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用于果蔬保鲜的RFID温湿度记录系统
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近年来，我国水果蔬菜业获得长足发展，果蔬产量已跃居世界首位．由于果蔬产品含水量高，容易腐烂，且国内果蔬保鲜技术落后，每年因此造成巨大的浪费。现阶段我国新鲜果蔬腐烂损耗率很高，水果达到30%，蔬菜达到40%～50%，而发达国家损耗率则不到7%。因此，降低果蔬的损耗率是一亟待解决的课题。
由于采摘后的果蔬仍然是活的有机生命体，不断进行新陈代谢，果蔬采后最重要的是保持贮藏运输链中果蔬品质，降低损失。温度、湿度是果蔬保鲜中重要的两个因素，它们之间互相作用，共同决定果蔬的品质。温度是影响果蔬呼吸强弱的重要因素。温度升高，则呼吸作用、蒸腾作用、乙烯的产生、后熟老化都会加快，大分子物质的水解使复简比值降低，水分、养分损耗加速、从而导致代谢失调和生理障碍，这些都将大大降低果蔬的耐储性和抗病性。湿度对于果蔬贮藏的影响，主要与果实失重与病害有关。湿度过低，果蔬失水皱缩；湿度过大，温度高时，极易腐烂，不同种类果蔬对环境湿度的要求不尽相同。因此，对果蔬在保鲜储运过程中的温度、湿度的实时采集和记录不仅可以为维持和改善果蔬储运的保鲜条件提供可靠依据，而且有助于提高果蔬保鲜物流管理的时效性和效率，对于果蔬的储运调配起着指导作用，对于提升果蔬保鲜水平，发展果蔬保鲜物流，大幅度减少经济损失，有着重要的意义。
射频识别技术(Radio Frequency Identification．RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。与早期的识别技术相比，RFID技术因其特有的非接触性以及可对多个目标物体同时识别的特性，得到了众多行业的青睐。现今，RFID 技术已经广泛应用于供应链管理、门禁安防、现代物流、矿山矿井跟踪、生产自动化、电子支付等领域，尤其在城市公共交通、停车场管理、铁路车号自动识别(ATIS)、高速公路电子收费(AVI)、港口集装箱通关和第二代公民身份证等方面的应用已经成熟，被看作是继互联网和移动通信两大技术大潮之后的又一次技术大潮。
本文提出了基于RFID 的温湿度保鲜记录系统，在果蔬储运保鲜中使用RFID卡记录果蔬在储运过程中所在环境的温湿度数据。
1 射频识别(RFID)系统
RFID系统通常由三部分组成，如图1所示，分别是RFID读写器、RFID卡及天线。其工作时，RFID读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当RFID卡进入该磁场时产生感应电流，同时利用此能量发送出自身编码等信息，读写器读取信息并解码后获得卡内数据；当写数据时，读写器通过发射特定频率的无线电波传送写指令信息和所写数据给RFID卡，RFID卡则按照指定的地址把数据写入卡中。
系统结构如图2所示，系统以单片机为核心，配以输入、输出、控制、传输等外围电路组成。
系统的温度和湿度数据采集采用HSU-07A 模块，即相对湿度传感器与温度电路一体化的产品。HSU-07A 模块有四个引脚，按顺序分别是电源、湿度输出、地和温度输出，湿度输出量为模拟电压信号，温度通过热敏电阻测量。
2．2 主控制器与数据采集
系统主控制器采用的是ATMEL公司的单片机ATmega16，其内集成了8通道l0位的A／D 转换器。由HSU．07A温湿度模块、ATmegal6以及相关外围电路组成了温湿度测量系统，如图3所示，HSU．07A的引脚2为湿度输出，输出的模拟电压信号经过低通滤波后直接送人ATmegal6 的A／D 端VIPA1．HSU．07A的引脚4为温度输出，热敏电阻的分压值经过放大电路连接到PA2。
RFID 读写器选用周立功公司的ZLG500模块，其主要功能是通过无线通信读取RFID卡(即标签)中环境参数数据的记录位置，通过同步串行接口(SPI)接收主控制器发出的写指令和温湿度数据，把数据写人到RFID卡内指定的位置上。RFID卡采用Philips Mifare S50，它是无源标签，工作频率为13．56MHz．该卡有8 Kbit存储容量，并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块。各扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。
系统的主控制器获得温度、湿度信息后，将处理后的温度、湿度信息通过SPI接口传送至RFID读写器。如图4所示，ATmegal6与RFID读写器的连接采用同步串行接口，主控制器为主方式，读写器为从方式。主控制器与读写器通信时，首先进行连接，连接后读出RFID卡中要写人数据的地址，然后将写入的温湿数据发送给读写器。
2．4 系统实现
实际系统如图5所示，由以ATmega16单片机为主构成的系统电路、HSU．07A 温湿度传感器、ZLG500 RFID读写器Philips Mifare S50 RFID卡构成。按照预设的时间间隔，HSU-07采集果蔬所处环境的温度和湿度，并通过RFID读写器写入RFID卡中。
系统软件采用C语言编程设计，软件流程图如图6所示，主控制器采用中断方式进行工作，每隔一定时间从传感器中读出数据，再通过同步串行接口(SPI)得到RFID 卡中写入数据的地址，然后将需要写入的温湿数据发送给读写器，写入RFID卡，最后进入低功耗状态。
为了验证本系统的实用性，选择香蕉和菠菜作为保鲜对象，用冰箱模拟保鲜实验环境，得到用本系统记录在低温环境下一段时间内的香蕉、菠菜的温湿度环境参数。实验参数为：时间间隔3 min；实验时间8 h。
将香蕉、菠菜与保鲜系统用塑料袋封好，放入冰箱的冷藏室中，实验结束后，用PC机将RFID卡中数据读出并保存，部分实验数据如图7所示，可以看出温度在放入冰箱冷藏室后逐渐降低，最后降到70Ｃ，湿度开始在80%左右，随着温度的降低，湿度有所升高，最后保持在90%左右。实验结果表明：本系统的温湿传感器能正确采集数据，温湿度数据能正常写入RFID卡中，RFID卡中温湿数据读取正常。
实现了用于果蔬保鲜的RFID温湿度记录系统，介绍了系统的硬件结构和软件流程，并给出了实现的系统，以此实现了果蔬保鲜温湿度的记录。实验结果表明，系统运行良好，能够准确记录果蔬的温湿度参数，可以广泛地应用在果蔬保鲜系统中。
由于采摘后的果蔬仍然是活的有机生命体，不断进行新陈代谢，果蔬采后最重要的是保持贮藏运输链中果蔬品质，降低损失。温度、湿度是果蔬保鲜中重要的两个因素，它们之间互相作用，共同决定果蔬的品质。温度是影响果蔬呼吸强弱的重要因素。温度升高，则呼吸作用、蒸腾作用、乙烯的产生、后熟老化都会加快，大分子物质的水解使复简比值降低，水分、养分损耗加速、从而导致代谢失调和生理障碍，这些都将大大降低果蔬的耐储性和抗病性。湿度对于果蔬贮藏的影响，主要与果实失重与病害有关。湿度过低，果蔬失水皱缩；湿度过大，温度高时，极易腐烂，不同种类果蔬对环境湿度的要求不尽相同。因此，对果蔬在保鲜储运过程中的温度、湿度的实时采集和记录不仅可以为维持和改善果蔬储运的保鲜条件提供可靠依据，而且有助于提高果蔬保鲜物流管理的时效性和效率，对于果蔬的储运调配起着指导作用，对于提升果蔬保鲜水平，发展果蔬保鲜物流，大幅度减少经济损失，有着重要的意义。
射频识别技术(Radio Frequency Identification．RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。与早期的识别技术相比，RFID技术因其特有的非接触性以及可对多个目标物体同时识别的特性，得到了众多行业的青睐。现今，RFID 技术已经广泛应用于供应链管理、门禁安防、现代物流、矿山矿井跟踪、生产自动化、电子支付等领域，尤其在城市公共交通、停车场管理、铁路车号自动识别(ATIS)、高速公路电子收费(AVI)、港口集装箱通关和第二代公民身份证等方面的应用已经成熟，被看作是继互联网和移动通信两大技术大潮之后的又一次技术大潮。
本文提出了基于RFID 的温湿度保鲜记录系统，在果蔬储运保鲜中使用RFID卡记录果蔬在储运过程中所在环境的温湿度数据。
1 射频识别(RFID)系统
RFID系统通常由三部分组成，如图1所示，分别是RFID读写器、RFID卡及天线。其工作时，RFID读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当RFID卡进入该磁场时产生感应电流，同时利用此能量发送出自身编码等信息，读写器读取信息并解码后获得卡内数据；当写数据时，读写器通过发射特定频率的无线电波传送写指令信息和所写数据给RFID卡，RFID卡则按照指定的地址把数据写入卡中。
图1 RFID系统组成
Fig．1 RFID system composition
系统结构如图2所示，系统以单片机为核心，配以输入、输出、控制、传输等外围电路组成。
图2 系统结构
Fig．2 System structure diagram
系统的温度和湿度数据采集采用HSU-07A 模块，即相对湿度传感器与温度电路一体化的产品。HSU-07A 模块有四个引脚，按顺序分别是电源、湿度输出、地和温度输出，湿度输出量为模拟电压信号，温度通过热敏电阻测量。
2．2 主控制器与数据采集
系统主控制器采用的是ATMEL公司的单片机ATmega16，其内集成了8通道l0位的A／D 转换器。由HSU．07A温湿度模块、ATmegal6以及相关外围电路组成了温湿度测量系统，如图3所示，HSU．07A的引脚2为湿度输出，输出的模拟电压信号经过低通滤波后直接送人ATmegal6 的A／D 端VIPA1．HSU．07A的引脚4为温度输出，热敏电阻的分压值经过放大电路连接到PA2。
图3 传感器连接图
Fig．3 Sensors connecting diagram
RFID 读写器选用周立功公司的ZLG500模块，其主要功能是通过无线通信读取RFID卡(即标签)中环境参数数据的记录位置，通过同步串行接口(SPI)接收主控制器发出的写指令和温湿度数据，把数据写人到RFID卡内指定的位置上。RFID卡采用Philips Mifare S50，它是无源标签，工作频率为13．56MHz．该卡有8 Kbit存储容量，并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块。各扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。
系统的主控制器获得温度、湿度信息后，将处理后的温度、湿度信息通过SPI接口传送至RFID读写器。如图4所示，ATmegal6与RFID读写器的连接采用同步串行接口，主控制器为主方式，读写器为从方式。主控制器与读写器通信时，首先进行连接，连接后读出RFID卡中要写人数据的地址，然后将写入的温湿数据发送给读写器。
图4 RFID读写器连接图
Fig．4 RFID reader／writer connecting diagram
2．4 系统实现
实际系统如图5所示，由以ATmega16单片机为主构成的系统电路、HSU．07A 温湿度传感器、ZLG500 RFID读写器Philips Mifare S50 RFID卡构成。按照预设的时间间隔，HSU-07采集果蔬所处环境的温度和湿度，并通过RFID读写器写入RFID卡中。
图5系统实现
Fig．5 System implementation
系统软件采用C语言编程设计，软件流程图如图6所示，主控制器采用中断方式进行工作，每隔一定时间从传感器中读出数据，再通过同步串行接口(SPI)得到RFID 卡中写入数据的地址，然后将需要写入的温湿数据发送给读写器，写入RFID卡，最后进入低功耗状态。
图6 软件流程图
Fig．6 Software flowchart
为了验证本系统的实用性，选择香蕉和菠菜作为保鲜对象，用冰箱模拟保鲜实验环境，得到用本系统记录在低温环境下一段时间内的香蕉、菠菜的温湿度环境参数。实验参数为：时间间隔3 min；实验时间8 h。
将香蕉、菠菜与保鲜系统用塑料袋封好，放入冰箱的冷藏室中，实验结束后，用PC机将RFID卡中数据读出并保存，部分实验数据如图7所示，可以看出温度在放入冰箱冷藏室后逐渐降低，最后降到70Ｃ，湿度开始在80%左右，随着温度的降低，湿度有所升高，最后保持在90%左右。实验结果表明：本系统的温湿传感器能正确采集数据，温湿度数据能正常写入RFID卡中，RFID卡中温湿数据读取正常。
图7 保鲜实验数据
Fig．7 Fresh—keeping experiment data
实现了用于果蔬保鲜的RFID温湿度记录系统，介绍了系统的硬件结构和软件流程，并给出了实现的系统，以此实现了果蔬保鲜温湿度的记录。实验结果表明，系统运行良好，能够准确记录果蔬的温湿度参数，可以广泛地应用在果蔬保鲜系统中。
