一种基于物联网RFID技术的印刷生产监控系统

一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统
技术领域
1.本发明属于物联网技术领域，涉及一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统。


背景技术：

2.随着智能化技术和信息化技术的发展，推进企业智能化改造、加快产业转型升级已成为国内外企业一项重要的任务，开展智能信息化生产装备的研究势在必行；同时，中国的传统制造业面临的转型是必然的，需要加速实现传统制造业的工业化和信息化程度。
3.当前印刷包装行业中，存在许多自动化程度较低的中小企业，印刷业作为我们国民经济的重要组成成分，起着举足轻重的作用，随着人工成本和原料成本的不断增加，迫切需要一种高效的生产管理系统来提高企业的生产管理效率，降低企业成本。
4.当前时代背景下，物联网技术得到了迅速发展，rfid(radio frequencyidentification射频识别)成为了新一代信息技术的重要基础，并被广泛的应用在生产制造领域。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统，通过对印刷包装生产全流程的监控和信息数据采集，实现了对印刷包装生产过程的控制和优化。
6.本发明所采用的技术方案是，一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统，设置于印刷生产线上，包括自动贴标装置、rfid读写装置、rfid 读写通信系统、计算机终端；
7.自动贴标装置用于通过卷积神经网络算法对印刷物料进行图像分类识别，根据识别结果张贴印刷物料的信息标签，自动贴标装置包括机械臂，机械臂根据印刷物料的识别结果对相应的物料张贴信息标签，信息标签包括物料原始信息和生产信息；
8.rfid读写装置设置有多个，多个rfid读写装置依次位于印刷生产线的各个工位和仓库，用于实时读取信息标签上的信息，并向信息标签写入该工位物料信息和时间信息，rfid读写装置包括连接在一起的微处理器和驱动模块；
9.rfid读写通信系统通过usart串行通信设备进行rfid读写装置与计算机终端之间的数据传输，计算机终端通过usart串口发送指令传递至 rfid读写装置的微处理器，rfid读写装置的微处理器通过usart串口将读取的信息传输到计算机终端，实现了两者之间的信息数据交换；
10.计算机终端用于接收rfid读写装置所读取的信息标签的信息，并根据信息标签的信息建立数据库，同时还用于向rfid读写装置发送需要写入信息标签的信息。
11.本发明的特点还在于，
12.机械臂根据印刷物料的识别结果对相应的物料张贴信息标签具体为，将印刷生产线上的多种物料进行图像数据采集，并制作成图像数据集，以图像数据集作为样本对卷积神经网络进行训练，将训练完成的卷积神经网络模型保存并应用于机械臂，采集待识别的
印刷物料图像数据，将该图像数据输入卷积神经网络模型，机械臂根据卷积神经网络模型的输出结果给待识别的印刷物料张贴信息标签。
13.rfid读写装置的微处理器为stm32f103型芯片。
14.rfid读写装置的驱动模块为rc522模块。
15.仓库的物料出入口处均设置有rfid读写装置。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统，将rfid标签、印刷物料与生产的产品结合，并通过计算机终端实现基于物联网rfid技术的印刷包装生产监控，便于整个印刷生产流程的管理；成本低廉，简单易行，智能化程度高；大大提升印刷车间的工作效率，节省了人力成本，保证生产的正常进行，从而为企业的安全高效生产提供了保障。
附图说明
18.图1是本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统的结构及工作原理示意图；
19.图2是本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统的俯视工作流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
21.本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统，设置于印刷生产线上，如图1所示，包括自动贴标装置、rfid读写装置、rfid读写通信系统、计算机终端。
22.自动贴标装置用于通过卷积神经网络算法对印刷物料进行图像分类识别，根据识别结果张贴印刷物料的信息标签，自动贴标装置包括机械臂，机械臂是一个高精度、多输入输出、高度非线性、强耦合的复杂结构，机械臂根据印刷物料的识别结果对相应的物料张贴信息标签，将机械臂应用于贴标提升了贴标效率，同时降低了人工操作的错误率，信息标签包括物料原始信息和生产信息；
23.机械臂根据印刷物料的识别结果对相应的物料张贴信息标签具体为，将印刷生产线上的多种物料进行图像数据采集，并制作成图像数据集，以图像数据集作为样本对卷积神经网络进行训练，优化卷积神经网络并通过调节参数提升卷积神经网络模型的准确率，将训练并优化完成的卷积神经网络模型保存并应用于机械臂，采集待识别的印刷物料图像数据，将该图像数据输入卷积神经网络模型，机械臂根据卷积神经网络模型的输出结果给待识别的印刷物料张贴信息标签。
24.rfid读写装置设置有多个，多个rfid读写装置依次位于印刷生产线的各个工位和仓库的物料出入口处，用于实时读取信息标签上的信息，并向信息标签写入该工位物料信息和时间信息，rfid读写装置包括连接在一起的微处理器和驱动模块；通过主函数驱动程序实现对rfid读写装置的控制，使用寻卡函数和防冲撞函数来实现对信息标签的识别，通过函数pcdselect 选定卡片，从而分别通过函数pcdread和函数pcdwrite实现对信息标签内容的读取和写入；
25.微处理器为stm32f103型芯片，用来实现rfid读写装置的控制，该芯片为32位微控制器，采用cortex
‑
m3内核，并且可实现蓝牙、wifi、spi 总线、i2c总线、usart总线等各类传
输协议，满足系统需要；
26.驱动模块为rc522模块，通过以下几个步骤实现读写功能：初始化模块、开启寻卡模式、配置防冲撞函数、读取数据和写入数据，寻卡操作指通过该函数来实现对区域内某种类型卡片进行寻找，在寻卡过程中先利用函数 clearbitmask来清除rc522的寄存器位，再通过函数writerawrc实现将数据写入寄存器，并增加10微秒的延迟时间防止抖动。使用函数setbitmask 置rc522寄存器位，配置完寄存器信息后再使用函数pcdcommf522实现 rc522模块与rfid标签的数据通信。若寻卡成功，则返回mi_ok,否则返回mi_err；防冲撞函数主要用来防止在读卡中一次读到多张rfid卡，引起冲突；读取数据和写入数据，主要实现对rfid标签特定区域数据的读取和写入，分别设置rfid卡片命令字为0x30和0xa0,再采用函数 pcdcommf522实现对rfid块内数据的读取和写入；
27.当rfid读写装置启动后，需要对rc522模块完成初始化配置，由于 rfid读写装置中rc522模块与stm32芯片的pf端口相连，因此首先需要使能pf端口时钟，其次，对pf端口的0,1,2,4端口进行初始化，并设置输出模式为推挽输出，i/o传输速度为50mhz。再将pf端口的0,1,2,4端口置高电位，并初始化端口3，设置输入模式为上拉输入，完成对rc522模块的初始化操作。
28.rfid读写通信系统通过usart串行通信设备进行rfid读写装置与计算机终端之间的数据传输，主要采用usart串口来实现rfid读写装置与计算机之间的数据通讯，具体为，计算机终端通过usart串口发送指令传递至rfid读写装置的微处理器，rfid读写装置的微处理器通过usart串口将读取的信息传输到计算机终端；
29.rfid读写通信系统所采用的usart串行通信设备，可以灵活的实现与其他设备的全双工数据交换，串行通信通常以帧的格式来传输数据，每一帧都包含起始信号、数据、停止位，还可根据需要添加效验方式，usart串口通信对上述这些传输参数根据需要进行设定，其中部分参数值可进行自定义设置，操作更加便捷方便，也提高了兼容性；
30.usart串行通信主要用于上位机(计算机终端)和下位机(rfid读写装置的微处理器)之间的数据交换，上位机数据通信采用pyserial库函数与 rfid读写装置实现数据交换，使用pyserial的同时需要配置一些参数：波特率、端口、奇偶校验位、超时和停止位。而后调用函数serial.serial对串口进行配置，接着使用函数open打开串口，进行信息的接收和发送。为保证接收数据的可靠性，本系统规定以0x00为数据头和数据尾，在上位机使用函数read读取数据后，再利用字符串切片函数去除数据头、数据尾和传输方向标识，获得rfid读写装置发送来的数据。在系统终端向rfid读写设备发送数据时刻同样需要对数据按照系统约定的方式对数据进行封装，采用函数 write(data)将数据发送至rfid读写终端，最终实现了印刷生产管理系统对 rfid读写装置的数据接收和发送；下位机采用usart出口通信实现与计算机终端的通讯，定义了数据接收和数据发送缓冲区用于暂存数据，并规定了数据的协议栈头和栈尾以及数据流方向，编写了数据接收函数和数据发送函数，与计算机终端的数据交换，最终实现了rfid读写终端与印刷生产管理系统的读写通信；
31.数据发送函数usart senddata实现rfid读写装置向上机位发送数据，当端口状态符合发送条件时，采用stm32f103固件库中提供的usart senddata函数依次发送栈头、数据流方向、数据和栈尾，由于该函数一次只能实现单个字节数据的传输，因此需加入循环程序完成数据的发送；
32.接收和解析工作由usart_handle函数得以实现，使用stm32f103固件库中提供的函数usart_receivedata接收串口数据，对每次接收到的数据进行判断，将数据和栈头等保存到数据接收结构体中，完成对数据的接收和解析工作，继而执行下一步命令。
33.计算机终端用于接收rfid读写装置所读取的信息标签的信息，并根据信息标签的信息建立数据库，同时还用于向rfid读写装置发送需要写入信息标签的信息，计算机终端还设置有图形用户界面(gui)、软件与数据库的接口以及串口通信；
34.数据库包含数据写入和数据维护两部分内容，方便实现增、删、改、查等基本操作；
35.图形用户界面(graphical
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user
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interface)它具有按钮、窗口和许多其他小部件，用户可以使用这些小部件进行交互操作，通过gui界面将各种复杂的操作集成到界面上，并可通过按钮等简单操作即可实现各种复杂的功能，操作方便，很大程度上降低了计算机的使用难度，方便更多的人使用；
36.本系统采用pymysql工具包实现系统与mysql数据库的连接和访问，由于本系统还需要实现对rfid信息标签的读取，实现对rfid信息标签的实时读取，需要两个线程并发执行才能满足要求，因此还需要导入threading 工具包；
37.图形用户界面的主界面设置有新建订单和工序信息写入接口，通过单击这两个按钮便可执行新建订单和信息写入事件，从而将订单信息和产品生产信息写入到数据库中，同时可选择四种不同的查询条件，分别为rfid查询，订单号查询、客户名称和交货时间等。选定好查询条件后，在后面的文本框中输入关键词，系统便可根据用户指定的信息查询数据库，并将结果显示在下面的文本框中，点击详细信息按钮，则会显示出该订单的详细信息。的rfid查询方式，根据rfid读写装置读写到的rfid卡号，直接查询数据库，并将主要信息展示到下面的文本框中。同时，也可以点击详细信息按钮，查看该订单的客户信息，工序信息等详细信息，实现了将物联网rfid技术应用在了印刷包装生产过程中的信息监控，使得生产信息的管理更加高效、便捷；
38.数据库接口，是利用mysqlldb模块实现软件与数据库之间进行信息的交互；
39.串口通信，是利用pyserial模块实现数据的解释与发送功能。
40.通过上述内容可知，本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统，与现有技术相比，具有以下优点和效果：
41.1)采用当前较为成熟的深度学习技术，将其应用于机械臂上，达到高效准确的分类效果，实现自动贴标功能，大大提升了工厂生产的效率，也降低了人工操作的错误率；
42.2)生产线各工位上都安装了rfid读写装置，保证了物料信息的快速采集、上传，确保了生产过程中管理人员能够及时做出正确的处理；
43.3)本发明系统实现了过程监控的即时化和智能化，管理人员从系统终端接收到信息后，可直接从终端发出预定的执行指令对相应的工位实施监控。
44.当生产车间进了一批原料产品时，将rfid信息标签与原料产品结合之后，通过计算机终端系统，实现了基于物联网rfid技术的印刷生产监控，如图2所示，具体过程如下：
45.步骤1，印刷生产线上的多种物料进行图像数据采集，并制作成图像数据集，以图像数据集作为样本对卷积神经网络进行训练，将训练并优化完成的卷积神经网络模型保存并应用于机械臂；
46.步骤2，创建订单信息及rfid信息标签信息，并将这些信息写入到数据库中进行储
存；
47.步骤3，打印机将信息标签进行打印，采集待识别的印刷物料图像数据，将该图像数据输入卷积神经网络模型，机械臂根据卷积神经网络模型的输出结果给待识别的印刷物料张贴信息标签；
48.步骤4，物料随着传送带开始运动，各个工位处安装的rfid读写装置进行信息标签读写操作，并向该标签写入此工位所使用的物料信息、时间信息，实现了物料与终端系统之间的信息交互，达到生产线实时监控的目的；
49.步骤5，物料经过各种加工工位后，将成品运输至仓库，仓库处的读写装置将入库时间、成品信息采集至计算机终端系统；
50.步骤6，经包装后的产品开始出库，利用rfid读写装置对出库货物进行信息采集并将出库时间、成品信息上传至计算机终端；
51.步骤7，最后将出库后的成品打包出货，并将出货信息进行采集，发送至计算机终端系统。
52.本发明一种基于物联网rfid技术的印刷生产监控系统建立之后，通过计算机终端可以有效的对整个印刷车间生产线进行监控，大大提升印刷车间的工作效率，节省了人力成本，保证生产的正常进行，从而为企业的安全高效生产提供了保障。