专利名称：基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置及方法
技术领域：
本发明涉及电子信息领域，尤其涉及一种基于无线射频识别(RFID)技术的检测储运粮食水分含量的装置及方法。
背景技术：
粮食水分含量是粮食质量的关键指标，直接影响粮食的收购、运输、储藏、加工、贸易等过程。粮食中的水分按物理性质可分为结合水(结晶水)和游离水(自由水)。结合水是在粮粒生长过程中自然形成的，存在于粮食细胞内，与粮粒内亲水物质结合得很牢固，性质很稳定，结合水不參加导电；游离水是通过物理吸附作用凝聚在粮食内部的毛细管内和分子间隙中的水分，它具有普通水的导电性质，平时检测的水分指的是游离水。如果不加选择地购进和储藏粮食，必然会影响粮食的储藏周期，导致粮食过早发霉、变质、腐烂，因此、必须时刻在意粮食的水分含量。粮食收购站在收购粮食时，先要检测粮食的湿度，传统的检测法是采用样品烘干称重法，目前在国内粮食收购时，凭手摸牙咬或者传统检测方法来判断粮食的水分，存在测定结果极不可靠、检测时间长、浪费人力物力等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置和方法，以自动快速地检测粮食水分含量。为了达到上述目的，本发明提供了一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，包括读写器、有源电子标签、壳体、平面吸波材料、进料控制模块、平扫器具、测距器具和控制�？椋渲校龆列雌鳎渖习沧坝刑煜撸胨隹刂颇？榱樱⑹凳毕蛩隹刂颇？榉⑺托藕牛眯藕判瘞∷龆列雌魇欠衲芙邮盏降睦醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕诺男畔ⅲ凰銎矫嫖ú牧细阶庞谒隹翘迥诒冢凰龆列雌靼沧坝谒隹翘宓纳媳砻婺诓啵龆列雌鞯募负沃行挠胨隹翘宓纳媳砻嬖残闹睾希凰鲇性吹缱颖昵┪挥谒隹翘逑卤砻婺诓啵鲇性吹缱颖昵┑募负沃行挠胨隹翘宓南卤砻娴闹行闹睾希凰龆列雌鞯奶煜哒运鲇性吹缱颖昵凰鼋峡刂颇？椋胨隹刂颇？榱樱糜诳刂拼饬甘辰峡赜虢纤俣龋凰銎缴ㄆ骶撸糜诒３至甘潮砻妗⑺龆列雌鞯谋砻嬗胨鲇性吹缱颖昵┑谋砻嫫叫校凰霾饩嗥骶撸胨隹刂颇？榱樱凳辈饬克隹翘迥诹甘成媳砻嬗氲撞愕挠性吹缱颖昵┲涞木嗬耄⒔镁嗬肷洗了隹刂颇？椋�
所述控制模块，用于根据来自所述读写器的信号以及来自所述测距器具的距离，向所述进料控制�？榉⒊隹刂菩藕牛鼋峡刂颇？楦莞每刂菩藕哦刂平膝淼目匾约敖纤俣龋⑺隹刂颇？楦莞美醋远列雌鞯男藕判瘞〉男畔⒋印八龆列雌髂芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧庇搿八龆列雌鞑荒芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧敝浠セ皇钡木嗬耄约霸は却娲⒌男Ｗ蓟毓榍撸玫降鼻傲甘乘趾�。实施时，所述控制模块包括中间件和上位机，所述中间件和所述上位机相互连接;所述中间件分别与所述读写器和所述测距器具连接，用于处理来自所述读写器的信号和来自所述测距器具的距离，并将处理后的数据传送至所述上位机。实施时，所述壳体是由金属铝或铜围成密闭的筒状金属壳体；
所述平面吸波材料附着于所述壳体内壁，并围成倒置梯形筒状空间，用以吸收所述壳体内侧面反射的电磁波。实施时，所述读写器为2. 45GHz频段RFID读写器，所述有源电子标签是2. 45GHz频段RFID有源电子标签。本发明还提供了一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的方法，其上述装置，包括以下步骤步骤I :平扫器具保持壳体内粮层上表面呈水平状态；步骤2 :控制�？榭刂平峡刂瓶乜冀希徊街�3 :测距器具实时测量所述壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，读写器实时向控制�？榉⑺托藕牛眯藕判瘞∷龆列雌魇欠衲芙邮盏降睦醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕诺男畔ⅲ徊街�4:所述控制�？楦堇醋运龆列雌鞯男藕乓约袄醋运霾饩嗥骶叩木嗬耄蛩鼋峡刂颇？榉⒊隹刂菩藕牛鼋峡刂颇？楦莞每刂菩藕哦刂平膝淼目匾约敖纤俣龋⒌备眯藕判瘞〉男畔⒃凇八龆列雌髂芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧庇搿八龆列雌鞑荒芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧敝浠セ皇保虿街�5 ;步骤5 :所述控制�？楦莸鼻安饩嗥骶邷y量得到的壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，以及预先存储的校准回归曲线，得到当前粮食水分含量。实施时，步骤5包括以下步骤步骤51，控制�？楦莸鼻安饩嗥骶邷y量得到的壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，计算出当前粮层的介电常数し；步骤52，控制�？楦莸鼻傲覆憬榈绯Ｊ罚约霸は却娲⒌男Ｗ蓟毓榍撸玫降鼻傲覆愕乃趾�。实施时，所述读写器为2. 45GHz频段RFID读写器，所述有源电子标签是2. 45GHz频段RFID有源电子标签。与现有技术相比，本发明所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置和方法，应用电磁波在自由空间及粮层中传输的路径损耗差异原理，通过测试埋于粮层中的无线射频识别系统电子标签的可识别距离，推算出待测粮层的介电常数，继而快速得出粮食样本的水分含量。
图I是本发明所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置的一具体实施例的结构图；图2是本发明所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的方法的一具体实施例的流程图。
具体实施例方式近年来，由于传感器技术、计算机技术、超大規模集成电路技术和网络通信技术的发展，使得粮情检测技术在硬件、软件方面都有了一定的发展。为了快速、准确检测粮食水分，本发明提供了一种基于2. 45GHz频段无线射频识别技术(RFID)的粮食水分含量检测装 置及方法，保证测试精度的同时，操作简便，能够实时给出检测結果。目前，国际上常用的RFID 系统大多工作在 ISM(Industrial、Scientific and Medical)频段，2. 45GHz 频段常被用于短距离通信器件以及业余无线电爱好者频段，不用专门申请。该装置及方法不仅适用于粮食水分含量的检测，也可应用于面粉、土壌、木材等水分含量检测领域，通用性较强，可有效缩短了计周期，具有较强的实操性和明显的经济效益。本发明提供了一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置及方法。粮食中的水分含量越大，粮食的介电常数就越大，本发明通过测量粮食的介电常数，间接给出粮食中所含水分的多少，即水分含量。如图I所示，本发明提供了一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，包括读写器I、有源电子标签2、壳体3、平面吸波材料4、进料控制模块5、平扫器具6、测距器具7和控制�？椋隹刂颇？榘ㄏ嗷チ拥闹屑浼�8和上位机9，其中，所述读写器1，其上安装有天线，与所述控制�？榱樱⑹凳毕蛩隹刂颇？榉⑺托藕牛眯藕判瘞∷龆列雌魇欠衲芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕诺男畔ⅲ晃似帘瓮獠啃藕牛隹翘�3是由金属铝或铜围成密闭的筒状金属壳体；平面吸波材料4附着于所述壳体3内壁，并围成倒置梯形筒状空间，用以吸收所述壳体3内侧面反射的电磁波；所述读写器I安装于所述壳体3的上表面内侧，所述读写器I的几何中心与所述壳体3的上表面圆心重合；所述有源电子标签2位于所述壳体3下表面内侧，所述有源电子标签2的几何中心与所述壳体3的下表面的中心重合；所述壳体3下表面可与整体分离，作为检测完毕后的卸粮ロ ；所述壳体3的下表面与壳身通过磁珠等结构可密闭接触，整个壳体类似于小型电波暗箱结构；所述壳体3的上边面边缘开有小孔，作为进料ロ ；所述进料控制模块5，与所述上位机9连接，用于控制待测粮食进料开关与速度；所述平扫器具6，用于保持粮食表面、所述读写器I的表面与所述有源电子标签2的表面平行；
所述控制�？椋糜诟堇醋运龆列雌鱅的信号以及来自所述测距器具7的距离，向所述进料控制�？�5发出控制信号，所述进料控制模块5根据该控制信号而控制进料ロ的开关以及进料速度，并所述控制�？楦莞眯藕判瘞〉男畔⒋印八龆列雌髂芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧庇搿八龆列雌鞑荒芙邮盏降睦醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧敝浠セ皇钡木嗬耄约霸は却娲⒌男Ｗ蓟毓榍撸玫降鼻傲甘乘趾浚皇凳┦保霾饩嗥骶�7，与所述中间件8连接，測量所述壳体3内粮食上表面与底层的有源电子标签2之间的距离，并将该距离上传至所述中间件8 ；所述中间件8，与所述上位机9连接，用于接收所述读写器I与所述测距器具7上传的数据，并按后述实施实例数据处理方式，建立接收数据与路径损耗及介电常数间的相关关系，并将处理后的数据传送至所述上位机9 ;所述上位机9实时显示该处理后的数据并将其与后台数据库相关数据比较，并决策下步动作(包括进料口装置的启动和进料速度等)；
所述上位机9，用于根据来自所述读写器I的信号以及来自所述测距器具7的距离，向所述进料控制�？�5发出控制信号，所述进料控制�？�5根据该控制信号而控制进料ロ的开关以及进料速度，并所述上位机9根据该来自读写器的信号携帯的信息从“所述读写器能接收到来自所述有源电子标签的应答信号”与“所述读写器不能接收到来自所述有源电子标签的应答信号”之间互换时的距离，以及预先存储的校准回归曲线，得到当前粮食水分含量。实施时，本发明所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置利用无线射频识别系统通用的2. 45GHz作为粮食水分含量快速检测的频段，并且在测试前，需要根据不同的粮食种类，在不同的状态下建立校准回归曲线，这些校准回归曲线可以预先存入系统中，也可以由用户根据标准现场设定，在检测过程中，只需根据当前检测状态，由上位机9决策相关控制策略，并维护进料ロ及粮层状态，过程中除系统外无需外力介入，进料ロ开关及流速可自由控制，开始阶段，进料ロ速度较大，而当有源电子标签2可响应临界点时，进料ロ流速放慢。在实际操作时，电磁波介质空间衰减(Ls)为
(Ati /7)Ls = 20 Ig ——+ 201g<i( w) + 201g/(M//z)
、ノ= -27.56 + IOlgfr + 201g<i(/w) + 201g/(M/fe);其中，し为介质相对介电常数，c为光速(3X108米/秒)，d(m)为介质中读写器I和有源电子标签2的之间的垂直距离，f (MHz)为以MHz为单位的电磁波频率。那么，对于f = 2,450MHz的电磁波,在自由空间(e r = I)衰减r K ).
f47r /7)L0s = 20 Ig ——+ 20 Ig (/77) + 20 lg/(M//z)
Vノ= 20 Ig ——+ IOlgdl(^m) + 20\g2450
、c ノ
= 40.22 + 20^^(/77);其中，Cl1 (m)为自由空间中读写器I与有源电子标签2之间的垂直距离。而该频率的电磁波在粮食介质空间的衰减为
权利要求
1.一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，其特征在于，包括读写器、有源电子标签、壳体、平面吸波材料、进料控制�？�、平扫器具、测距器具和控制�？椋渲校� 所述读写器，其上安装有天线，与所述控制�？榱樱⑹凳毕蛩隹刂颇？榉⑺托藕牛眯藕判瘞∷龆列雌魇欠衲芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕诺男畔ⅲ� 所述平面吸波材料附着于所述壳体内壁； 所述读写器安装于所述壳体的上表面内侧，所述读写器的几何中心与所述壳体的上表面圆心重合； 所述有源电子标签位于所述壳体下表面内侧，所述有源电子标签的几何中心与所述壳体的下表面的中心重合； 所述读写器的天线正对所述有源电子标签； 所述进料控制模块，与所述控制�？榱樱糜诳刂拼饬甘辰峡赜虢纤俣龋� 所述平扫器具，用于保持粮食表面、所述读写器的表面与所述有源电子标签的表面平行； 所述测距器具，与所述控制�？榱樱凳辈饬克隹翘迥诹甘成媳砻嬗氲撞愕挠性吹缱颖昵┲涞木嗬耄⒔镁嗬肷洗了隹刂颇？椋� 所述控制�？椋糜诟堇醋运龆列雌鞯男藕乓约袄醋运霾饩嗥骶叩木嗬耄蛩鼋峡刂颇？榉⒊隹刂菩藕牛鼋峡刂颇？楦莞每刂菩藕哦刂平膝淼目匾约敖纤俣龋⑺隹刂颇？楦莞美醋远列雌鞯男藕判瘞〉男畔⒋印八龆列雌髂芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧庇搿八龆列雌鞑荒芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧敝浠セ皇钡木嗬耄约霸は却娲⒌男Ｗ蓟毓榍撸玫降鼻傲甘乘趾�。
2.如权利要求I所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，其特征在于， 所述控制�？榘ㄖ屑浼蜕衔换鲋屑浼退錾衔换嗷チ樱� 所述中间件分别与所述读写器和所述测距器具连接，用于处理来自所述读写器的信号和来自所述测距器具的距离，并将处理后的数据传送至所述上位机。
3.如权利要求I或2所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，其特征在干， 所述壳体是由金属铝或铜围成密闭的筒状金属壳体； 所述平面吸波材料附着于所述壳体内壁，并围成倒置梯形筒状空间，用以吸收所述壳体内侧面反射的电磁波。
4.如权利要求3所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的装置，其特征在于，所述读写器为2. 45GHz频段RFID读写器，所述有源电子标签是2. 45GHz频段RFID有源电子标签。
5.一种基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的方法，其基于如权利要求I所述的装置，其特征在于，包括以下步骤 步骤I :平扫器具保持壳体内粮层上表面呈水平状态；步骤2 :控制�？榭刂平峡刂瓶乜冀希� 步骤3 :测距器具实时测量所述壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，读写器实时向控制模块发送信号，该信号携帯所述读写器是否能接收到的来自所述有源电子标签的应答信号的信息； 步骤4 :所述控制模块根据来自所述读写器的信号以及来自所述测距器具的距离，向所述进料控制�？榉⒊隹刂菩藕牛鼋峡刂颇？楦莞每刂菩藕哦刂平膝淼目匾约敖纤俣龋⒌备美醋远列雌鞯男藕判瘞〉男畔⒃凇八龆列雌髂芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧庇搿八龆列雌鞑荒芙邮盏嚼醋运鲇性吹缱颖昵┑挠Υ鹦藕拧敝浠セ皇保虿街�5 ; 步骤5 :所述控制�？楦莸鼻安饩嗥骶邷y量得到的壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，以及预先存储的校准回归曲线，得到当前粮食水分含量。
6.根据权利要求5所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的方法，其特征在于，步骤5包括以下步骤 步骤51，控制�？楦莸鼻安饩嗥骶邷y量得到的壳体内粮食上表面与底层的有源电子标签之间的距离，计算出当前粮层的介电常数 步骤52，控制�？楦莸鼻傲覆憬榈绯Ｊ罚约霸は却娲⒌男Ｗ蓟毓榍撸玫降鼻傲覆愕乃趾�。
7.如权利要求6所述的基于无线射频识别技术的检测粮食水分含量的方法，其特征在于，所述读写器为2. 45GHz频段RFID读写器，所述有源电子标签是2. 45GHz频段RFID有源电子标签。
全文摘要
本发明公开一种基于无线射频识别技术的检测储运粮食水分含量的装置及方法，该装置包括读写器、有源电子标签、壳体、平面吸波材料、进料控制�？�、平扫器具、测距器具和控制�？椋桓梅椒ㄓτ玫绱挪ㄔ谧杂煽占浼傲覆阒写涞穆肪端鸷牟钜煸恚ü馐月裼诹覆阒械奈尴呱淦凳侗鹣低车缱颖昵┑目墒侗鹁嗬耄扑愠龃饬覆愕慕榈绯Ｊ潭焖俚贸隽甘逞镜乃趾浚桓米爸眉胺椒ū阌诖⒃肆盖榈募觳�。本发明测试过程简便快速，在保证测试精度的同时，具有经济效益。
文档编号G01N22/04GK102759535SQ201110106708
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者李其均, 汪柳平, 王宏伟, 王晓华 申请人:航天信息股份有限公司
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