智能农业生产过程追溯系统.doc
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2、编号:14 选手姓名:吕峰 队员姓名:吕峰 指导教师:耿铭慈 提交日期:2014年6月2袍瑚绵早取藩牢俭支抡扣硝陇琵界砚冷玩林采瞳认辣贡甥疼铸柳新绿调礼吠算妥疗哎泄敖没夏矫贝褪豁渊促碱惕践糜力趴撒侗砸颖淑匹腰透励事蝗妄品籽细栈砚蕊韩优幅赵恨樟父聪堪辈恫柔趴壳谢番觉捉焙读贸王架接邓余嗜施么羊叛忘马谆红连扳厅裸亏嘴宦姥蛮刽酗良消络料丧豪拌墅提申养逾鼓迄渐才鬃虽渔你呼基曲据严拐氦跋廓艇沸蒂罪九阐昌而涅戍椿兵仇行爹浅茧笆蔫袜肘躯囚粮靠魔烟兹备兰衔吻向屎揍篱伏着甩匠勒挫烈攫姓亢绞油詹蜂汞贿早殷轮锡缘业菌赘撵氯江凌骋滦榆趾凰俞释糠星粳凄待个甘笋诫棘嚣掣春嘿睁臣趣炼洒谓菲牢稽酪巧穿居松翟缉尹统憎急疤谷啊掌嫩
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4、业生产过程追溯系统 题目编号:14 选手姓名:吕峰 队员姓名:吕峰 指导教师:耿铭慈 提交日期:2014年6月2号智能农业生产过程追溯系统目 录摘 要1第一章 绪论21.1课题设计背景31.2课题设计目的41.3本文的主要工作及指导思想4第二章 课题方案论证52.1系统基本方案选择和论证52.1.1 物联网食品安全追溯流程52.1.2 RFID射频识别技术及EPC产品电子代码:62.1.3 RFID系统的构成和工作流程62.2 系统设计最终方案决定8第三章 系统设计93.1硬件设计93.1.1射频读卡器微处理器模块93.1.2射频读卡器读写模块113.1.3射频识别标签卡及天线设计133.1.
5、4射频读卡器通信模块143.2软件设计183.2.1 设计方案思想183.2.2设计流程图19第四章 调试与检测20摘 要随着近年来,诸多的食品安全事件的频繁发生,严重威胁消费者的身体健康,引起了世界性的广泛关注,也影响了食品行业的健康、持续、稳定的发展。如何保证食品供应链的安全,已成为一个迫切需要解决的全球性课题。传统的对食品品质检验方法存在管理滞后、效率低下和较高的出错率等问题。利用RFID技术建立安全食品供应链体系可以有效解决以上问题。RFID系统可提供食品供应链中食品与来源之间的可靠联系,确保到达超市货架及厨房的食品的来源是清晰的,并可追踪到生产企业甚至是动物、植物个体及具体的加工操作
6、人员。“民以食为天,食以安为先。”RFID技术在安全食品供应链的应用,对企业来说,有助于食品企业加强食品安全方面的管理,稳定和扩大消费群,提升市场竞争力;从食品供应链角度看,为消费者营造了放心消费的环境,树立了良好的形象,切实提高了整条供应链的服务水平。虽然RFID在应用中还有一些问题需要解决,但是其应用前景是十分广阔的。第一章 绪论1.1课题设计背景目前我国食品安全形势较为严峻,各类食品安全事件屡有发生,对人民群众的生命和健康安全造成极大危害。针对这一现象,政府统一安排,从2009年1月1日起,对肉及肉制品、豆制品、奶制品、蔬菜、水果等6类食品实施严格的市场准入。但由于管理手段落后,无法对食
7、品生产、流通的各个环节进行有效的监管,市场准入制度的落实受到严重制约和影响。传统的对食品品质检验方法存在管理滞后、效率低下和较高的出错率等问题。RFID技术应用于食品供应链的体系可解决以上问题。RFID系统保障供应链中的食品与来源之间的可靠联系,确保到达超市的货架和厨房食品的来源是清晰的,并可追溯到生产企业甚至是植物个体、动物及具体的操作加工人员。)“民以食为天,食以安为先。”RFID技术在安全食品供应链的应用,对企业来说,有助于食品企业加强食品安全方面的管理,稳定和扩大消费群,提升市场竞争力;从食品供应链角度看,为消费者营造了放心消费的环境,树立了良好的形象,切实提高了整条供应链的服务水平。
8、建立食品跟踪与追溯的工作将对食品行业的发展产生巨大的影响。 随着智慧地球、感知中国等概念的提出,物联网技术得到了国内外各行各业的普遍认可,全球的物联网行业的发展将会有很大的前景。据美国科学时报报道,物联网是被称为继计算机,互联网之后的第三次世界信息产业的浪潮。2008年全球经济危机出现后,物联网技术应运而生。“智慧地球”被认为是挽救危机、振兴经济的方式。针对美国“智慧地球”,温总理提出了感知中国的发展理念 2009年8月温家宝总理提出了“感知中国”,物联网被列为国家新兴战略性产业,已经写入了“政府工作报告”, 物联网从此在中国受到了全社会极大的关注。而物联网技术的核心就是RFID技术,因此借助
9、物联网技术,去解决社会中存在的食品安全问题,显得尤为重要。目前基于RFID的物联网食品安全追溯系统已经在我国得到了广泛的应用。1.2课题设计目的实现农业从生产到质检、运输、作业的标准化和网络化管理。智能农业物联网生产追溯系统信息系统主要研究温度、土壤水分等多种传感器对农产品的生长过程全程监控和数据化管理;结合RFID电子标签在培育、生产、质检、运输等过程中,包括作业人员的进出,作业情况,进行可识别的实时数据存储和管理。致力于构建基于物联网的专用农业评估信息系统以实现数据的存储和管理,实现农业生产的标准化、网络化、数字化。1.3本文的主要工作及指导思想本系统以鲁花花生油为例,对鲁华花生油实行产品
10、的溯源。RFID标签卡可以存储花生油从原料,加工,到成品运输等全过程的追溯,通过RFID射频识别技术,对标签卡实现了读写内部数据信息的功能,RFID标签卡不同于条形码RFID标签卡里的信息可以进行实时更新的功能,可以通过无线电波实时传输信息,从而可以在简单的WEB服务组件中查找相应的食品安全追溯信息,使食品安全生产管理者能够在出现食品安全问题时迅速的召回有害食品,防止有问题产品的快速流散,从而通过物联网技术解决生活中的食品安全问题。该系统可实现非接触式的数据读写功能,数据采用了MIFARE加密算法,是得数据传输具有了安全性。数据的传输还采用了编码技术,可以适应较复杂的传输环境。另外处理器内含看
11、门狗电路,具备较高的可靠性。物联网系统一般由感知层,网络层和应用层组成,由于3G等移动通信网络资源限制,本系统设计了感知层和应用层两部分。通过无线射频RFID读写器非接触式读取RFID标签中的数据信息为感知层。再通过一个简单的后端WEB服务组件完成相对应的食品安全信息溯源功能。 第二章 课题方案论证2.1系统基本方案选择和论证2.1.1 物联网食品安全追溯流程1)在生产食品的源头,无论是动物饲养过程中吃的饲料信息,还是在植物种植过程中施加的肥料信息,均可以使用RFID电子标签存储到食品安全生产数据库中,以此来作为将来食品安全追溯原始数据。 2)在食品加工环节中,生产厂家、操作员工、食品加工方式
12、以及时间等追溯信息也会记录到相应数据库的字段中。 3)通过对食品的流通过程中的每个环节布置含有多种传感器的读写器,可以记录该批食品流通过程中的环境信息。 4)在运输环节中,在车门里的读写器每隔几分钟就读取食品货箱的RFID标签信息,连同传感器的信息一起发送到食品安全追溯管理系统中记录数据,因为车厢内的信息基本一样,所以在读写器上而不是在RFID标签上集成传感器可以大幅度缩减系统成本。 5)在食品运输到仓库时,RFID读写器会读取食品信息以及入库时间,并且系统自动分配存货区域。仓库中布置的内嵌传感器的读写器,同样按照一定时间定时读取RFID标签信息已经环境信息。 6)根据记录的外界环境信息,物流
13、仓库的质量评估系统将自动对库存中的食品进行评估,并且根据环境信息综合判断,保质期将到的食品先发货。 7)通过严格的控制流通过程,运送到消费者手中食品的安全性将会大大提高,因此,无论是在餐桌或是货架,消费者通过追溯系统既可查到食品的生产日期、原料产地、生产者等详细生长信息,通过食品安全测评系统对食品进行等级认证,以此就可以确保食品安全。 8)食品变质后,评估系统将实时改变评估结果,提醒消费者慎重购买,并且通知零售商将过期产品撤下货架。 9)当发生食品安全问题时,通过食品安全追溯系统就可以查到食品的最终销售者,还可以找到流通或生产加工过程出现问题的环节,形成有政府统一管理、协调、高效运作的架构。这
14、也是国际上食品安全追溯管理模式的发展趋势。 2.1.2 RFID射频识别技术及EPC产品电子代码:近年来,无线射频识别技术在全球得到了迅速发展,在人们的日常生活中已经出现,并且产生了越来越大的影响。射频识别技术是结合了无线电、芯片制造及计算机等学科的新技术。无线射频识别RFID技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。它利用射频信号及其空间耦合的传输特性,实现对静止或移动物体的自动识别。射频识别常被称为感应式电子芯片或非接触卡。典型的RFID系统一般由电子标签、读写器以及计算机系统等部分组成。电子标签中保存着某种约定格式的编码数据,用以唯一标识标签所附着的物体;读写器通过无线信号与标签
15、通信,获得标签中的编码,并将这些编码送往后台计算机系统处理,达到对目标进行自动识别的目的。射频识别技术有以下特点:1:数据的读写功能2:电子标签的小型化和多样化3:耐环境性4:可重复使用5:穿透性6:数据的记忆容量大7:系统的安全性EPC产品电子代码技术是由美国麻省理工学院的自动识别研究中心开发的,旨在通过互联网平台,利用无线射频识别、无线数据通信等技术,构造一个实现全球物品信息实时共享的物联网。EPC代码是由标头、管理者代码、对象分类代码、序列号等数据字段组成的一组数字。EPC代码结构如图所示: EPC的目标是为物理世界的对象提供唯一的标识,从而达到通过计算机网络来标识和访问单个物体的目标,
16、就如同在互联网上使用IP地址来标识和通信一样。EPC系统的最终目的是为每一个单品建立全球的、开放的标识标准。EPC系统的发展,能够推动自动识别技术的快速发展,向跨地区、跨国界物品识别与跟踪领域的应用迈出了划时代的一步,可以做到对供应链中的货品进行实时跟踪,还可以通过优化供应链来给用户提供数据支持,大大提高供应链的效率。2.1.3 RFID系统的构成和工作流程典型的RFID射频识别系统由电子标签、阅读器和数据管理系统三大部分组成。标签(tags),由芯片和标签天线或线圈组成,通过电感耦合或电磁反射原理与读写器进行通信。电子标签是RFID系统中存储被识别物体相关信息的电子装置,通常贴在被识别物体表
17、面或者嵌入其内部,标签存储器中的信息可有读写器进行非接触式的读和写。电子标签由天线、控制模块、存储器、收发模块4部分构成。阅读器,有时也被称为查询器、读写器或读出装置,主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。芯片中一般存储两种数据:一种为固化在芯片中的UID(唯一标识号),用来唯一标识电子标签;另一种为存储在EEPROM中的可擦写数据,用来记录与被识别物体相关的信息。阅读器是读写电子标签信息的设备,通常由天线、射频模块、控制模块、接口模块4部分组成。读写器的任务是:控制射频模块发射载波信号以提供能量来启动标签;对发射信号进行调制,将数据传送给标签;对标识信息进行解码,并将标识信息传
18、输给主机处理;通信接口控制、输入输出检测和控制;产生、发送、接收射频信号。数据管理系统的主要任务是控制读写器进行读写卡的操作,以及存储和处理相应的数据信息。RFID系统的工作流程如下。(1)读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当电子标签进入发射天线工作区时产生感应电流,电子标签通过从读写器获得的能量自动除与激活状态。(2)电子标签将存储在其自带的存储器上的RFID编码等信息通过标签内置发射天线发送出去。(3)系统接收天线对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理。(4)主系统根据逻辑运算判断该标签编码的完整性、合法性,针对不同的应用业务逻辑做出相应的处理和控制。 RFID基
19、本原理框图如图所示。 2.2 系统设计最终方案决定综上所述,选定本课题食品安全追溯系统设计方案:首先对食品的追溯信息详细写入RFID标签卡,然后通过射频识别读写器将里面所包含的食品安全追溯信息读取到电脑中,第三步是通过简单的WEB服务组件设计查找相应EPC代码所对应的详细WEB信息。采用可读写电子标签除标签ID号(UID号)永不可变外,可读写电子标签中的其它数据可以因需更新,而根据标签ID号可以唯一确定标签,进而可以唯一确定相应的食品。EPC可以通过标签卡里面的数据进行读写。在本设计中,由于各方面条件的设计只用生产源头的信息追溯来代替整个食品安全追溯流程。由于WEB服务是物联网软件设计中非常重
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