè)體及具體的加工操作人員?！懊褚允碁樘?，食以安為先?！盧FID技術(shù)在安全食品供應(yīng)鏈的應(yīng)用，對企業(yè)來說，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，提升市場競爭力；從食品供應(yīng)鏈角度看，為消費(fèi)者營造了放心消費(fèi)的環(huán)境，樹立了良好的形象，切實(shí)提高了整條供應(yīng)鏈的服務(wù)水平。雖然RFID在應(yīng)用中還有一些問題需要解決，但是其應(yīng)用前景是十分廣闊的。關(guān)鍵詞:食品安全追溯 RFID 14443-A-T 物聯(lián)網(wǎng)AbstractAs in recent years, many of the food safety problem happened frequently threatened consumer health, caused a worldwide attention, also influence the food industrys health, sustainable and stable development. How to guarantee the safety of the food supply chain has become an urgent need to address global issues. The traditional food quality inspection method of existing management lag, the efficiency is low and high rate of mistakes. Using of RFID technology establish safe food supply chain system can effectively solve the above problems. The RFID system can provide food supply chain between food and source of reliable connection, make sure to supermarket shelves and kitchen of food source is clear, and can be traced to the production enterprise even animals and plants, individual and specific processing personnel. Saying, food to Ann is first. RFID technology in the safety of the food supply chain application, enterprise, it helps to food enterprises to strengthen the management of food safety, stability and expand consumer group, improve market competitiveness; According to the food supply chain perspective, build the trust for the consumer spending environment, establish a good image, improve the service level of the whole supply chain. Although RFID in application have some problems to be solved, but its application prospects are very broad. Keywords：Food safety tracing RFID 14443-A-T Internet of Things第一章 緒論1.1課題設(shè)計(jì)背景目前我國食品安全形勢較為嚴(yán)峻，各類食品安全事件屢有發(fā)生，對人民群眾的生命和健康安全造成極大危害。針對這一現(xiàn)象，政府統(tǒng)一安排，從2009年1月1日起，對肉及肉制品、豆制品、奶制品、蔬菜、水果等6類食品實(shí)施嚴(yán)格的市場準(zhǔn)入。但由于管理手段落后，無法對食品生產(chǎn)、流通的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)管，市場準(zhǔn)入制度的落實(shí)受到嚴(yán)重制約和影響。傳統(tǒng)的對食品品質(zhì)檢驗(yàn)方法存在管理滯后、效率低下和較高的出錯(cuò)率等問題。RFID技術(shù)應(yīng)用于食品供應(yīng)鏈的體系可解決以上問題。RFID系統(tǒng)保障供應(yīng)鏈中的食品與來源之間的可靠聯(lián)系，確保到達(dá)超市的貨架和廚房食品的來源是清晰的，并可追溯到生產(chǎn)企業(yè)甚至是植物個(gè)體、動物及具體的操作加工人員。）“民以食為天，食以安為先?！盧FID技術(shù)在安全食品供應(yīng)鏈的應(yīng)用，對企業(yè)來說，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，提升市場競爭力；從食品供應(yīng)鏈角度看，為消費(fèi)者營造了放心消費(fèi)的環(huán)境，樹立了良好的形象，切實(shí)提高了整條供應(yīng)鏈的服務(wù)水平。建立食品跟蹤與追溯的工作將對食品行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。 隨著智慧地球、感知中國等概念的提出,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了國內(nèi)外各行各業(yè)的普遍認(rèn)可，全球的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展將會有很大的前景。據(jù)美國科學(xué)時(shí)報(bào)報(bào)道，物聯(lián)網(wǎng)是被稱為繼計(jì)算機(jī)，互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次世界信息產(chǎn)業(yè)的浪潮。2008年全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)出現(xiàn)后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?！爸腔鄣厍颉北徽J(rèn)為是挽救危機(jī)、振興經(jīng)濟(jì)的方式。針對美國“智慧地球”，溫總理提出了感知中國的發(fā)展理念 2009年8月溫家寶總理提出了“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)被列為國家新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)寫入了“政府工作報(bào)告”， 物聯(lián)網(wǎng)從此在中國受到了全社會極大的關(guān)注。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心就是RFID技術(shù)，因此借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，去解決社會中存在的食品安全問題，顯得尤為重要。目前基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯系統(tǒng)已經(jīng)在我國得到了廣泛的應(yīng)用。1.2課題設(shè)計(jì)目的(1)進(jìn)一步熟悉和掌握RFID的工作原理和使用方法(2)熟悉單片機(jī)對外圍設(shè)備的控制方法，學(xué)會電路圖的設(shè)計(jì)(3)通過對單片機(jī)的程序的實(shí)際編寫，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)思路(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1.3本文的主要工作及指導(dǎo)思想本系統(tǒng)以魯花花生油為例，對魯華花生油實(shí)行產(chǎn)品的溯源。RFID標(biāo)簽卡可以存儲花生油從原料，加工，到成品運(yùn)輸?shù)热^程的追溯，通過RFID射頻識別技術(shù)，對標(biāo)簽卡實(shí)現(xiàn)了讀寫內(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，可以通過無線電波實(shí)時(shí)傳輸信息，從而可以在簡單的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)食品安全問題時(shí)迅速的召回有害食品，防止有問題產(chǎn)品的快速流散，從而通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決生活中的食品安全問題。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)非接觸式的數(shù)據(jù)讀寫功能，數(shù)據(jù)采用了MIFARE加密算法，是得數(shù)據(jù)傳輸具有了安全性。數(shù)據(jù)的傳輸還采用了編碼技術(shù)，可以適應(yīng)較復(fù)雜的傳輸環(huán)境。另外處理器內(nèi)含看門狗電路，具備較高的可靠性。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。通過無線射頻RFID讀寫器非接觸式讀取RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息為感知層。再通過一個(gè)簡單的后端WEB服務(wù)組件完成相對應(yīng)的食品安全信息溯源功能。 第二章 課題方案論證2.1系統(tǒng)基本方案選擇和論證2.1.1 物聯(lián)網(wǎng)食品安全追溯流程1)在生產(chǎn)食品的源頭，無論是動物飼養(yǎng)過程中吃的飼料信息，還是在植物種植過程中施加的肥料信息，均可以使用RFID電子標(biāo)簽存儲到食品安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中，以此來作為將來食品安全追溯原始數(shù)據(jù)。 2)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)間等追溯信息也會記錄到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的字段中。 3)通過對食品的流通過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)布置含有多種傳感器的讀寫器，可以記錄該批食品流通過程中的環(huán)境信息。 4)在運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，在車門里的讀寫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)檐噹麅?nèi)的信息基本一樣，所以在讀寫器上而不是在RFID標(biāo)簽上集成傳感器可以大幅度縮減系統(tǒng)成本。 5)在食品運(yùn)輸?shù)絺}庫時(shí)，RFID讀寫器會讀取食品信息以及入庫時(shí)間，并且系統(tǒng)自動分配存貨區(qū)域。倉庫中布置的內(nèi)嵌傳感器的讀寫器，同樣按照一定時(shí)間定時(shí)讀取RFID標(biāo)簽信息已經(jīng)環(huán)境信息。 6)根據(jù)記錄的外界環(huán)境信息，物流倉庫的質(zhì)量評估系統(tǒng)將自動對庫存中的食品進(jìn)行評估，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。 7)通過嚴(yán)格的控制流通過程，運(yùn)送到消費(fèi)者手中食品的安全性將會大大提高，因此，無論是在餐桌或是貨架，消費(fèi)者通過追溯系統(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)生長信息，通過食品安全測評系統(tǒng)對食品進(jìn)行等級認(rèn)證，以此就可以確保食品安全。 8)食品變質(zhì)后，評估系統(tǒng)將實(shí)時(shí)改變評估結(jié)果，提醒消費(fèi)者慎重購買，并且通知零售商將過期產(chǎn)品撤下貨架。 9)當(dāng)發(fā)生食品安全問題時(shí)，通過食品安全追溯系統(tǒng)就可以查到食品的最終銷售者，還可以找到流通或生產(chǎn)加工過程出現(xiàn)問題的環(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)。這也是國際上食品安全追溯管理模式的發(fā)展趨勢。 2.1.2 RFID射頻識別技術(shù)及EPC產(chǎn)品電子代碼:近年來，無線射頻識別技術(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)生了越來越大的影響。射頻識別技術(shù)是結(jié)合了無線電、芯片制造及計(jì)算機(jī)等學(xué)科的新技術(shù)。無線射頻識別RFID技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。它利用射頻信號及其空間耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對靜止或移動物體的自動識別。射頻識別常被稱為感應(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)識標(biāo)簽所附著的物體；讀寫器通過無線信號與標(biāo)簽通信，獲得標(biāo)簽中的編碼，并將這些編碼送往后臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，達(dá)到對目標(biāo)進(jìn)行自動識別的目的。射頻識別技術(shù)有以下特點(diǎn)：1：數(shù)據(jù)的讀寫功能2：電子標(biāo)簽的小型化和多樣化3：耐環(huán)境性4：可重復(fù)使用5：穿透性6：數(shù)據(jù)的記憶容量大7：系統(tǒng)的安全性EPC產(chǎn)品電子代碼技術(shù)是由美國麻省理工學(xué)院的自動識別研究中心開發(fā)的，旨在通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用無線射頻識別、無線數(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、對象分類代碼、序列號等數(shù)據(jù)字段組成的一組數(shù)字。EPC代碼結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖2-1EPC的目標(biāo)是為物理世界的對象提供唯一的標(biāo)識，從而達(dá)到通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來標(biāo)識和訪問單個(gè)物體的目標(biāo)，就如同在互聯(lián)網(wǎng)上使用IP地址來標(biāo)識和通信一樣。EPC系統(tǒng)的最終目的是為每一個(gè)單品建立全球的、開放的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)。EPC系統(tǒng)的發(fā)展，能夠推動自動識別技術(shù)的快速發(fā)展，向跨地區(qū)、跨國界物品識別與跟蹤領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了劃時(shí)代的一步，可以做到對供應(yīng)鏈中的貨品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，還可以通過優(yōu)化供應(yīng)鏈來給用戶提供數(shù)據(jù)支持，大大提高供應(yīng)鏈的效率。2.1.3 RFID系統(tǒng)的構(gòu)成和工作流程典型的RFID射頻識別系統(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。標(biāo)簽（tags），由芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進(jìn)行通信。電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中存儲被識別物體相關(guān)信息的電子裝置，通常貼在被識別物體表面或者嵌入其內(nèi)部，標(biāo)簽存儲器中的信息可有讀寫器進(jìn)行非接觸式的讀和寫。電子標(biāo)簽由天線、控制模塊、存儲器、收發(fā)模塊4部分構(gòu)成。閱讀器，有時(shí)也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。芯片中一般存儲兩種數(shù)據(jù)：一種為固化在芯片中的UID（唯一標(biāo)識號），用來唯一標(biāo)識電子標(biāo)簽；另一種為存儲在EEPROM中的可擦寫數(shù)據(jù)，用來記錄與被識別物體相關(guān)的信息。閱讀器是讀寫電子標(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。讀寫器的任務(wù)是：控制射頻模塊發(fā)射載波信號以提供能量來啟動標(biāo)簽；對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳送給標(biāo)簽；對標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，并將標(biāo)識信息傳輸給主機(jī)處理；通信接口控制、輸入輸出檢測和控制；產(chǎn)生、發(fā)送、接收射頻信號。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制讀寫器進(jìn)行讀寫卡的操作，以及存儲和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。RFID系統(tǒng)的工作流程如下。（1）讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，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)簽通過從讀寫器獲得的能量自動除與激活狀態(tài)。（2）電子標(biāo)簽將存儲在其自帶的存儲器上的RFID編碼等信息通過標(biāo)簽內(nèi)置發(fā)射天線發(fā)送出去。（3）系統(tǒng)接收天線對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理。（4）主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽編碼的完整性、合法性，針對不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯做出相應(yīng)的處理和控制。 RFID基本原理框圖如圖2-2所示。 圖2-22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終方案決定綜上所述，選定本課題食品安全追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案:首先對食品的追溯信息詳細(xì)寫入RFID標(biāo)簽卡,然后通過射頻識別讀寫器將里面所包含的食品安全追溯信息讀取到電腦中，第三步是通過簡單的WEB服務(wù)組件設(shè)計(jì)查找相應(yīng)EPC代碼所對應(yīng)的詳細(xì)WEB信息。采用可讀寫電子標(biāo)簽除標(biāo)簽ID號（UID號）永不可變外，可讀寫電子標(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可以通過標(biāo)簽卡里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。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)簡單的WEB服務(wù)組件來展示一下食品安全追溯系統(tǒng)的后臺操作流程和簡單的二進(jìn)制序列和詳細(xì)信息的邏輯對應(yīng)關(guān)系。食品安全追溯系統(tǒng)可以簡化為對一個(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)行非接觸式讀卡寫卡。信息在非接觸式的電磁場中通過天線傳輸。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由PC機(jī)、讀寫器、射頻卡、RS232轉(zhuǎn)換電路、接口設(shè)備組成。其中RFID讀寫器是整個(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)送控制信號等工作。系統(tǒng)框圖如下：圖3-1RFID讀寫器在射頻識別中是核心的工作機(jī)，通過USB-TTL模塊與主機(jī)相連。RFID讀寫器采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，由一臺微處理機(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讀寫器的核心電路，配置射頻卡讀寫芯片、天線耦合電路、天線、USB-TTL模塊等組成。整個(gè)射頻識別框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器AT89C2051控制射頻識別讀寫器讀取射頻卡的信號，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，獲得指令以及傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等，下面主要從硬件部分對系統(tǒng)進(jìn)行分析。3.1.1射頻讀卡器微處理器模塊 本系統(tǒng)的RFID讀寫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)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(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存儲單元，功能強(qiáng)大的AT89C2051單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。AT89C2051具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量兩級中斷結(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?？臻e方停止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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。單片機(jī)芯片引腳圖：圖3-2主要引腳說明：P1口：P1口是一個(gè)8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7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LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2P1.7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。 P3口：P3口的P3.0P3.5、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)比較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“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口腳將用上拉電阻而流出電流。 P3口第二功能如下圖：圖3-33.1.2射頻讀卡器讀寫模塊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 RC530(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自動售貨機(jī)、門禁、電梯、飲水機(jī)、電話機(jī)等計(jì)費(fèi)系統(tǒng)或身份識別系統(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35.5V，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，可以勝任各種應(yīng)用場合。射頻模塊引腳配置：圖3-4引腳定義：J1接口：J1為模塊與控制器的接口 管腳符號IO類型描述J1-1RXDI/OUART接收端J1-2TXDI/OUART發(fā)送端J1-3OUT1O輸出J1-4OUT2O輸出J1-5RSTI模塊復(fù)位端，低電平有效，也可以懸空J(rèn)1-6BUZI蜂鳴器輸出，高電平驅(qū)動J1-7SIGO中斷輸出端，0表示有卡J1-8VCC電源電源正端J1-9GND地電源負(fù)端J2接口：J2為模塊與天線的接口管腳符號描述J2-1GND地J2-2TX1天線發(fā)送1J2-3GND地J2-4TX2天線發(fā)送2J2-5GND地J2-6RX天線接收電氣特性：1、 直流工作特性2、 操作溫度3 、參考讀卡距離EPROM 特性: EPROM 大小為512*8= 4096 bit.射頻模塊FM1702SL電路連接：圖3-53.1.3射頻識別標(biāo)簽卡及天線設(shè)計(jì)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。頻率與讀寫器發(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)射出去和接收讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)。圖3-6 RFID卡的功能組成框圖在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器所發(fā)送的無線電調(diào)制電波，用于調(diào)制/解調(diào)模塊以及進(jìn)行波形轉(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模塊主要是對卡片上的電路進(jìn)行上電復(fù)位，使各電路同步啟動工作。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。3.1.4射頻讀卡器通信模塊 射頻讀寫器的功能模塊圖：圖3-7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。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，故信號是串行傳輸?shù)?，USB接口也稱為串行口。TTL接口概述：TTL（Transistor Transistor Logic）即晶體管-晶體管邏輯，TTL電平信號由TTL器件產(chǎn)生。TTL器件是數(shù)字集成電路的一大門類，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)動板端和液晶面板端使用專用的接口電路，而是由驅(qū)動板主控芯片輸出的TTL數(shù)據(jù)信號經(jīng)電纜線直接傳送到液晶面板的輸人接口。USB-TTL模塊特性：1：USB接口模擬一個(gè)串行口，安裝驅(qū)動以后，完全可以視為對串行口進(jìn)行各種操作。2：USB 接口直接供電，無需外部電源。3：可以跳線選擇5V 、3.3V TTL接口。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。5：可以通過串行口對STC單片機(jī)進(jìn)行程序下載。FTDI232RL轉(zhuǎn)換芯片電路連接圖：圖3-6通信接口連接圖：圖3-7產(chǎn)品命名規(guī)則：RFID讀寫器整體模塊連接：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J1接口連接到FTDI232RL芯片主控的USB-TTL模塊通過并串轉(zhuǎn)化的方式和PC機(jī)進(jìn)行通信。應(yīng)用原理電路圖：圖3-83.2軟件設(shè)計(jì)3.2.1 設(shè)計(jì)方案思想 先了解RFID射頻識別系統(tǒng)的工作原理，在程序開始時(shí)必須首先打開正確的端口，如果沒有正確打開端口或者端口不存在，會有一個(gè)提示：串口打開錯(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”來讀取卡片序列號。正確尋卡之后，會在序列號里顯示卡片序列號只要沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤的命令提示，就表明準(zhǔn)確識別出卡號來。錯(cuò)誤提示包含 串口未打開的提示表示串口無法使用， 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 IC 卡的讀寫操作 包含讀塊，寫塊，修改密鑰等，錢包操作也反應(yīng)在讀寫塊上，因此可以用讀塊方式來驗(yàn) 證錢包操作。3.2.2設(shè)計(jì)流程圖 打開端口尋卡退出 卡片操作圖3-11 設(shè)計(jì)流程圖以上設(shè)計(jì)流程圖，在編制主程序流程圖和編寫程序源代碼的時(shí)候，以此作為參考包含了RFID射頻識別技術(shù)的工作的基本流程。卡片操作含有讀卡，寫卡，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。3.2.3主程序流程圖主程序流程圖如下圖所示:復(fù)位應(yīng)答Request防沖突機(jī)制Anti collision Loop選擇卡片Select Tag改變扇區(qū)不改變扇區(qū)三次相互驗(yàn)證Authentication讀塊Read寫塊Write加值increment減值decrement中止Halt復(fù)位應(yīng)答：當(dāng)有卡片進(jìn)入讀寫器的操作范圍時(shí)，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊，從而確定該卡是否為 射頻卡，即驗(yàn)證卡片的卡型。防沖突機(jī)制：當(dāng)有多張卡進(jìn)入讀寫器操作范圍時(shí)，防沖突機(jī)制會從其中選擇一張進(jìn)行操作，未選中的 則處于空閑模式等待下一次選卡，該過程會返回被選卡的序列號。選擇卡片：選擇被選中的卡的序列號，并同時(shí)返回卡的容量代碼。三次互相確認(rèn)：選定要處理的卡片之后，讀寫器就確定要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(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)。）對數(shù)據(jù)塊的操作： 讀塊，寫塊，加值，減值，存儲，傳輸，終止3.2.4后端WEB服務(wù)組件的設(shè)計(jì)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。在此協(xié)議下，軟件組件或應(yīng)用程序能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進(jìn)行通信。他的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是簡單性和擴(kuò)展性，有助于實(shí)現(xiàn)大量異構(gòu)程序和平臺之間的互操作性，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Internet和SOAP協(xié)議提供企業(yè)應(yīng)用的方式。使用C#在Visual Studio 2008中創(chuàng)建一個(gè)Web服務(wù)組件：第一：創(chuàng)建服務(wù)器端第二：創(chuàng)建客戶端，設(shè)計(jì)客戶端界面，添加WEB引用。第三：進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)交互從而通過簡單那的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第四章 調(diào)試與檢測4.1系統(tǒng)調(diào)試: 4.1.1系統(tǒng)硬件調(diào)試設(shè)計(jì)好射頻識別電路實(shí)驗(yàn)板，就可以進(jìn)行元件焊接，還需要檢測其是否焊接有效，比如檢查漏焊短路或者開路的情況；然后給電路系統(tǒng)加上的直流電源，仔細(xì)觀察電路板上的電源信號燈是否亮起正常工作，如果是的話把射頻識別模塊FM1702SL安裝到插槽里，程序是事先燒好程序，所以本設(shè)計(jì)不需要添加下載電路。此射頻識別模塊含內(nèi)部電源，觀察電路板芯片及UART轉(zhuǎn)USB接口，如果沒有異常，說明系統(tǒng)的硬件設(shè)備沒有問題，如果出現(xiàn)異常，就需要進(jìn)一步檢查，找出存在問題的地方進(jìn)行修改。4.1.2系統(tǒng)軟件調(diào)試本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的程序軟件開發(fā)環(huán)境是Microsoft visual studio 2008。Microsoft visual studio 2008是美國微軟公司出品的面向web2.0兼容visual c+語言軟件開發(fā)系統(tǒng)平臺，和匯編語言相比較，visual c+語言在多個(gè)方面有明顯優(yōu)勢，比如有較強(qiáng)的可讀性、清晰的結(jié)構(gòu)、維護(hù)方便。因此比較通俗易懂，入門快。Microsoft visual studio 2008是個(gè)強(qiáng)大的開發(fā)平臺，整合了對象、關(guān)系型數(shù)據(jù)、XML的訪問方式,語言更加簡潔，可以高效開發(fā)Web應(yīng)用。同時(shí)Visual Studio 2008支持項(xiàng)目模板、調(diào)試器和部署程序。在Microsoft visual studio 2008開發(fā)平臺中，進(jìn)行源代碼輸入后，就可以進(jìn)行編譯，然后進(jìn)行軟件的調(diào)試。程序需要進(jìn)行編譯，才能生成射頻識別模塊運(yùn)行的文件，之后才是通過下載線將hex文件下載到電路板中，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，亮滅規(guī)律是否符合我們的預(yù)期，如果所有器件的工作的狀態(tài)均符合設(shè)計(jì)的要求，說明軟件是比較成功的，如果不正常工作，那么需要再進(jìn)一步調(diào)試程序，找出存在問題的原因，進(jìn)一步完善。4.2測試結(jié)果分析與結(jié)論4.2.1測試結(jié)果分析(1).在測試中，遇到了發(fā)光二極管不顯示，剛開始以為是程序有問題，檢查后發(fā)現(xiàn)是后面焊錫松動，沒有連接好電路，補(bǔ)焊后設(shè)備可以正常識別。(2).UART并口轉(zhuǎn)串口連接不是很靈敏，需要等待一段時(shí)間才能做到并串轉(zhuǎn)換，這個(gè)主要是因?yàn)殡娐钒鍍?nèi)部的驅(qū)動電壓不足，所以需要借助三極管驅(qū)動放大。4.2.2 測試結(jié)論和實(shí)驗(yàn)截圖剛開始在近距離非接觸識別RFID標(biāo)簽卡的過程中有些問題，比如發(fā)光二級管不亮，對標(biāo)簽卡的識別性能不穩(wěn)定.。經(jīng)過多次認(rèn)真排檢查測試，對電路的工作原理更加清楚，熟悉了射頻識別模塊的工作流程，同時(shí)也提高了電路設(shè)計(jì)能力，能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行更好的分析。編寫了電路板的上位機(jī)操作程序后，對程序的書寫規(guī)范，調(diào)用，設(shè)計(jì)規(guī)律有了一定的掌握，同時(shí)也更好的溫習(xí)鞏固了之前學(xué)過的知識，受益匪淺。下面是射頻識別過程中的狀態(tài)效果圖：（1）電路板經(jīng)RS232串行口由USB接口連接到電腦時(shí)發(fā)光二級管D2藍(lán)燈亮。說明電路板及串并轉(zhuǎn)換接口工作正常 如圖4-1所示。圖4-1 （2）RFID標(biāo)簽卡內(nèi)部電路連接正常外圍幾圈電路為內(nèi)嵌天線。如圖4-2所示。圖4-2 （3）將RFID標(biāo)簽卡放在RFID讀寫器的上方5厘米處發(fā)光二級管D1紅燈亮，說明可實(shí)現(xiàn)非接觸式讀卡。如圖4-3所示。圖4-3 （4）RFID標(biāo)簽卡處在讀寫器可識別的空間時(shí)，讀寫器上位機(jī)通過電路板射頻模塊對RFID標(biāo)簽卡進(jìn)行讀寫操作。如圖4-4所示。圖4-4-1讀取初始數(shù)據(jù)圖4-4-2讀取修改后的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)可進(jìn)行簡單的信息對應(yīng)表示使消費(fèi)者更直觀的了解食品的追溯信息如2666A 數(shù)據(jù)區(qū)前八位代表食品生產(chǎn)日期為2012年6月6號 第九到第十位用全國的區(qū)號代碼表示食品的生產(chǎn)區(qū)域?yàn)榍鄭u 第十一到十三位表示該區(qū)域此類食品的生產(chǎn)商代碼第666位生產(chǎn)廠家（用兩位給此地區(qū)的生產(chǎn)者標(biāo)號） 第十三位A表示產(chǎn)品質(zhì)量等級（共ABC三類A級最好） 第十四到十八為表示該生產(chǎn)商第1件產(chǎn)品 第19位0表示該生產(chǎn)廠家食品無不良記錄（0表示無1表示有） 剩余幾位不表示任何信息用0代替（5）非接觸式讀出卡里面的數(shù)據(jù)后登錄web服務(wù)客戶端輸入每個(gè)卡片中唯一的序列號得到該標(biāo)簽內(nèi)詳細(xì)信息既魯花花生油相關(guān)的食品安全追溯信息如圖4-5所示。圖4-5-1初始狀態(tài)圖4-5-2追溯信息作品總結(jié)經(jīng)過認(rèn)真的準(zhǔn)備和努力，本課題設(shè)計(jì)的主體功能已經(jīng)能夠順利實(shí)現(xiàn)，能夠進(jìn)行射頻識別的基本讀寫操作，并加上了針對RFID標(biāo)簽卡存儲信息的簡單數(shù)據(jù)處理功能以及簡單的后端WEB服務(wù)組件。原本計(jì)劃的連接物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的神經(jīng)系統(tǒng)SAVANT和EPC信息服務(wù)的ONS對象名解析服務(wù)沒有實(shí)現(xiàn)，另外由于3G和GPS等技術(shù)資源條件的限制無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸和實(shí)時(shí)定位的功能，這是本課題存在的缺點(diǎn)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，首先是查閱了大量的文獻(xiàn)資料，從物聯(lián)網(wǎng)追溯系統(tǒng)的發(fā)展歷史到RFID技術(shù)的應(yīng)用方法，從中學(xué)習(xí)到了很多新的知識，也發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識不夠牢固，正好可以重新溫習(xí)，經(jīng)過一番努力，較好的完成了預(yù)期的作品。其實(shí)在最開始的時(shí)候，是有些困難的，比如需要使用的專業(yè)知識，焊接技巧什么的，在自己確實(shí)沒想明白的情況下，就向老師同學(xué)虛心請教，對于設(shè)計(jì)的思路逐漸清晰，然后是對設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的計(jì)劃分工，在進(jìn)行焊接電路系統(tǒng)時(shí)，是比較花費(fèi)時(shí)間的，期間也出現(xiàn)過一些小錯(cuò)誤，已及時(shí)發(fā)現(xiàn)修改過來。遇到問題，不能浮躁心急，需要冷靜，把存在問題列表，逐個(gè)攻克，有效的完成本次設(shè)計(jì)，通過這次設(shè)計(jì)，學(xué)到很多東西，最關(guān)鍵的是自己的能力有了很大的提高。致謝我在指導(dǎo)老師韓仲志老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，經(jīng)過自己的努力，終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從開始的論文選題到課題中難點(diǎn)的出現(xiàn)解決，韓老師都給了本人認(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，我首先想韓老師致以衷心的感謝。通過這次課題設(shè)計(jì)，增加了很多實(shí)用的理論知識，進(jìn)一步提高了動手能力，對當(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。通過閱讀多方面的文獻(xiàn)資料，我不僅開闊了自己的知識面，也懂得了更好的將知識轉(zhuǎn)換到實(shí)踐中。在此，我衷心感謝各位老師和領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)和支持。在未來的學(xué)習(xí)和工作中，我會更加努力，回報(bào)大家對我寄予的厚望。同時(shí)也非常感謝舍友們一直以來對我的關(guān)心和幫助，謝謝你們！參考文獻(xiàn)1.劉幺和.物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.9.2.劉化君.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 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