利用射频识别技术和GPRS技术的新鲜食用菌物流实时监控系统

邵 晴

（河南经贸职业学院，河南 郑州 450000）

食用菌的栽培和生产加工通常并不在同一地方，销售终端市场与生产地之间距离一般都很远。因此，需要采用交通工具解决食用菌的长距离运输问题，即产地到销售终端的物流，而更为重要的是食用菌产品从消费终端到消费者的短距离物流配送的问题，因此，物流运输在食用菌供应链中有着十分重要的地位[1]。近年来人们对饮食和营养健康越来越重视，生鲜食用菌消费总量不断攀升，这也促使食用菌企业大力发展冷藏存储和冷链物流，以最大程度地保持食用菌的新鲜营养成份。

冷链物流通过完整、有效实时的数据监测来保证食用菌在运输过程中的质量和品质[2]。传统的监控系统仅局限于同一地点，有一定的地域局限性，不能满足大范围、远距离监控的需求；而且，多数的冷链物流监测终端的传感器实时性差，冷藏低温下故障率很高。因此，有必要设计一种新型的物流监控系统，提供在Internet网络条件下的远程设备监控管理功能，利用无线GPRS技术实现远程登录连接，监测终端通过射频识别设备完成对人员、冷链运输车辆等信息的采集。

1 射频识别（RFID） 技术

射频识别（radio frequency identification，RFID）是一种信息自动识别技术[3]，其特点是信息自动读取识别，并能够自动输入计算机。借助读卡器（也称“阅读器”）和射频电子标签之间进行非接触式信息通信，通过射频信号的无线传输方式传递信息，从而达到自动识别目标的目的。基本的RFID系统由射频电子标签和读卡器组成如图1所示，图中“MCU”为微控制单元（microcontroller unit），即单片机，用于监控系统等应用场合的自动化控制。

2 基于RFID和GPRS技术的食用菌物流实时监控系统设计

2.1 实时监控系统总体设计

食用菌物流实时监控系统基于RFID技术进行设计，集成了计算机技术、通信技术和网络传输等技术，实现了对食用菌物流的实时监控，整个系统如图2所示。

从图2可以看出，系统由物流监测终端和计算机监测中心2大部分组成。物流监测终端包括射频识别卡（电子标签）、读卡器、CAN节点、电源等；计算机监测中心包括PCI接口卡、PC机、打印机和电源等。

该系统主要采用射频识别技术、现场总线技术和计算机技术，实现对物流从业人员和车辆的定位和生产调度，并能够对食用菌物流信息进行统计管理，大大提高了食用菌物流的现代化管理水平。

在监控系统的设计中，RFID系统采用了ShockBurstTM收发模式实现射频识别卡与读卡器信号的无线传输，保证了数据传输的可靠性。通过发送数据通知计算机控制中心，计算机监测中心可以向读卡器发送命令，实现对其运行情况的监测，保证了整个系统运行的可靠性。

监控系统的数据通过CAN总线或GPRS无线接口传输给计算机系统。由于CAN总线数据传输速率高、实时性好，因此短距离的物流节点可以通过增加CAN节点来实现有线传输距离的扩展（CAN总线长度可达10 km）；而长距离的物流节点则安装GPRS模块和CAN转GPRS无线数据采集收发器来完成数据的无线传输。

由于采用了RFID技术，监控系统的整个识别过程系统自动完成，无需人为干预，因此系统的自动化程度高。并且射频识别卡一般都采用了一定的封装，防爆、防潮、防灰尘和防水性能良好，在冷藏存储和冷链运输的低温环境下能够长时间正常工作；读卡器也有密封铝壳并有接地设计，因此其电子屏蔽性能良好，可以有效防止外来信号干扰。

2.2 监控系统主要性能指标

监控系统要达到的主要性能指标有：RFID系统中的射频识别卡通讯射频信号频率为2.4 GHz[5]；识别卡为不可更换电池，电池寿命不少于1年；射频识别卡的性能指标要达到人员移动速度达到5 m·s-1、物流车辆行驶速度大于10 m·s-1时能够准确识别位置等相关信息的要求；针对食用菌物流从业人员数量，设置人员并发射频识别卡数量不能小于80个；最大传输距离射频识别卡到读卡器的无遮挡无线传输距离60 m、读卡器至PCI接口卡间最大距离为10 km、每个读卡器之间距离为50 m；GPRS通信模块采用工业级无线模块，内部需集成PPP和TCP/IP协议，支持实时操作系统，并且要有与之匹配的移动运营商的网络支持；监控系统允许接入的读卡器数量为256个、系统最大监控容量为射频识别卡65 536个；监控系统对物流从业人员和车辆信息、工作时间等记录的保存时间，根据计算机系统的硬盘存储容量设定为3个月。

2.3 监控系统主要功能

2.3.1 自动初始化检测

监控系统具有射频识别卡电池电压的自检程序，能够实现自动初始化检测；对读卡器和CAN节点、GPRS模块的供电情况及其运行状态也能够实现自检，根据自检程序完成系统的初始化，保证监控系统的正常运行。

2.3.2 定位识别和报警功能

监控系统能够实现对食用菌物流运输相关人员及冷藏车辆的定位识别，能够对物流车辆的运行轨迹实时监测；司机、押运、装卸和配送等人员每时每刻在生产厂、运输道路、仓储和装卸场地的实时动态分布，并根据交通路线和停靠地点绘制相应的动态分布图，让整个物流工作的人员和车辆等情况一目了然，并能够实时更新位置和时间等信息。

同时，监控系统由于采用了RFID和GPRS技术，可以远程实时查询人员和车辆的位置信息，如需要查找某一驾驶员和物流运输车辆的具体地理位置时，可随时向该人员或车辆的射频识别卡发出指令信息，识别卡返回实时查询的人员和车辆的位置信息。即使距离再远，只要有GPRS信号，当出现事故或意外情况时，也可以通过识别卡报警功能及时告知相关人员，准确判断事故车辆和受困人员的身份及具体位置，为营救提供第一手信息。

2.3.3 日常管理和生产调度

监控系统实现对物流从业人员、物流车辆的上下班时间、车辆移动路线、工作时间和配送次数等的实时监测，并将监测数据上传到计算机进行存储和数据统计分析，以日报、月报和年报等形式进行报表统计和打印，从而实现对食用菌物流从业人员的日常考勤、车辆调度、冷藏运输过程、仓储信息等的监测，加强了食用菌物流作业的科学化管理，提高了物流管理效率。

3 监控系统的硬件选型

监控系统的RFID系统中，射频识别卡的选型主要包括微控制器MCU、无线射频芯片天线和电源电路的选择。微控制器MCU采用Texas Instruments公司的“MSP430F2112TRHBR”16位微控制器，其核心RISC处理器为MSP430FR572x，最大时钟频率2.4 GHz。主要特点是体积小、功耗低，便于安装携带；无线射频芯片采用专供单片机的射频收发芯片nRF24l01，工作频段为2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段，并且支持ShockBurstTM收发和直接收发2种通讯模式；而射频识别卡的电源电路包括单片机MCU和无线射频芯片的接口电路、JTAG接口电路、报警电路和电源电路。

CAN转GPRS转换器采用北京华启智能科技有限公司的K9120型工业级转换器，可以在-25℃～75℃的温度正常工作，适合于食用菌物流的冷藏低温环境。其内部集成有CAN-bus接口和GPRS无线接口，而且CAN口通信速率可达1 Mbps。通过TCP/IP协议实现实时调整的数据传输。其主要作用是通过GPRS无线网络把CAN总线接入计算机局域网，从而完成CAN-bus网络通过无线远距离接入Internet网络的目的。

4 结论

随着我国食用菌的产量和市场份额不断增长，食用菌物流特别是冷藏运输的车辆和人员增长迅速，但物流车辆种类繁多、工作地点分散、物流路线多变，生产调度和日常管理工作量很大，冷藏物流运输的科学规范管理就显得更为重要。利用RFID技术可以方便地实现对物流车辆和人员的实时定位查询，通过GPRS无线传输技术又可以实现远程通信连接，两者结合，十分适宜食用菌物流中对车辆、人员和货物的实时监控管理。