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

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

2、;/p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 </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，諸多的食品安全事件的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅消費者的身體健康，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，已成為一個迫切需要解決的全球性課題。傳統(tǒng)的對食品品質(zhì)檢驗方法存在管理滯后、效率低下和較高的出錯率等問題。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

4、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)加強食品安全方面的管理，穩(wěn)定和擴大消費群，提升市場競爭力；從食品供應(yīng)鏈角度看，為消費者營造了放心消費的環(huán)境，樹立了良好的形象，切實提高了整條供應(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

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)計背景1</p><p>　　1.2課題設(shè)計目的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)計最終方案決定3</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計4</b></p><p><b>　　3.1硬件設(shè)計4</b>

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

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

9、工作，強化或調(diào)整了有關(guān)政策法規(guī)、監(jiān)督管理條例和科技研究投入力度。</p><p>　　想從根本上保護食品安全、提高產(chǎn)品質(zhì)量，在完善法律加強監(jiān)管之外，實現(xiàn)從農(nóng)田到餐桌的全過程控制，一個最為得力的舉措應(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)識計劃，歐盟強制性的家畜和肉制品可追溯制度[6]。加拿大強制性的牛標(biāo)識制度，以及日本的肉?？勺匪菹到y(tǒng)等。而我國在食品可追溯性方面也開

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)勢在必行。不但能夠為食品安全監(jiān)督提供技術(shù)保障，而且能夠促進我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。賽迪顧問研究顯示：2012年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到3000億元，至2015年，中國物聯(lián)網(wǎng)整體市場規(guī)模將達(dá)到7500億

11、元，年復(fù)合增長率超過30%，市場前景將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等市場。</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)，怎樣做大做強這一特色產(chǎn)業(yè)？有關(guān)專家認(rèn)為，應(yīng)從栽培模式、技術(shù)管理、儲存加工、銷售等方面，實施大集團戰(zhàn)略，實行必要的宏觀調(diào)控。只有提高紅棗的產(chǎn)品質(zhì)量，從根本上提高消費者對阿拉爾紅棗的信心，才是做強阿拉爾棗業(yè)的立足點。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，直到銷售全過

12、程中，切實保障消費者對紅棗種植、加工運輸?shù)冗^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)會越做越大。</p><p><b>　　1.2課題設(shè)計目的</b></p><p>　　(1)進一步熟悉和掌握RFID的工作原理和使用方法?</p><p>　　(2)熟悉單片機對外圍設(shè)備的控制方法，學(xué)會電路圖的設(shè)計?</p>

13、;<p>　　(3)通過對單片機的程序的實際編寫，學(xué)習(xí)程序設(shè)計思路?</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，對阿拉爾紅棗實行產(chǎn)品的溯源。RFID標(biāo)簽卡可以存儲紅棗從生長，成熟，收獲運輸?shù)热^程的追溯

14、，通過RFID射頻識別技術(shù)，對標(biāo)簽卡實現(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行實時更新的功能，可以通過無線電波實時傳輸信息，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。</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等移動通信網(wǎng)絡(luò)資源限制，本系統(tǒng)設(shè)計了感知層和應(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。 </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等移動通信網(wǎng)絡(luò)資源限制，本系統(tǒng)設(shè)計了感知層和應(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

16、感知層。再通過一個簡單的后端WEB服務(wù)組件完成相對應(yīng)的食品安全信息溯源功能。 </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，無論是動物飼養(yǎng)過程中吃的飼料信息，還是在植物種植過

17、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)。 </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間等追溯信息也會記錄到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的字段中。 </p><p>　?。?）通過對食品的流通過程中的每個環(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。 </p>

18、<p>　?。?）在運輸環(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)，因為車廂內(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。 </p><p>　?。?）在食品運輸?shù)絺}庫時，RFID讀寫器會讀取食品信息以及入庫時間，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

19、定時間定時讀取RFID標(biāo)簽信息已經(jīng)環(huán)境信息。 </p><p>　?。?）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。 </p><p>　?。?）通過嚴(yán)格的控制流通過程，運送到消費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

20、信息，通過食品安全測評系統(tǒng)對食品進行等級認(rèn)證，以此就可以確保食品安全。 </p><p>　?。?）食品變質(zhì)后，評估系統(tǒng)將實時改變評估結(jié)果，提醒消費者慎重購買，并且通知零售商將過期產(chǎn)品撤下貨架。 </p><p>　　（9）當(dāng)發(fā)生食品安全問題時，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)、高效運作的架構(gòu)。這也是國際上

21、食品安全追溯管理模式的發(fā)展趨勢。 </p><p>　　RFID射頻識別技術(shù)及EPC產(chǎn)品電子代碼:</p><p>　　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、芯片制造及計算機等學(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，實現(xiàn)

22、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、讀寫器以及計算機系統(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算機系統(tǒng)處理，達(dá)到對目標(biāo)進行自動識別的目的。</p><p>　　射頻識別技術(shù)有以下特點：</p><p>　　1）

23、：數(shù)據(jù)的讀寫功能</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)造一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的物聯(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。 </p><

25、;p>　　圖2-1 EPC代碼結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　EPC的目標(biāo)是為物理世界的對象提供唯一的標(biāo)識，從而達(dá)到通過計算機網(wǎng)絡(luò)來標(biāo)識和訪問單個物體的目標(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)用邁出了劃時代的一步，可以做到對供應(yīng)鏈中的貨品進行實時跟蹤，

26、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。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的構(gòu)成和工作流程:</p><p>　　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。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

27、信息可由讀寫器進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

28、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)射信號進行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳送給標(biāo)簽；對標(biāo)識信息進行解碼，并將標(biāo)識信息傳輸給主機處理；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)是控制讀寫器進行讀寫卡的操作，以及存儲和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　RFID系統(tǒng)的工作流程如下。</p><p>　?。?）讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率

29、的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進入發(fā)射天線工作區(qū)時產(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)。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　（3）系統(tǒng)接收天線對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理。</p><p>　?。?）主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該標(biāo)簽

30、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。 </p><p>　　圖2-2 RFID基本原理圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計最終方案決定</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WE

31、B服務(wù)組件設(shè)計查找相應(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)進行讀寫。在本設(shè)計中，由于各方面條件的設(shè)計只用生產(chǎn)源頭的信息追溯來代替整個食品安全追溯流程。由于WEB服務(wù)是物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計中非常重要的一環(huán)，所以用一個簡單的WEB服務(wù)組件來展示一下食品安全追溯系統(tǒng)的

32、后臺操作流程和簡單的二進制序列和詳細(xì)信息的邏輯對應(yīng)關(guān)系。食品安全追溯系統(tǒng)可以簡化為對一個含有特定食品追溯信息的標(biāo)簽卡進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。采用單片機作為主控制系統(tǒng)，并設(shè)計好最小系統(tǒng)，外部獨立提供5V直流電源，依靠射頻模塊進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。</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　3.

33、1硬件設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)由PC機、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 機通信、向控制器發(fā)送控制信號等工作。</p><p><b>　　圖3-1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　RFID讀寫器在射頻識別中

34、是核心的工作機，通過USB-TTL模塊與主機相連。RFID讀寫器采用單片機設(shè)計，由一臺微處理機及相應(yīng)的外圍電路組成。本系統(tǒng)采用AT89C2051單片機作為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)與整個上位PC機之間進行通訊，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系統(tǒng)進行分析。</p><p>　　射頻讀卡器微處理器模塊: </p><p>　　本系統(tǒng)的RFID讀寫器主控模塊由單片機及其外圍電路組成。本系統(tǒng)選取ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C2051單片機作為讀卡器的主控模塊。AT89C2051單片機是一種CMOS8位單片機，具有低電壓、高性能的特點。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128b

36、ytes的隨機數(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，功能強大的AT89C2051單片機在電子類產(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16位定時器，一個五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，一個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

37、CPU工作但允許RAM、定時器/計數(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/計數(shù)器，串行通</p><p>　　圖3-2 單片機芯片引腳圖</p><p><b>　　主要引腳說明：<

38、;/b></p><p>　　P1口：P1口是一個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LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時，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，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時

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，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，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，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>　　射頻讀卡器讀寫模塊:</p><p>　　FM1702SL是復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計的基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機專用芯片，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 RC

41、530(SPI接口)讀卡機芯片。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、門禁、電梯、飲水機、電話機等計費系統(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，增強應(yīng)用性能，可以勝任

42、各種應(yīng)用場合。</p><p>　　射頻識別標(biāo)簽卡及天線設(shè)計:</p><p>　　卡片的電氣部分只由一個天線和 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 由一個波特率為106KB 的 高速RF 接口，一個8K 位 EEPROM和一個控制單元組成。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 LC 串聯(lián)諧振電路。頻率

43、與讀寫器發(fā)射的頻率相同，當(dāng)產(chǎn)生電磁波時，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，有一個電子泵，單向?qū)ǖ?。把電容中的電?送到另一個電容中去，當(dāng)積累的電荷到 2V 時，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)。</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、整流濾波以及通過電壓調(diào)節(jié)模塊進行穩(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行上電復(fù)位，使各電路同步啟動工作。</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: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)計中單片機的串口采用的是USB-TTL電平的方式達(dá)到電路板與PC機進行串口通信的目的。</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串口匯流

46、排標(biāo)準(zhǔn)，在計算機上使用廣泛，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)模琔SB接口也稱為串行口。</p><p>　　TTL接口概述：TTL（Transistor Transistor Logic）即晶體管-晶體管邏輯，TTL電平信號由TTL器件產(chǎn)生。TTL器件是數(shù)字集成

47、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。 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，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。</p><p>　　USB-TTL模塊特性：</p><p>　　1：USB接口模擬一個串行口，安裝驅(qū)動以后，完全可以視為對串

48、行口進行各種操作。</p><p>　　2：USB 接口直接供電，無需外部電源。</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的串口引腳，進行通訊調(diào)試。</p><p>　　5：可以通過串行口對STC單片機進行程序下載。</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讀寫器整體模塊連接：</p><p>　　單片機AT89C2051與射頻模塊FM1792SL相嵌在電路板上連接到一起。U1單片機通過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機進行通信。</

50、p><p><b>　　3.2軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計方案思想:</b></p><p>　　先了解RFID射頻識別系統(tǒng)的工作原理，在程序開始時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，會有一個提示：串口打開錯誤。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)錯誤的命令提示，就表明準(zhǔn)確識別出卡號來。錯誤提示包含<串口未打開> <命令執(zhí)行錯誤> 串口未打開的提示表示串口無法使用， 命令執(zhí)行錯誤的提示表明卡不在天線范圍內(nèi)，或者模塊和計算機的通訊鏈路不準(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 證錢包操作。</p><p

52、>　　圖3-5 設(shè)計流程圖</p><p>　　以上設(shè)計流程圖，在編制主程序流程圖和編寫程序源代碼的時候，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?？ㄆ僮骱凶x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。</p><p>　　圖3-6 設(shè)計流程圖</p><p>　　當(dāng)有卡片進入讀寫器的操作范圍時，讀寫器以特定的協(xié)議與它通訊

53、，從而確定該卡是否為 射頻卡，即驗證卡片的卡型。</p><p><b>　　防沖突機制：</b></p><p>　　當(dāng)有多張卡進入讀寫器操作范圍時，防沖突機制會從其中選擇一張進行操作，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。</p><p><b>　　選擇卡片：</b></p>

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

55、t;b>　　對數(shù)據(jù)塊的操作：</b></p><p>　　讀塊，寫塊，加值，減值，存儲，傳輸，終止</p><p>　　后端WEB服務(wù)組件的設(shè)計:</p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計非常重要的一環(huán)是WEB服務(wù)。WEB服務(wù)是不依賴于硬件環(huán)境、獨立運行、可移植的軟件模塊。WEB服務(wù)是一個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)用程序能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進行通信。他的設(shè)計目標(biāo)就是簡單性和擴展性，有助于實現(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。</p><p>　　使用C#在Visual Studio 2008中創(chuàng)建一個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)計客戶端界面，添加WEB引用。</p><p>　　第三：進行簡單的數(shù)據(jù)交互</p><p>　　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。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p>

58、<p>　　經(jīng)過認(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)能夠順利實現(xiàn)，能夠進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。從開始畢業(yè)論文設(shè)計，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路的逐漸清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。遇到困難，我回覺得無從下手，不知從何寫起；當(dāng)困難解決了，我會覺得豁然開朗，思路打開了；當(dāng)論文經(jīng)過一次次修改后，基

59、本成型的時候，我會覺得很有成就感。同時我也在想，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)，即將走出可愛的校園步入社會的大講堂，開始我的又一個新的人生旅程。那么我應(yīng)該記下一些東西對我的畢業(yè)論文做一個總結(jié)，劃上一個完整的句號。</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)過自己的努力，終于完成了這次畢業(yè)設(shè)計?從開始的論文選題到課題中難點的出現(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>　　通過這次課題設(shè)計，增加了很多實用的理論知識，進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資料，我不僅開

61、闊了自己的知識面，也懂得了更好的將知識轉(zhuǎn)換到實踐中。</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。在未來的學(xué)習(xí)和工作中，我會更加努力，回報大家對我寄予的厚望。同時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！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]劉幺和.物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用技術(shù).北京:機

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.計算機工程與應(yīng)用，2006.</p><p>　　[5

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