用于果蔬保鮮的RFID溫濕度記錄系統(tǒng)

　　近年來，我國水果蔬菜業(yè)獲得長足發(fā)展，果蔬產(chǎn)量已躍居世界首位．由于果蔬產(chǎn)品含水量高，容易腐爛，且國內(nèi)果蔬保鮮技術(shù)落后，每年因此造成巨大的浪費?，F(xiàn)階段我國新鮮果蔬腐爛損耗率很高，水果達到30%，蔬菜達到40%～50%，而發(fā)達國家損耗率則不到7%。因此，降低果蔬的損耗率是一亟待解決的課題。

　　由于采摘后的果蔬仍然是活的有機生命體，不斷進行新陳代謝，果蔬采后最重要的是保持貯藏運輸鏈中果蔬品質(zhì)，降低損失。溫度、濕度是果蔬保鮮中重要的兩個因素，它們之間互相作用，共同決定果蔬的品質(zhì)。溫度是影響果蔬呼吸強弱的重要因素。溫度升高，則呼吸作用、蒸騰作用、乙烯的產(chǎn)生、后熟老化都會加快，大分子物質(zhì)的水解使復簡比值降低，水分、養(yǎng)分損耗加速、從而導致代謝失調(diào)和生理障礙，這些都將大大降低果蔬的耐儲性和抗病性。濕度對于果蔬貯藏的影響，主要與果實失重與病害有關(guān)。濕度過低，果蔬失水皺縮；濕度過大，溫度高時，極易腐爛，不同種類果蔬對環(huán)境濕度的要求不盡相同。因此，對果蔬在保鮮儲運過程中的溫度、濕度的實時采集和記錄不僅可以為維持和改善果蔬儲運的保鮮條件提供可靠依據(jù)，而且有助于提高果蔬保鮮物流管理的時效性和效率，對于果蔬的儲運調(diào)配起著指導作用，對于提升果蔬保鮮水平，發(fā)展果蔬保鮮物流，大幅度減少經(jīng)濟損失，有著重要的意義。

　　射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification．RFID)是20世紀90年代開始興起的一種非接觸的自動識別技術(shù)，它是一項利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。與早期的識別技術(shù)相比，RFID技術(shù)因其特有的非接觸性以及可對多個目標物體同時識別的特性，得到了眾多行業(yè)的青睞?，F(xiàn)今，RFID 技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于供應鏈管理、門禁安防、現(xiàn)代物流、礦山礦井跟蹤、生產(chǎn)自動化、電子支付等領(lǐng)域，尤其在城市公共交通、停車場管理、鐵路車號自動識別(ATIS)、高速公路電子收費(AVI)、港口集裝箱通關(guān)和第二代公民身份證等方面的應用已經(jīng)成熟，被看作是繼互聯(lián)網(wǎng)和移動通信兩大技術(shù)大潮之后的又一次技術(shù)大潮。

　　本文提出了基于RFID 的溫濕度保鮮記錄系統(tǒng)，在果蔬儲運保鮮中使用RFID卡記錄果蔬在儲運過程中所在環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)。

　　1 射頻識別(RFID)系統(tǒng)

　　RFID系統(tǒng)通常由三部分組成，如圖1所示，分別是RFID讀寫器、RFID卡及天線。其工作時，RFID讀寫器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當RFID卡進入該磁場時產(chǎn)生感應電流，同時利用此能量發(fā)送出自身編碼等信息，讀寫器讀取信息并解碼后獲得卡內(nèi)數(shù)據(jù)；當寫數(shù)據(jù)時，讀寫器通過發(fā)射特定頻率的無線電波傳送寫指令信息和所寫數(shù)據(jù)給RFID卡，RFID卡則按照指定的地址把數(shù)據(jù)寫入卡中。

圖1 RFID系統(tǒng)組成

Fig．1 RFID system composition

      2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)以單片機為核心，配以輸入、輸出、控制、傳輸?shù)韧鈬娐方M成。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Fig．2 System structure diagram

      2．1 溫濕度傳感模塊

　　系統(tǒng)的溫度和濕度數(shù)據(jù)采集采用HSU-07A 模塊，即相對濕度傳感器與溫度電路一體化的產(chǎn)品。HSU-07A 模塊有四個引腳，按順序分別是電源、濕度輸出、地和溫度輸出，濕度輸出量為模擬電壓信號，溫度通過熱敏電阻測量。

　　2．2 主控制器與數(shù)據(jù)采集

　　系統(tǒng)主控制器采用的是ATMEL公司的單片機ATmega16，其內(nèi)集成了8通道l0位的A／D 轉(zhuǎn)換器。由HSU．07A溫濕度模塊、ATmegal6以及相關(guān)外圍電路組成了溫濕度測量系統(tǒng)，如圖3所示，HSU．07A的引腳2為濕度輸出，輸出的模擬電壓信號經(jīng)過低通濾波后直接送人ATmegal6 的A／D 端VIPA1．HSU．07A的引腳4為溫度輸出，熱敏電阻的分壓值經(jīng)過放大電路連接到PA2。

圖3 傳感器連接圖

Fig．3 Sensors connecting diagram

      2．3 RFID讀寫器與標簽

　　RFID 讀寫器選用周立功公司的ZLG500模塊，其主要功能是通過無線通信讀取RFID卡(即標簽)中環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的記錄位置，通過同步串行接口(SPI)接收主控制器發(fā)出的寫指令和溫濕度數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)寫人到RFID卡內(nèi)指定的位置上。RFID卡采用Philips Mifare S50，它是無源標簽，工作頻率為13．56MHz．該卡有8 Kbit存儲容量，并劃分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)劃分為4個數(shù)據(jù)存儲塊。各扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可以根據(jù)實際需要設定各自的密碼及存取控制。

　　系統(tǒng)的主控制器獲得溫度、濕度信息后，將處理后的溫度、濕度信息通過SPI接口傳送至RFID讀寫器。如圖4所示，ATmegal6與RFID讀寫器的連接采用同步串行接口，主控制器為主方式，讀寫器為從方式。主控制器與讀寫器通信時，首先進行連接，連接后讀出RFID卡中要寫人數(shù)據(jù)的地址，然后將寫入的溫濕數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器。

圖4 RFID讀寫器連接圖

Fig．4 RFID reader／writer connecting diagram

      2．4  系統(tǒng)實現(xiàn)

　　實際系統(tǒng)如圖5所示，由以ATmega16單片機為主構(gòu)成的系統(tǒng)電路、HSU．07A 溫濕度傳感器、ZLG500 RFID讀寫器Philips Mifare S50 RFID卡構(gòu)成。按照預設的時間間隔，HSU-07采集果蔬所處環(huán)境的溫度和濕度，并通過RFID讀寫器寫入RFID卡中。

圖5系統(tǒng)實現(xiàn)

Fig．5 System implementation

      3 軟件設計

　　系統(tǒng)軟件采用C語言編程設計，軟件流程圖如圖6所示，主控制器采用中斷方式進行工作，每隔一定時間從傳感器中讀出數(shù)據(jù)，再通過同步串行接口(SPI)得到RFID 卡中寫入數(shù)據(jù)的地址，然后將需要寫入的溫濕數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器，寫入RFID卡，最后進入低功耗狀態(tài)。

圖6 軟件流程圖

Fig．6 Software flowchart

      4 保鮮實驗

　　為了驗證本系統(tǒng)的實用性，選擇香蕉和菠菜作為保鮮對象，用冰箱模擬保鮮實驗環(huán)境，得到用本系統(tǒng)記錄在低溫環(huán)境下一段時間內(nèi)的香蕉、菠菜的溫濕度環(huán)境參數(shù)。實驗參數(shù)為：時間間隔3 min；實驗時間8 h。

　　將香蕉、菠菜與保鮮系統(tǒng)用塑料袋封好，放入冰箱的冷藏室中，實驗結(jié)束后，用PC機將RFID卡中數(shù)據(jù)讀出并保存，部分實驗數(shù)據(jù)如圖7所示，可以看出溫度在放入冰箱冷藏室后逐漸降低，最后降到7⁰Ｃ，濕度開始在80%左右，隨著溫度的降低，濕度有所升高，最后保持在90%左右。實驗結(jié)果表明：本系統(tǒng)的溫濕傳感器能正確采集數(shù)據(jù)，溫濕度數(shù)據(jù)能正常寫入RFID卡中，RFID卡中溫濕數(shù)據(jù)讀取正常。

圖7 保鮮實驗數(shù)據(jù)

Fig．7 Fresh—keeping experiment data

      5 結(jié)語

　　實現(xiàn)了用于果蔬保鮮的RFID溫濕度記錄系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程，并給出了實現(xiàn)的系統(tǒng)，以此實現(xiàn)了果蔬保鮮溫濕度的記錄。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)運行良好，能夠準確記錄果蔬的溫濕度參數(shù)，可以廣泛地應用在果蔬保鮮系統(tǒng)中。