基于Linux的养猪场专用RFID读写器及多功能标签开发

摘要

近年来各地动物疫情频繁发生，使得广大人民群众面临着越来越严重的食品安全威胁。因其无需接触的、安全快速、自动识别的优点，RFID技术来被国际各公司和科研机构广泛应用于动物的追踪识别以及食品安全管理上。在我国，猪肉制品存在安全问题的新闻报道的时常发生，能够吃上“绿色”猪肉是人民群众的热切期望，建设全方位的食品安全监控系统刻不容缓。而近几年被广泛应用的2.4GHz RFID技术识别距离远、并能够同时读取多个高速移动的标签上的信息，在实际应用中更加高效快捷。采用该技术建立一个全方位高效率的管理系统，对于猪肉的安全监控以及养猪场的信息化管理水平的提高具有重要的意义。本论文为解决以上问题，开发设计了基于Linux的养猪场专用RFID读写器以及多功能标签。
　　论文首先介绍了RFID技术在国内外的应用现状以及发展趋势，通过实际教研考察的方式最终制定了系统的总体规划，确定采用ARM9处理器作为处理控制单元，并在其上移植Linux操作系统，同时确定读写器采用3G模块以及GPS定位模块，作为数据的传输途径并对信息发送位置进行定位。
　　本系统的硬件设计中采用S3C2440作为MCU，射频收发模块选用支持2.4GHz的nRF24L01+芯片，3G模块采用中兴公司生产的AD3812模块，GPS通讯模块则选用环天公司生产的ET-312芯片，而标签的MCU采用是MSP430单片机，用PHILIPS公司生产的LM75A数字式温度传感器来采集温度信息，最终完成了读写器和标签的电路原理设计。
　　为提高系统的性能和方便系统的二次开发，在S3C2440上成功移植了嵌入式Linux操作系统。在论文中对Linux的体系结构做了较为深入的研究，详细介绍了内核的四大子系统及其工作原理，即内存管理、进程管理、虚拟文件以及网络系统。在此基础上完成了基于S3C2440处理器的嵌入式Linux系统的移植:详细介绍交叉编译环境的安装bootloader的启动流程以及u-boot的详细移植步骤;对Linux内核的启动流程进行了分析，完成了内核的配置编译;在详细介绍了ramdisk根文件系统的制作步骤后，完成了根文件系统的制作。介绍了Linux module模块的安装卸载以及驱动开发过程中需要注意的问题，并对Linux驱动的开发以及工作原理作了重点介绍。最后以nRF24L01+芯片为实例，介绍了2.4GHz射频收发的部分相关协议，对射频数据的收发过程作了详细的叙述，完成了该模块的软件设计。
　　在论文的最终章节对所做的工作进行了总结和展望，对于设计中的缺陷以及技术的不足做出说明，对下一步的工作内容和工作的方向作出规划。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的组织结构

1．4 本章小结

第二章 养猪场专用RFID读写器总体规划

2．1 需求分析

2．1．1 养殖环节

2．1．2 屠宰及加工环节

2．1．3 仓储环节

2．1．4 物流控制环节

2．2 RFD读写器总体规划

2．3 本章小结

第三章 养猪场专用RFID读写器硬件设计

3．1 读写器硬件总体设计

3．2 主控模块设计

3．2．1 嵌入式处理器简介

3．2．2 主处理器电路设计

3．3 存储模块设计

3．3．1 SDRAM电路设计

3．3．2 NandFlash电路设计

3．3 射频模块设计

3．4 通讯模块设计

3．4．1 GPS模块电路设计

3．4．2 3G模块电路设计

3．4．3 以太网模块电路设计

3．4 外围接口模块设计

3．5 2．4GHz多功能RFID标签设计

3．5．1 标签主控模块设计

3．5．2 温度采集模块设计

3．5．3 射频模块设计

3．5．4 其他模块设计

3．6 本章小结

第四章 Linux系统移植以及软件设计

4．1 Linux系统简介

4．2 Linux内核简介

4．2．1 Linux内存管理子系统

4．2．2 Linux进程管理子系统

4．2．3 Linux虚拟文件子系统

4．2．4 Linux网络子系统

4．3 Linux系统移植

4．3．1 移植开发环境搭建

4．3．2 Bootloader移植

4．3．3 Linux内核配置与编译

4．3．4 根文件系统制作

4．4 软件系统设计

4．4．1 Linux驱动程序设计

4．4．2 nRF24L01+程序设计

4．5 本章小结

第五章 结束语

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢