基于嵌入式RFID标签的小型农用机械信息化管理流程

盐城工业职业技术学院 王赞森

前言

随着我国制造业的不断发展， 农业机械尤其是小型农业机械的价格不断降低，专业化程度越来越高，不管是小规模的个人农户还是大型农场都会购置大量的农业机械。一个大型农场，采购的小型农业机械可能多达几百上千件，传统的人工管理方式不仅费时费力，而且无法协调农忙时机械的使用。如何对小型农业机械进行科学管理是每个农场面临的主要问题， 本文借鉴了城市公共自行车的管理方式 ，为小型农业机械挂上身份牌 ，设计了一套信息化的管理流程。

1 基于身份牌的物品信息化管理过程

当物品被打上身份牌之后，物品就会拥有一个唯一的ID，用户向管理员申请使用该物品时，就会形成一个用户——物品之间的对应关系 ，这个对应关系记录在信息系统中就会形成一条使用记录，即包括物品ID、使用者、借用时间、归还时间等。 将这种管理过程应用在小型农用机械上， 既实现了小型农用机械的防丢失管理， 又便于统计小型农用机械的使用情况 ， 为后期采购、维保等提供数据支撑。

信息化管理需要每个物品拥有一个唯一的ID，农场购买的各种小型农业机械来自不同的厂商，无法做到由厂家直接增加身份标识，只能由购买者自行添加。因为小型农业机械的外观千差万别 ，无法统一定制身份标识 ，而在机械表面喷印二维码 、编号的方式又容易磨损失真，所以本文采用金属制作身份标识并焊接到农机设备上，既防丢失又防磨损。在金属标识中嵌入农机设备的编号，使该金属标志成为了可统一管理的身份牌。

2 基于无源RFID标签的小型农用机械身份牌设计

无线射频识别即射频识别技术 （RadioFrequencyIdentification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。无源RFID即无源电子标签，它通过天线捕获读写器发送的无线电波获取能量，将自己内存中的数字编码发送回读写器 ， 这个编码就是无源RFID标签的ID。利用无源RFID标签的特点，可以设计一个小型农用机械身份牌，以便于快速识别小型农业机械。

小型农业机械身份牌的设计借鉴了城市共享自行车身份牌的设计，其使用金属外壳，内部填充硅胶，嵌入无源RFID标签，并开了一个锁孔，如图1所示。

图1小型农用机械身份牌正视图

小型农用机械身份牌的外壳是金属的，可以焊接在任何农用机械上，以小型伐木电锯为例，身份牌焊接后如图2所示，身份牌内的RFID芯片使小型伐木电锯拥有一个独一无二的ID，身份牌上的锁孔便于电子锁将伐木电锯锁住，防止非法使用。

图2身份牌与小型伐木电锯焊接示意图

金属中嵌入RFID芯片容易导致射频信号被屏蔽，为了能够让外置的射频设备准确读取RFID芯片，本文设计的小型农业机械身份牌采用了导电引脚将信号与身份牌表面的金属板相连，如图3所示，身份牌共分为三层：前基板层、硅胶层、后基板层，前后基板均是金属材料，硅胶层中嵌入一块无源RFID芯片，芯片与前后基板通过导电引脚相连，基板接收到外置射频设备的信号后通过导电引脚将信号传递至RFID芯片，从而在最大程度上规避了金属基板对射频信号的屏蔽，确保读数的准确率。

图3小型农业机械俯视图

3 小型农用机械信息化管理流程

小型农业机械存放在农场中的各个仓库中，每个仓库都有若干存放桩，每个存放桩均配有RFID读写器和电子锁，电子锁锁住小型农用机械的身份牌，存放桩可以使用有线或者无线的方式与后台系统相连。使用者可以使用身份证、工号牌、手机等方式在存放桩处进行登记，登记成功后电子锁打开，使用者可以取用对应的小型农用机械，后台系统也会记录下使用者登记时间，直至使用者归还，归还农机时，存放桩的RFID读写器会识别归还的农机是否是使用者借出的，并调用电子锁锁住农机的身份牌。信息化管理流程中不需要管理员参与，管理员只需要定期查看后台系统中的农机使用记录，定期对农机进行维护即可。

农机信息化管理流程可以细分为五个管理场景：农机新增、农机取用、农机归还、农机报废与维修、农机调度。

农机新增：新购置农机后，使用RFID读写器向农机身份牌中写入编码，并将该农机的编码、购置时间、型号、价格、照片、参数等信息录入后台系统数据库中。

农机借用：农场中的每个使用者都有一定的农机使用额度，比如某种类型的农机设备同一时间最多可借用的数量，如果（额度 - 前期已借用数量）＞= 当前借用数量，则可以直接提起借用申请，否则只能通过预约的方式向管理员说明情况，管理员审核通过后才可发起借用申请。同样，借用申请也需要管理员的审批，管理员需要根据农场当前的工作情况和未来的工作进行评估，通过后使用者才可借用农机，具体的步骤如下所示：

①登陆 ，使用者可以使用身份证 、工号牌 、手机扫码等方式进行登陆；②身份验证，如果验证通过进入步骤③，否则退出；③判断需使用的农机数量是否在使用者额度内，如果在额度内进入步骤④，否则进入步骤⑥重新预约；④提出借用申请，包括数量、申请时间 、使用时间等 ；⑤审核借用申请 ，如果通过进入步骤，否则进入步骤⑥重新预约；⑥预约登记，使用者填写自己的预约申请，包括预期使用的农机类型、数量、使用时间、使用时长等信息，便于管理员进行调度安排；⑦预约审核，管理员根据农场的实际情况进行审核，如果通过就进入步骤④，否则进入步骤⑧联系管理员；⑧联系管理员；⑨电子锁打开，使用者取走农机。如图4所示。

因为农机的使用时间较长 ，一旦借用后 ，分布在农场各个地方，临时调度难度较大，所以农机取用的过程采用了预约审核与借用审核双审核的方案 ，一个审核农机数量 ，另一个审核农机使用时间 ，从而给予管理员充足的时间进行全局调度，以应对突发情况。

图4农机借用流程图

农机归还：使用者可以选择任意的农机存放桩归还农机，存放桩上的读写器读取到农机身份牌里的编码，与后台数据库中的编码比对，如果一致则归还成功，电子锁锁住身份牌，同时该使用者可借用的数量增加。农机报废与维修：使用者发现农机出现故障后，可在归还时上报，管理员可以在维修之前暂时锁住农机，防止二次借出；农机达到使用年限或者发生重大故障时，可以由管理员进行报废，清除掉数据库中的信息。农机调度：管理员可以根据数据库中的使用记录，结合农场近期工作安排，综合调度，合理安排每个使用者借用的农机数量和时间，以达到效益最大化。

4 总结

针对小型农业机械外观千差万别、数量众多的特点，为了提高小型农业机械管理信息化程度，使用无源RFID嵌入金属的办法制作坚固、耐磨的农机身份牌，实现统一管理，既可以防止农机丢失，又实现了自动化管理，解放了管理员，还能够提供历史使用数据进行合理调度，进而也提高了农场作业效率。