CN104899535A

CN104899535A - 一种基于rfid的谷物溯源识别方法和识别系统

Info

Publication number: CN104899535A
Application number: CN201510335395.5A
Authority: CN
Inventors: 梁琨; 沈明霞; 刘晋; 林盛业
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: CN104899535B

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的谷物溯源识别方法和识别系统，本发明是将RFID电子标签与谷物籽粒的混合物倒入导入机构后，经过下料斗、滚刷、挡板和抚平器的处理将混合物均匀地平铺在传送带上，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息；传送带不断的周而复始的传送转动；混合物在传送带的传送过程中经过RFID感应线圈；在RFID感应线圈的感应区内，阅读器同时读取多个RFID电子标签信息以获得谷物的标识信息，并将信息传回上位机。本发明实现了对粮食中混有的多个RFID电子标签同时识别，并在服务器端查询数据库中的信息进行详细的显示，实现快速、低成本、精确地追溯粮食原产地信息。

Description

一种基于RFID的谷物溯源识别方法和识别系统

技术领域

本发明涉及粮食食品安全、RFID无线射频技术、自动控制技术领域，具体是一种基于RFID的谷物溯源识别方法和识别系统。

背景技术

我国是一个粮食生产大国，也是一个粮食消费大国。粮食作为人们日常生活中最基本、最重要的食品及食品加工的基础原料，其质量安全是食品安全的基础和前提，关系到广大人民群众的身体健康，关系到社会的稳定与发展。因此保证粮食安全生产是食品安全的的重点。

粮食食品从田间到餐桌，涉及生产、流通和消费等多个环节，各环节相互联系、相互影响，粮食食品安全监管工作呈现出监管链条长、监控对象多、难度大等特点；在粮食生产中运输、储藏等环节，按照不同等级或用于将来自多个农产或农户的粮食产品进行混合分销、运输、储藏而难以追溯到源头。因此，解决粮食追溯中难以追溯到产地源头的问题，对保障我国粮食食品安全生产，稳定国民经济和社会秩序有重要意义。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，采取以下技术方案：

一种基于RFID的谷物溯源识别方法，该方法是将RFID电子标签与谷物籽粒的混合物倒入导入机构后，经过下料斗、滚刷、挡板和抚平器的处理将混合物均匀地平铺在传送带上，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；传送带不断的周而复始的传送转动；混合物在传送带的传送过程中经过RFID感应线圈；在RFID感应线圈的感应区内，阅读器同时读取多个RFID电子标签信息以获得谷物的标识信息，并将信息传回上位机。

所述阅读器将多个RFID电子标签信息同时读取，具体是RFID电子标签与RFID感应线圈形成互感电流，经过电信号的转换，RFID电子标签以脉冲信号发送给阅读器一个应答信息，阅读器将感应电流转换为字符串数据，通过串口与上位机建立通信信道并进行数据交换，将字符串信息传送给上位机，所述上位机通过每个RFID电子标签的唯一标识码调用核心数据库系统，将谷物的生产地，物流过程，仓储信息，质检结果，交易信息显示出来，实现对谷物的精确溯源。

优选的，阅读器通过防冲突机制对多个RFID电子标签进行信息读取，所述防冲突机制为ALOHA防冲撞算法。

优选的，所述传送带将谷物传送至筛选分离器，在筛选分离器中完成RFID电子标签与谷物的分离。

本发明还公开了一种基于RFID的谷物溯源识别系统，该系统包括RFID电子标签、导入机构、传送带、阅读器和上位机，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；所述导入机构设置在传送带的入端上方，所述导入机构包括下料斗、滚刷和抚平器、挡板，滚刷和抚平器设置在下料斗的出口端和传送带的入口端之间，挡板设置在传送带入口端的两侧，在挡板、滚刷和抚平器的共同作用下混合物被均匀地平铺在传送带上；所述传送带不断的周而复始的传送转动；所述阅读器的感应线圈设置在与传送带运动平行和垂直两个方向上；所述上位机与阅读器连接通信。

优选的，所述RFID电子标签的内部电路结构分为发送部分、接收部分和射频接口部分，

所述发送部分包括ASK反向调制电路和功率放大电路，ASK反向调制电路将微处理器发出的数字编码信号进行ASK幅度调制，再通过功率放大电路放大后送到RFID天线端发给读写器；

所述接收部分包括包络产生电路和检波电路，包络产生电路从RFID天线端接收发送部分发出的信号，通过检波电路发送至微处理器进行编解码处理；

所述射频接口部分通过电源产生电路、稳压电路及时钟发生电路将所述发送部分及接收部分关联在一起，协同工作(RFID电子标签的频率为918M赫兹，RFID电子标签的天线采用全极化设计，协议标准为国际标准ISO/IEC 18000-6，RFID电子标签的制成材料选用注塑材料)。

优选的，RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

水稻：RFID电子标签形状为边缘有棱角的椭圆形，两端长8.0～8.2mm，宽3.1～3.3mm，厚2.1～2.3mm；

小麦：RFID电子标签形状为边缘有棱角的椭圆形，两端长6.5～7.1mm，两侧宽2.9～3.4mm；

黄豆：RFID电子标签形状为边缘有棱角的球形或卵圆形，直径5～6mm；

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

玉米用作制作淀粉、酒精时：RFID电子标签形状为长方形，顶端至尾部长度11.6～`1.3mm，两侧之间宽度7.8～8.2mm。

更具体的RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

水稻：RFID电子标签形状为边缘有棱角的椭圆形，两端长8.1mm，宽3.2mm，厚2.2mm；

小麦：RFID电子标签形状为边缘有棱角的椭圆形，两端长6.8mm，两侧宽2.2mm；

黄豆：RFID电子标签形状为边缘有棱角的球形或卵圆形，直径5.5mm；

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

玉米用作制作淀粉、酒精时：RFID电子标签形状为长方形，顶端至尾部长度12mm，两侧之间宽度8mm。

优选的，该系统还包括筛选分离器，所述筛选分离器设置在传送带的出端下方，所述筛选分离器自上而下包括筛分网、分类导管和收集容器，所述筛分网可以振动，所述筛分网的筛孔允许谷物下落而不允许RFID电子标签下落，谷物自所述分类导管落入收集容器。

优选的，所述筛分网的筛孔孔径小于等于RFID标签的直径，大于溯源谷物的直径。

本发明的有益效果

基于RFID技术的粮食产地识别、分离装置的导入机构将粮食籽粒和颗粒型RFID的电子标签混合物传输到传送带上，经过RFID环形感应天线，电子标签接收到工作场范围内的脉冲信号，电子标签内的芯片中的相关电路对此信号进行调制、编码、解密等操作，然后对命令请求、密码验证、权限级别等进行判断，将电子标签中唯一表示粮食产地的标识信息发回读写器，读写器再通过串口与上位机通信。阅读器天线检测出来的多个电子标识传回上位机软件，调用本地数据库系统，检索出电子标签标识对应的数据库里面的相关信息(谷物名称，产地，等级，收获时间，生产环境信息，物流信息等)。通过上位机便可查询粮食精确产地信息、存储信息、运输信息。在传送机构的下端设计了一个筛选分离装置，用于在粮食加工前将颗粒型RFID电子标签与粮食籽粒分离，以免在加工阶段造成粮食污染。此外，一种基于RFID的谷物溯源识别系统的设计还具有一下优点：

(1)借用现有功能设计如图2，更高的集成了RFID电子标签的内部电路和调制解调模块，大大的减小了RFID电子标签的体积，根据特定的要求将RFID电子芯片封装成特定的形状(比如针对水稻和小麦粮食籽粒可以封装成椭球形，不同种类可以选择封装成不同颜色)，可以跟谷物混合的更好，方便物流的跟踪，谷物信息的溯源。

(2)RFID阅读器的天线采用了与传送带运动方向平行面和垂直面上的设置，有效的避免了混入谷物中的RFID电子标签的误读，此种感应天线的设置很大程度上实现了全方位无死区的对RFID电子标签的识别，为整个溯源系统提供了基本信息采集的保障。

(3)通过对阅读器ALOHA防冲突算法研究，流程图如图4所示。可以很好地实现多个电子标签的同时扫描识别，具有更高的鲁棒性，通过确认识别身份快速的对读取的每个电子标签识别码进行数据库查询，实时的在溯源系统软件中显示出该组谷物所有相关的信息。

附图说明

图1为本发明的RFID电子标签通讯流程图。

图2为谷物溯源系统数据库结构图。

图3为谷物的溯源流程和信息模型。

图4为防冲突算法流程图。

图5为本发明的谷物溯源识别系统结构示意图。

图6为本发明的谷物溯源识别系统结构框图。

图7为本发明的RFID电子标签内部电路结构图。

图8为本发明的筛选分离器结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1，一种基于RFID的谷物溯源识别方法，该方法是将RFID电子标签与谷物籽粒的混合物倒入导入机构后，经过下料斗、滚刷、挡板和抚平器的处理将混合物均匀地平铺在传送带上，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；传送带不断的周而复始的传送转动；混合物在传送带的传送过程中经过RFID感应线圈；在RFID感应线圈的感应区内，阅读器同时读取多个RFID电子标签信息以获得谷物的标识信息，并将信息传回上位机。优选的实施方式中，RFID电子标签通讯流程如图1所示。

上位机还包括数据库，如图2所示，数据库实现了对谷物溯源信息的存储、管理、查询、交流等作用，在优选的实施方式中，上位机溯源系统软件主要依靠MySQL数据库，使用最常用的数据库管理语言--结构化查询语言(SQL)进行数据库管理。利用数据库中保存的信息，显示谷物详细数据和溯源信息。数据库需要建立信息完备功能强大的信息库，支持溯源系统对各种谷物的溯源查询，包括谷物产地，物流运输，质量检验站，物流仓储，交易市场，消费者等信息，同时MySQL数据库中可以直接调用CREATE、DELETE、DROP、INDEX、INSERT、SELECT、UPDAT等语句快速准确的实现数据库表的建立、删除、索引、查找、更新等功能，方便不断的对溯源系统升级和维护。

谷物的溯源流程和信息模型如图3所示，其中实线箭头表示谷物从生产到消费的整个过程中信息的建立和更新，虚线箭头表示从消费人群溯源回谷物最初生产地的整个过程。

实施例2，如实施例1所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，所述阅读器将多个RFID电子标签信息同时读取，具体是RFID电子标签与RFID感应线圈形成互感电流，经过电信号的转换，RFID电子标签以脉冲信号发送给阅读器一个应答信息，阅读器将感应电流转换为字符串数据，通过串口与上位机建立通信信道并进行数据交换，将字符串信息传送给上位机，所述上位机通过每个RFID电子标签的唯一标识码调用核心数据库系统，将谷物的生产地，物流过程，仓储信息，质检结果，交易信息显示出来，实现对谷物的精确溯源。

实施例3，如实施例2所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，阅读器通过防冲突机制对多个RFID电子标签进行信息读取，所述防冲突机制为ALOHA防冲撞算法，其算法流程如图4所示。

实施例4，如实施例1所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，所述传送带将谷物传送至筛选分离器，在筛选分离器中完成RFID电子标签与谷物的分离。

实施例5，结合图5和图6所示，一种基于RFID的谷物溯源识别系统，该系统包括RFID电子标签、导入机构、传送带2、阅读器3和上位机4，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；所述导入机构设置在传送带2的入端上方，所述导入机构包括下料斗1-1、滚刷和抚平器1-2、挡板，滚刷和抚平器1-2设置在下料斗1-1的出口端和传送带2的入口端之间，挡板设置在传送带2入口端的两侧，在挡板、滚刷和抚平器1-2的共同作用下混合物被均匀地平铺在传送带2上；所述传送带2不断的周而复始的传送转动；所述阅读器3的感应线圈3-1设置在与传送带运动平行和垂直两个方向上；所述上位机4与阅读器3连接通信。

在优选的实施方式中，传送带2为黑色环形胶带，我们在传送带2在运动方向的垂直面上设置环形的感应线圈3-1，但是并不能有效的解决有些电子标签无法被有效的读取和写入的问题，在运动方向的平行面上再添加一个环形的感应线圈3-1，这样便可以做到多角度无死区的对RFID电子标签信息进行读取。

实施例6，结合图7所示，如实施例5所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，所述RFID电子标签的内部电路结构分为发送部分、接收部分和射频接口部分，

实施例7，如实施例5所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

实施例8，如实施例7所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

实施例9，结合图5、图6和图8，如实施例6所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，该系统还包括筛选分离器5，所述筛选分离器5设置在传送带2的出端下方，所述筛选分离器5自上而下包括筛分网5-1、分类导管5-2和收集容器5-3，所述筛分网5-1可以振动，所述筛分网5-1的筛孔允许谷物下落而不允许RFID电子标签下落，谷物自所述分类导管5-2落入收集容器5-3。

实施例10，如实施例9所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，所述筛分网5-1的筛孔孔径小于等于RFID电子标签的直径，大于溯源谷物的直径。

在优选的实施方式中，孔径大小和分布情况下表所示。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种基于RFID的谷物溯源识别方法，其特征在于该方法是将RFID电子标签与谷物籽粒的混合物倒入导入机构后，经过下料斗、滚刷、挡板和抚平器的处理将混合物均匀地平铺在传送带上，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；传送带不断的周而复始的传送转动；混合物在传送带的传送过程中经过RFID感应线圈；在RFID感应线圈的感应区内，阅读器同时读取多个RFID电子标签信息以获得谷物的标识信息，并将信息传回上位机。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，其特征在于所述阅读器将多个RFID电子标签信息同时读取，具体是RFID电子标签与RFID感应线圈形成互感电流，经过电信号的转换，RFID电子标签以脉冲信号发送给阅读器一个应答信息，阅读器将感应电流转换为字符串数据，通过串口与上位机建立通信信道并进行数据交换，将字符串信息传送给上位机，所述上位机通过每个RFID电子标签的唯一标识码调用核心数据库系统，将谷物的生产地，物流过程，仓储信息，质检结果，交易信息显示出来，实现对谷物的精确溯源。

3.根据权利要求2所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，其特征在于阅读器通过防冲突机制对多个RFID电子标签进行信息读取，所述防冲突机制为ALOHA防冲撞算法。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的谷物溯源识别方法，其特征在于所述传送带将谷物传送至筛选分离器，在筛选分离器中完成RFID电子标签与谷物的分离。

5.一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于该系统包括RFID电子标签、导入机构、传送带(2)、阅读器(3)和上位机(4)，所述RFID电子标签为颗粒状，记载了谷物的标识信息，包括谷物的生产地，谷物类型、品种；所述导入机构设置在传送带(2)的入端上方，所述导入机构包括下料斗(1-1)、滚刷和抚平器(1-2)、挡板，滚刷和抚平器(1-2)设置在下料斗(1-1)的出口端和传送带(2)的入口端之间，挡板设置在传送带(2)入口端的两侧，在挡板、滚刷和抚平器(1-2)的共同作用下混合物被均匀地平铺在传送带(2)上；所述传送带(2)不断的周而复始的传送转动；所述阅读器(3)的感应线圈(3-1)设置在与传送带运动平行和垂直两个方向上；所述上位机(4)与阅读器(3)连接通信。

6.根据权利要求5所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于所述RFID电子标签的内部电路结构分为发送部分、接收部分和射频接口部分，

7.根据权利要求5所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

8.根据权利要求7所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于RFID电子标签针对不同的谷物设置不同的形状：

玉米：

玉米用作粮食时：RFID电子标签形状为边缘为弧状的方形；

9.根据权利要求6所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于该系统还包括筛选分离器(5)，所述筛选分离器(5)设置在传送带(2)的出端下方，所述筛选分离器(5)自上而下包括筛分网(5-1)、分类导管(5-2)和收集容器(5-3)，所述筛分网(5-1)可以振动，所述筛分网(5-1)的筛孔允许谷物下落而不允许RFID电子标签下落，谷物自所述分类导管(5-2)落入收集容器(5-3)。

10.根据权利要求9所述的一种基于RFID的谷物溯源识别系统，其特征在于所述筛分网(5-1)的筛孔孔径小于等于RFID标签的直径，大于溯源谷物的直径。