【正文】 電子標(biāo)識由集成電路 (IC)和連接天線組成，天線通常為一組線圈。 讀寫器是讀寫電子標(biāo)識中數(shù)據(jù)的裝置，由 RF 模塊、控制電路、接口電 路以及天線等組成。 一套完整的 RFID 系統(tǒng)還包括系統(tǒng)中間件的研發(fā)，中間件是連接讀寫器和企業(yè)應(yīng)用程序的紐帶，是 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的核心。 在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過 Ether 或 WLAN 等實(shí)現(xiàn)對物體識別信息的采集、處 理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。對于 RFI 系統(tǒng)來講，標(biāo)簽是消耗品。而對于有源系 統(tǒng) 來講，標(biāo)簽成本更加昂貴，大多在 100 元以上。從信息量上足以用作標(biāo)記不同的奶牛， 該卡除具有其他 IC 卡相同的功能之外， 該卡是根據(jù) ISO14443 標(biāo)準(zhǔn)，可以確保數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定性，從而保證整個系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。 從設(shè)備的使用壽命來看，它利用無線電進(jìn)行通信，并且采用了封閉式包裝，可以防塵、防油污和粉塵甚至高放射性，具有較好的環(huán)境耐受性，適合工作在惡劣的環(huán)境條件下。沃爾瑪、麥德隆等大型超市已經(jīng)開始在采購和倉儲環(huán)節(jié)中應(yīng)用 RFID 技術(shù)，顯著降低了人力成本、降低商品庫存、加快商品流通。 RFID 技術(shù)還可以用于制造業(yè)的過程管理， RFID 技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)過程的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行質(zhì)量追蹤，實(shí)現(xiàn)自動化和個性化生產(chǎn)等，在貴重和精密物品生產(chǎn)管理過程中應(yīng)用更為重要。 PIC 單片機(jī)控制模塊 的功能是實(shí)現(xiàn)自動喂料的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)讀到電子標(biāo)簽的編碼，將信息采集通過串口傳送到 PIC， PIC 進(jìn)行查表操作，讀出編碼對應(yīng)的 奶牛的性別、年齡、牛 的編 號等信息，并且得出預(yù)先設(shè)定好的投放料量，從而可以得到負(fù)責(zé)飼料投放的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)動的步數(shù) ； 顯示與人工設(shè)定模塊則是實(shí)時顯示牛的編號以及牛的飼料量?？傮w方案經(jīng)過反復(fù)推敲，確定了以 PIC 系列單片機(jī)為控制系統(tǒng)的核心，并選擇低功耗和低成本的 EEPROM、射 頻芯片等元 件。對于提高我國 奶場管理水平 ，促進(jìn)我國 牛場 產(chǎn)業(yè)化升級建設(shè)創(chuàng)造了必要條件。南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 12 4 ACFCS 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 元件選擇 在硬件系統(tǒng)組成確定后，就需要考慮具體的元件選擇了。也有利于電路設(shè)計(jì)簡明易懂，便于理解。成本低，有利于降低整個產(chǎn)品的研發(fā)成本，便于爭奪市場成分。但 51 系列單片機(jī)指令系統(tǒng)中， 2～ 3字節(jié)指令特別多。 根據(jù)系統(tǒng)功能需求和成本的綜合考慮，采用 PIC16F873 這一款單片機(jī)作為 CPU，它具有 PIC 系列單片機(jī)的幾乎全部優(yōu)點(diǎn)，并且 28 個引腳數(shù) 使得它方 便實(shí)用， 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。這里所說的“哈佛結(jié)構(gòu)”就是，在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 13 離，并且采用不同的寬度，如圖 所示。在此所說的“字節(jié)”，特指 PIC 單片機(jī)的指令字節(jié)，而不是常說的8比特字節(jié)。 PIC 系列單片機(jī)只有 4種尋址方式（即寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址），容易掌握，而 MCS51 單片機(jī)則為 7種尋址方式。 (8)驅(qū)動能力強(qiáng)： I/O 端口驅(qū)動負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個 I/O 引腳吸入和輸出電流的最大值可分別達(dá)到 25mA 和 20mA，能夠直接驅(qū)動發(fā)光二極管 LED、光電耦合器或者微型繼電器等。 串口 EEPROM 的選擇 在系統(tǒng)的外部設(shè)備中，要選擇一種性能優(yōu)越、符合實(shí)驗(yàn)要求的 EEPROM 來用以存儲牛場中所有奶牛的信息，包括每頭牛的性別、年齡、料量和放料電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動的脈沖數(shù)。通過比較， 我們選用鍵盤 /顯示器專用芯片 HD7279A，這是一款串行控制芯片，能同時驅(qū)動 8 位共陰極 LED 數(shù)碼管和 64 鍵的鍵盤 (8*8 鍵盤矩陣 )，采用動態(tài)循環(huán)掃描。當(dāng)片選信號變?yōu)榈碗娖胶螅?DATA 引腳上的數(shù)據(jù)在 CLK 的上升沿被寫入 HD7279A 的南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 17 緩存寄存 器內(nèi)。鍵盤的設(shè)置主要為了實(shí)現(xiàn)三種功能，第一種就是料量修改功能：當(dāng)奶牛由于年齡的增長，之前設(shè)置的料量已經(jīng)和現(xiàn)時所需要的料量不符合時，工人可以按下料量修改鍵，重新設(shè)置所需的量，完畢后按下確認(rèn)鍵，在按鍵修改的同時數(shù)值會在右側(cè)的數(shù)碼管 一一 顯示；第二種就是手動放料功能：當(dāng)由于各種故障，使得系統(tǒng)沒有能夠識別奶牛的信息，進(jìn)而不能驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行下料時，工人可以按下手動放料鍵，然后輸入數(shù)據(jù)并按下確定鍵，就可以臨時性地驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行動作，放出相應(yīng)的草料，同時料量也會通過右側(cè)的數(shù)碼管同步顯示；第三種就是校準(zhǔn)功能，當(dāng)奶牛的飼料品種更換時，電機(jī)轉(zhuǎn)動同樣步數(shù)所出的料量就有可能就會和上一批飼料的料量不同，出現(xiàn)偏高或者偏低的現(xiàn)象，所以工人在初次更換草料時就要對它進(jìn)行校準(zhǔn)，原本標(biāo)準(zhǔn)單位重量的草料對應(yīng)相應(yīng)脈沖數(shù)，如果新更換的草料通過電子秤稱重之后顯示少于標(biāo)準(zhǔn)單位重量，就要 增加相應(yīng)的脈沖數(shù)，反之則應(yīng)該減少，到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)重量即為校準(zhǔn)完成，按下確定鍵就將標(biāo)準(zhǔn)單位重量的草料所對應(yīng)的新的脈沖數(shù)存入到 E2PROM 中，并且在校準(zhǔn)的同時會通過右側(cè)的數(shù)碼管 將 對應(yīng)的脈沖值 顯示出來 ，方便工人查看。 該模塊是自動放料系統(tǒng)的核心，將各個模塊有機(jī)的串聯(lián)起來，起到了橋梁作用，并充分發(fā)揮了 PIC 單片機(jī)強(qiáng)大的控制與優(yōu)越的人性化性能。通常當(dāng)使用外部功能時，這個引腳不 可以作為 正常的 I/O 口使用。 A1口接 E2PROM 的 SDA， SDA 變成高電平 AT24C64 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。盡管它是開環(huán)控制系統(tǒng)，會存在失步和振蕩 現(xiàn)象，但對于奶牛自動放料系統(tǒng)來講，這些都是在其誤差允許范圍內(nèi)的。步進(jìn)電機(jī)都有低頻振蕩的特點(diǎn)，細(xì)分驅(qū)動器能很好的改善這一缺點(diǎn)。選擇步進(jìn)電機(jī)大致分為以下幾種步驟： a. 計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩 假設(shè)系統(tǒng)力學(xué)模型如圖所示： 已知條件： 所用絲桿為滾珠螺桿，直徑 D=20mm,長度 L=1m，負(fù)載 P=50KG,Z1,Z2 為傳動齒輪，Z1分度圓直徑為 d1=210mm,Z2 分度圓直徑為 d2=70mm,寬度為 2cm； u=. 由此可計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩如下： T= = 50 20/2/1000 = 1. 計(jì)算傳動構(gòu)件的 轉(zhuǎn)動慣量 滾珠螺桿傳動慣量： I0= l = 7800 1 = 同理可以求得 Z1 和 Z2的轉(zhuǎn)動慣量 I1= I2= 2. 計(jì)算傳動比 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 21 I21=d1/d2= 3 3. 計(jì)算電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩 Tm=T/I21+(I0+I1)ψ /I21+I2 ψ =+(+) 314/3+ 314 =++ = 考慮到 其他因素，將其乘以一個系數(shù)，此系數(shù)請以實(shí)際情況酌情選擇。 它應(yīng)用了新型的雙極性恒流斬波技術(shù)，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 22 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 PIC 單片機(jī) 圖 電機(jī)驅(qū)動原理圖 RB0 RB2 A CP A B DIR B 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 23 5 ACFCS 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 上一章介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，本章將介紹各個功能模塊的軟件設(shè)計(jì)。 主要實(shí)現(xiàn)的功能就是對放料電機(jī)的控制， LED 數(shù)碼管的顯示，對料量等參數(shù)的修改，對電機(jī)控制脈沖數(shù)的校準(zhǔn)以及對出現(xiàn)讀卡失敗等情況時實(shí)現(xiàn)手動供給的保障。在進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā)時，本課題使用 PICMATE20xx 軟件來編寫、調(diào)試、編譯程序。 RS232 串行通信 通信協(xié)議 射頻卡（ RFID）開發(fā)板采用 RS232 串口與 PIC 單片機(jī)進(jìn)行通信，為了能正常的進(jìn)行通信，必須建立起一種互相遵循的通信協(xié)議。 c) 從包頭 到 包尾之間數(shù)據(jù)，不包括包頭和包尾，若出現(xiàn) 0X02,在之前補(bǔ)0X10,且長度直接不包括填補(bǔ)值 0X1O。 f) 命令號：一個字節(jié)的命令名，具體參見通訊命令表。 2） 應(yīng)答格式（ RFID→單片機(jī)） 包頭 長度字節(jié) 狀態(tài)字節(jié) 數(shù)據(jù)內(nèi)容 校驗(yàn)字節(jié) 包尾 格式說明 0X02 包長度 0X00:成功 0XFF:失敗 n 字節(jié)的內(nèi)容 包校驗(yàn) 0X03 字節(jié)數(shù) 1 1 1 n 1 1 表 a) 異步半雙工， 1 位起始位 +8 位數(shù)據(jù)位 +1 位停止位 。 e) 長度字節(jié)：從長度字節(jié)本身到校驗(yàn)字節(jié)（包括校驗(yàn)字節(jié)）的字節(jié)數(shù)量。 0X00 為命令執(zhí)行成功， 0XFF 為命令執(zhí)行失敗。 串行通信程序設(shè)計(jì) 使用查詢方式完成簡易 的 RS232 通信程序，程序流程圖如圖 所示。該設(shè)計(jì) 將 分為 2 個步驟來進(jìn)行。原理如下：令變量 v 代表速度，平均送出的脈沖數(shù)；變量 ACC 為 8 位的累加器，在每一個 1ms的 LOOPTIME 累加速度 v， ACC= ACC + v MAINLINE 調(diào)用 UART_INIT 子程序 調(diào)用 GET_DATA 子程序 調(diào)用 SEND_DATA 子程序 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 27 若進(jìn)位 C=1,則輸 出 RC=1。 2） 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器與 PIC16F873 單片機(jī)的接口 。 基于射頻識別技術(shù)的奶牛自動放料系統(tǒng)，使得 喂料 系統(tǒng)自動化程度有了很大提升，特別適用于大中型的奶牛場，這對于我國的牛奶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 至關(guān)重要。 本文 提出的奶牛 自動飼喂控制系統(tǒng)硬件電路簡單、控制靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)， 但 在實(shí)際應(yīng)用中 也存在需要改進(jìn)的地方。 在某種意義來講，我們才踏上征程，新的生活將要開始。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師 陸榮鑑 老師 ，他 給我莫大的幫助。 最后，對所有關(guān)心、指導(dǎo)、支持、鼓勵和幫助我的人表示深深的感謝和敬意！ 編者 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 31 參考文獻(xiàn) [1] 王有緒． PIC 系列單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出 版社， 1999 [2] 竇振中． PIC 系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)例．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1999 [3] 竇振中． PIC 系列單片機(jī)原理和程序設(shè)計(jì)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1999 [4] 李學(xué)海． PIC 系列單片機(jī)實(shí)用教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1999 [5] 王道憲． PIC 系列單片機(jī)原理、應(yīng)用與開發(fā)．北京：國防工業(yè)出版社， 20xx [6] 竇振中．單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 [7] 李學(xué)海． PIC 系列單片實(shí)用教程．北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20xx [8] 高 鵬． Protel99 入門與提高．北京：人民郵電出版社編， 20xx [9] 孫承滿、韓廣興 . 復(fù)印機(jī)實(shí)用維修技術(shù) (M). 北京 :中國電力出版社， [9] 侯朝楨，侯任達(dá) .單片機(jī)對靜電復(fù)印機(jī)綜合控制的研究 (J). 北京 : 北京理工大學(xué)學(xué)報， 13卷第 3 期 [10] 李平 . 多功能數(shù)字式復(fù)印機(jī)的研制 (J). 北京 :機(jī)電工程技術(shù) ,20xx 年第 33 卷第 1 期 [11] Konica Business Technologies. Inc. Konica Workgroup Document system Konica 7045 .20xx [12] Konica Business Technologies. Inc. Konica 7045， Main body [13] Konica Business Technologies. Inc. Konica 7045 Operation Unit. [14] Microchip． PIC16F87X Data Sheet． 1999 [15] Microchip． MPLAB IDE Simulator Editor User’s [16] Microchip． Microchip Technical Library CD－ [17] [18] Peat man John with PIC Microcontrollers 南京林業(yè)大學(xué) 20xx 年畢業(yè)論文 32 附錄 控制系統(tǒng)的程序清單 INCLUDE ************************************************ ************************************************ ORG 0X00 NOP GOTO MAINLINE ORG 0X04 GOTO $ ************************************************ 主程序 MAINLINE CALL UART_INIT MAINLOOP CALL GET_DATA CALL