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基于 STM32 和 RFID 的電子牲畜地磅設計

時間:2017-04-12 04:40:23   點擊數(shù):

基于 STM32  RFID 的電子牲畜地磅設計

 

牲畜在生長過程中體重數(shù)據(jù)的測定是養(yǎng)殖場養(yǎng)殖過程中重要的環(huán)節(jié)同時又是現(xiàn)場養(yǎng)殖人員苦惱的環(huán)節(jié) 傳統(tǒng)用磅秤對牲畜進行簡單測量這種人工方式測量準確度很難實際反映牲畜實際的生長速度飼料利用率等性能指標更無法對牲畜生長狀況進行有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 為滿足牲畜養(yǎng)殖高度智能化和自動化的需求以及牲畜養(yǎng)殖物聯(lián)網技術的應用設計了一種基于 STM32  RFID 的電子牲畜地磅 地磅可以實現(xiàn)生豬的自動稱重電子標簽識別和稱重信息的自動上傳

1.系統(tǒng)總體架構

 

本文設計的電子牲畜秤又可稱為體重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 為多套固定設備分別安裝于多個牲篷入口處每個入口處只容許單只牲畜通過 當牲畜通過此通道RFID Radio Frequency I-dentification讀寫器識別牲畜身上的卡號 地磅上的壓力測重傳感器對獲取的數(shù)據(jù)進行濾波 便可獲取到該牲畜當次的體重數(shù)據(jù)最后通過 STM32 的串口將獲取的數(shù)據(jù)以一定的幀格式上傳至應用服務器保存 系統(tǒng)設備布置如圖 1 所示

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系統(tǒng)主要功能模塊構成處理器平臺RFID 識別設備測重傳感設備 系統(tǒng)總體架構圖如圖 2所示 各模塊功能介紹如下

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11 處理器平臺

采用 STM32F103 系列單片機作為本系統(tǒng)的主控制器 豐富的片內資源外圍接口低功耗高性能等特點完全滿足系統(tǒng)的需求

12 RFID 讀寫設備

RFID 技術作為構建物聯(lián)網的關鍵技術近年來受到人們的關注它是一種無線通信技術可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù) 而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸 本文采用中電海康 HIKFR528 設備其具有良好的多標簽處理能力以及抗干擾性能采用 920MHz 超高頻工作模式

 

13 測重傳感設備

 

測重傳感設備由四個 100kg 壓力傳感器組成分別布置于秤板的四個角每個傳感器經 HX711 高精度 A  D 轉換器芯片組成可承重 400kg 的測重設備 如圖 3 所示

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2.系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件主要以微控制器為中心 由電源電路為控制器和 RFID 讀寫設備分別提供 5V  12V 直流電源 壓力傳感器則通過 HX711一款專為高精度電子秤而設計的 24 A  D 轉換器芯片 數(shù)據(jù)輸出部分則由單片機的串口經PL2303 轉換為 USB 接口 與服務器進行數(shù)據(jù)通信 各模塊電路已技術成熟得到廣泛應用此處不再詳細闡述 系統(tǒng)硬件如圖 4 所示

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3.系統(tǒng)軟件關鍵部分的設計與實現(xiàn)

31 RFID 防碰撞處理

1問題描述 該問題包含兩部分根據(jù) RFID 射頻技術的工

作原理可知當一個有效標簽進入讀寫器的識別區(qū)則讀寫設備

就實時的獲取到標簽攜帶的標識信息這也意味著不斷的有消息

重復被識別根據(jù)圖 1 系統(tǒng)設備布置圖可知存在多頭牲畜位于同一 RFID 讀寫器識別有效范圍引起不同卡號數(shù)據(jù)沖突問題

 

2算法實現(xiàn) 仔細分析本系統(tǒng)的需求就可以知道對于一臺的 RFID 設備在一個時間段內對單張標簽只需獲取到一次有效的標簽信息即可而由于 RFID 具備卡距離讀寫器越近在有效識讀區(qū)域時間越長 讀卡器獲取該標簽信息的頻率越高的特點如圖 1  ABCD 四處位于 B 處的讀寫器獲取卡號頻率為 BCDA可判斷此處 B 卡才是有效卡號

 

綜合以上兩點系統(tǒng)定義一個結構體包含卡號觸發(fā)時刻觸發(fā)次數(shù)三個變量 以此為數(shù)據(jù)節(jié)點建立一個消息緩存鏈表

 

每當捕獲一條新的 RFID 觸發(fā)信息 則根據(jù)此卡號從鏈表頭開始查找同卡號的節(jié)點若鏈表中無此卡號則直接將此條信息插入鏈表頭部若在鏈表中找到此卡號再根據(jù)鏈表中記錄的此卡號捕獲時刻與當前捕獲時刻進行對比 若當前時刻距離上一次捕獲時刻相隔大于一個有效的間隔時間 t則刪除原鏈表節(jié)點后續(xù)部分將此新的節(jié)點插入鏈表頭部若相隔時間小于一個有效的時間間隔 t 則增加該卡號的計數(shù)變量RFID 過濾流程圖如圖 5 所示

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32 RFID 防碰撞處理

 

1問題描述 體重數(shù)據(jù)的測量看似簡單然而對于一只體形大愛亂動的牲畜來說無法輕易獲取一個穩(wěn)定的有效值 活體牲畜在稱重設備上采集的體重數(shù)據(jù)會劇烈震蕩

 

2算法實現(xiàn) 要想獲取獲取一個十分精準的體重數(shù)值確為難事 但經過一定的濾波算法來獲取一個較接近于真值的穩(wěn)定值確實可以辦到的 稱重數(shù)據(jù)修正算法示意圖如圖 6 所示

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從圖 6 可知雖然體重數(shù)據(jù)會存在劇烈波動但是波動范圍卻大部分位于其峰值線之間只要能夠將這個區(qū)間進一步縮小所需的數(shù)據(jù)也就進一步精準了 本系統(tǒng)的體重數(shù)據(jù)修正算法描述如下

 

每當系統(tǒng)采集到一個體重數(shù)據(jù) 則記錄體重和漲跌趨勢兩個參數(shù)每當體重參數(shù)到達一個波峰或波谷出現(xiàn)拐點則將此時的體重值和峰谷狀態(tài)作為一個鏈表節(jié)點 存入體重數(shù)據(jù)緩存鏈表依次原則記錄整個采集過程中的所有數(shù)據(jù)

 

當一個采集過程完成系統(tǒng)濾除緩存鏈表中頭尾各 20的體重數(shù)據(jù)節(jié)點此時根據(jù)緩存鏈表中的數(shù)據(jù)分別求出各個峰谷數(shù)據(jù)的中值其有效數(shù)據(jù)波動范圍 L1L2 范圍已縮小系統(tǒng)再對所求中值進行算數(shù)平均該值作為本次采集最終有效數(shù)據(jù) 系統(tǒng)工作流程圖如圖 7 所示

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4.結束語

 

設計以 STM32 為核, 結合物聯(lián)網的相應概念 采用了 RFID 電子標簽身份識別技術結合閾值濾  終止濾波  均值濾波等  7 體重數(shù)據(jù)修正算法流程圖算法來獲取一個最終數(shù)據(jù) 它的需求量和潛在市場很大涉及傻瓜除了材質工藝等需改善外仍需根據(jù)實際牲畜質量等設計不同用戶需求的產品拓寬計量生物的范圍

 

 


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