UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Mihael Baler UPORABA TEHNOLOGIJE IDENTIFIKACIJE RF V PODPORNEM ŽIVLJENJS

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Mihael Baler UPORABA TEHNOLOGIJE IDENTIFIKACIJE RF V PODPORNEM ŽIVLJENJSKEM OKOLJU Diplomsko delo Maribor, september 2015

2 UPORABA TEHNOLOGIJE IDENTIFIKACIJE RF V PODPORNEM ŽIVLJENJSKEM OKOLJU Diplomsko delo Študent: Študijski program: Mihael Baler Visokošolski program Elektrotehnika Smer: Mentor: Lektorica: Telekomunikacije redni profesor dr. Zdravko Kačič Andreja Grabar

3 i

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju dr. Zdravku Kačiču za strokovno pomoč in vodenje pri izdelavi diplomskega dela. Iskreno se zahvaljujem staršem, ki so mi omogočili študij, me spodbujali in stali ob strani. Zahvalil bi se tudi sestri Nini za spodbudo in podporo. Zahvala gre tudi slovenistki Andreji Grabar za lektoriranje in Saši Klar za prevod povzetka v angleški jezik. ii

5 UPORABA TEHNOLOGIJE IDENTIFIKACIJE RF V PODPORNEM ŽIVLJENJSKEM OKOLJU Ključne besede: podporna življenjska okolja, radiofrekvenčna identifikacija, raspberry pi UDK: : (043.2) Povzetek V diplomskem delu smo predstavili izvedbo funkcionalnosti v podpornem življenjskem okolju, ki s pomočjo tehnologije RFID (radiofrekvenčna identifikacija) nadzoruje stanje živil v shrambi. Funkcionalnost smo izvedli na platformi Raspberry pi, na kateri je izvajana programska koda, ki v okviru podpornega življenjskega okolja predstavlja nadzorno enoto. Tehnologijo radiofrekvenčne identifikacije smo uporabili pri pridobivanju podatkov s čitalcem v simulirani shrambi in značko na simuliranih izdelkih. V diplomskem delu najprej predstaviljamo podporno življenjsko okolje in radiofrekvenčno identifikacijo. V drugem delu pa platformo Raspberry pi in izvedbo sistema. iii

6 RF IDENTIFICATION IN SUPPORTIVE LIVING ENVIRONMENT Key words: Supportive living environment, radio-frequency identification, raspberry pi UDK: : (043.2) Abstract This thesis presents the implementation of the functionality of the supportive living environment that uses RFID technology (radio frequency identification) to control the condition of the food in the pantry. Functionality was carried out on the platform Raspberry pi, at which it is carried out the program code that constitutes a control unit within the supporting living environment. RFID technology was used to obtain data from the reader in a simulated pantry and as a badge on simulated products. The first part of the thesis presents the supportive living environment and RFID. The second part presents the platform Raspberry Pi and the implementation of the system. iv

7 KAZALO VSEBINE 1 UVOD Opis obravnavanega področja Namen diplomskega dela Opis sestave diplomskega dela PODPORNA ŽIVLJENJSKA OKOLJA RFID RADIOFREKVENČNA IDENTIFIKACIJA Značka RFID Čitalec RFID Frekvenčna območja Standardi Uporaba RFID RASPBERRY PI Modeli Raspberry pi Strojna oprema Strojan oprema generacije SISTEM NADZORA KOLIČINE IN VRSTE ŽIVIL V HLADILNIKU IN SHRAMBI KUHINJE STORITEV VODENJA EVIDENC ZALOG IN STATUSA ŽIVIL POVEZAVA V PODPORNO ŽIVLJENJSKO OKOLJE IN DOSTOPANJE DO PODATKOV PREKO IP TV IZVEDBA SISTEMA Postavitev sistema s pomočjo Raspberry pi-ja v

8 8.2 Programsko okolje Java Eclipse Seznam živil Realizacija sistema SKLEP VIRI IN LITERATURA vi

9 KAZALO SLIK Slika 2.1: Prikaz sheme sistema podpornega življenjskega okolja Slika 3.1: Prikaz osnovnega delovanja sistema Slika 3.2: Sestava značke RFID [2]... 7 Slika 3.3: Prikaz več vrst RFID čitalcev [10]... 9 Slika 3.4: Fiksni čitalec RFID [25] Slika 3.5: Prenosni RFID čitalec [26] Slika 3.6: Namizni RFID čitalec [27] Slika 3.7: Prikaz frekvenčnih območij [7] Slika 3.8: Prikaz RFID v proizvodnji na določenem procesu [28] Slika 3.9: Prikaz RFID značke na vetrobranskem steklu vozila [29] Slika 3.10: RFID značke v knjižnicah, ki se namestijo na knjige, CD/DVD ali kasete [30] Slika 3.11: Prikaz vsadka RFID značke v človeško telo, vsajen pod kožo v roko [31] Slika 3.12: Tekač ima značko pritrjeno na gleženj in prečka točko merjenja (antena) [32] Slika 3.13: Žeton za poker opremljen z RFID čipom [33] Slika 4.1: Shema vezja Raspberry pi [35] Slika 4.2: Prikaz sestave blok diagrama modela B [36] Slika 4.3: Vezje Raspberry pi 2 model B [37] Slika 5.1: Prikaz sheme identifikacije živil v sistemu Slika 8.1: Prikaz vpisanega ukaza sudo apt-get update v Terminalu Raspberry pi-ja Slika 8.2: Prikaz izpisa verzije Jave na Raspberry pi-ju Slika 8.3: Prikaz razvojnega okolja Eclipse Slika 8.4: Prikaz vpisa ukaza eclipse Slika 8.5: Prikaz odpiranja programa Eclipse v Raspberry pi-ju Slika 8.6: Prikaz naključno izbranih živil z njihovimi podatki vpisanih v beležnico Slika 8.7: Prikaz blok diagrama programske kode Slika 8.8: Prikaz izvajanja programske kode na Raspberry pi-ju v razvojnem okolju Eclipse. 38 Slika 8.9: Prikaz izvajanja programske kode na Raspberry pi-ju v Terminalu Slika 8.10: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo dodajanja živila vii

10 Slika 8.11: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo odvzem živila Slika 8.12: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo prikaza seznama obstoječih živil Slika 8.13: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo prikaza seznama porabljenih živil Slika 8.14: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo izklop sistema Slika 8.15: Prikaz Raspberry pi 2 Model B v delovanju Kazalo Tabel Tabela 4.3-1: Pregled podatkov različnih modelov Raspberry pi [24] viii

11 Seznam uporabljenih kratic RFID Radio-frekvenčna identifikacija IPTV Internet protokol televizija EU Evropska unija AAl The Active and Assistive Living (Podpora iz okolja pri samostojnem življenju) LF Nizko frekvenčno območje HF Visoko frekvenčno območje UHF Ultra visoko frekvenčno območje Hz Hertz ISO Mednarodna organizacija za standardizacijo EPCglobal Electronics Product Code Global Incorporated (Elektronska koda izdelka) IEC Mednarodna Elektrotehniška Komisija CPE Centralno procesna enota GPE Grafično procesna enota RAM Bralno-pisalni pomnilnik USB Univerzalno serijsko vodilo HD Visoka ločljivost CRT Kotodna cev HDTV Televizija visoke ločljivosti EGA Enhanced Graphics Adapter (Izboljšan grafični adapter) VGA Video Graphic Array (Video grafično polje) PAL Phase Alternating Line ( Faza izmenične linije) NTSC National Television System Committee (Ameriški televizijski standard) 8P8C 8 position 8 contact (8 pozicij 8 kontakt) Wi-Fi Wireless computer networking (brezžično omrežje) NOOBS New Out Of Box Software (Nov iz polja programske opreme) ix

12 1 UVOD 1.1 Opis obravnavanega področja Uporaba tehnologije radiofrekvenčne identifikacije oz. RFID ima korenine v prejšnjem stoletju. Tehnologija se s časom vse bolj uveljavlja, saj omogoča elektronsko identifikacijo, ki je v sodobnem času priročna za človeka. Vse pogosteje namreč srečujemo predmete in izdelke, ki so označeni z identifikacijsko oznako. Identifikacijsko oznako uporabljamo za identifikacijo, označevanje ali sledenje. Najpogosteje jo uporabljamo v trgovinah, industriji in logistiki, najdemo pa jo tudi v prometu, zdravstvu, knjižnicah, šolah, športu, turizmu. Uporabljamo jo lahko tudi v namene identifikacije živih bitij identifikacija živali ali ljudi. Tehnologija RFID omogoča brezžičen prenos podatkov med čitalcem RFID in značko RFID oz. oznako v namen identifikacije. Sistem RFID je tako sestavljen iz čitalca in oznake RFID, med katerima s pomočjo radijskih valov prenašamo podatke. Z radijskimi valovi se prenaša tudi energija, ki jo značka potrebuje za svoje delovanje. 1.2 Namen diplomskega dela Namen je predstaviti celoten sistem uporabe tehnologije RFID s funkcionalnostjo v podpornem življenjskem okolju, ki omogoča nadzor stanja živil v shrambi ali hladilniku. Takšen sistem je lahko človeku v veliko pomoč doma ali v restavraciji, zato je praktičen za uporabo. Sistem, ki ga predlagamo v diplomskem delu za uporabo v podpornem življenjskem okolju, sestavljata tehnologija RFID in platforma Raspberry pi, zato bomo v nadaljevanju obe tudi podrobneje predstavili. Ker je za izvedbo celotnega sistema potreben razvoj obsežne 1

13 programske kode, smo se v okviru diplomskega dela osredotočili na razvoj programske kode za izvedbo evidence nad zalogami živil ter prikaz podatkov. 1.3 Opis sestave diplomskega dela Po uvodnem delu diplomskega dela sledijo poglavja, ki so temelj zasnove sistema. Sistem je zasnovan na funkcionalnosti podpornih življenjskih okolij, zato je smiselno najprej predstaviti to področje, v katerem najprej sledi splošen opis in korist takšnih okolij. V tem poglavju nato sledi še opis primerov uporabe tehnologije RFID v različnih okoljih. Zasnovan sistem temelji na tehnologiji RFID in platformi Raspberry pi, zato je v nadaljevanju podan opis tehnologije RFID, in sicer delovanje, sestava, lastnosti in uporaba tehnologije v svetu. Ker sistem temelji tudi na platformi Raspberry pi, sledi opis razvoja platforme, različic modelov in njihovih lastnosti. Nato sledijo poglavja, ki opisujejo zasnovan sistem. Sledi še poglavje opisa izvedbe sistema, v katerem je opisano delovanje in izvedba izvedenega dela sistema. 2

14 2 PODPORNA ŽIVLJENJSKA OKOLJA Podporna življenjska okolja so življenjska okolja, ki temeljijo na uporabi elektronskih naprav vgrajenih v okolje in uporabniku pomagajo pri vsakdanjih opravilih, razbremenijo dejavnosti in obveščajo o določenih informacijah. Takšna okolja so lahko prijazna za vse generacije in uporabna v veliko zgradbah in domovih. Tako smo lahko na nekaterih področjih razbremenjeni različnih nadzornih ali rutinskih opravil, ker podporno življenjsko okolje te izvaja namesto nas. V domovih je takšno okolje lahko zelo koristno, saj pomaga posredovati informacije, ki se dogajajo znotraj ali zunaj hiše. Omogoča tudi nadzor razsvetljave, ogrevanja in hlajenja hiše ter drugih funkcionalnosti, o katerih o nadzoru pozneje ni potrebno razmišljati. Posredujejo lahko informacije v obliki alarmov, ki opozarjajo na opravilo, ki bi ga morali izvesti, in tako nanj ne pozabimo. To je lahko velikokrat koristno za starejše uporabnike, saj jih opominja na določene stvari. Podporno življenjsko okolje je lahko zelo koristno tudi pri nadzoru zaloge živil ali drugih potrošniških stvari in posreduje informacije o tem. Omenjeno lahko zelo pomaga pri nadzoru in skrbi, da so določene stvari, ko jih potrebujemo, na zalogi. Sistemi s podpornim življenjskim okoljem lahko pomagajo tudi podjetjem, trgovinam, ustanovam, v prometu, zdravstvu in podobno. Zasnovana komponenta sistema podpornega življenjskega okolja, ki je tema tega diplomskega dela, je zgrajena s pomočjo tehnologije identifikacije (RFID), nadzorne enote (Raspberry pi), uporabljena pa v shrambi ali hladilniku, v katerem je živilo, ter povezana z dostopno točko (na primer IPTV, ki omogoča izbiro funkcionalnosti v podpornem življenjskem okolju in dostop do podatkov) in mobilnim telefonom, na katerega lahko posredujemo informacije z izbiro funkcionalnosti v sistemu. Zasnovo sistema podpornega življenjskega okolja, ki vključuje zasnovano komponento, kaže slika

15 Shramba Tehnologija identifikacije Mobilni telefon Nadzorna enota Hladilnik Dostopna točka Tehnologija identifikacije Slika 2.1: Prikaz sheme sistema podpornega življenjskega okolja. Takšna okolja so se začela razvijati konec 90-ih let, vendar se je njihov največji razvoj začel v kasnejših letih in se razvija še naprej. Naprave takšnega inteligentnega okolja so med seboj povezane z omrežjem, preko katerega pošiljamo informacije. Naprave so vse manjše, zato tudi lažje vgradljive (predmeti, stavbe, vozila ) in večinoma povezane na en vmesnik, preko katerega komunicirajo z okoljem, zato tudi niso več tako opazne in moteče za okolje. Najpomembnejše naloge takih okolij so izvajanje različnih storitev npr. v okolju pametne hiše (ogrevanje in hlajenje, razsvetljava, varnost ), ocenitev porabe energije (električna, ogrevalna), prepoznavanje aktivnosti (kaj kdo dela in kje se nahaja), zaznavanje padcev, zaznavanje neobičajnega vedenja in počutja, katerih vzrok so lahko zdravstvene težave (sladkorna bolezen), zaznavanje neobičajnega dogodka v okolju (požar, slab zrak), prepoznavanje bolezni [11]. 4

16 Izvajanje funkcionalnosti zajemanja informacij iz okolja je v podpornih življenjskih okoljih lahko izvedeno z različnimi tehnologijami, kot so RFID, Bluetooth, mikročipi, vstavljeni v živa bitja, senzorji, nanotehnologija, biometrija, računalniški programski agenti in afektivno računalništvo [12]. V Evropi je Evropska unija leta 2008 z dvaindvajsetimi državami članic EU ustanovila in financirala programsko okolje za pomoč pri samostojnem življenju (AAL The Active and Assistive Living). To programsko okolje razvijajo z namenom izboljšanja kakovosti življenja starejših ljudi [13]. Program temelji na upoštevanju potreb in zmožnosti starejših oseb pri uporabi informacijsko komunikacijskih tehnologij. Izdelke za pomoč pri samostojnem življenju najdemo v več različnih oblikah. Največkrat jih najdemo kot obeske, zapestnice ali žepne izdelke, ki podajajo informacije v obliki alarmov za različna opravila, informacije ali opominjanje (npr. tablete). Takšne rešitve pa lahko najdemo tudi vgrajene v inteligentna okolja, mobilne izdelke (telefoni, tablice) in digitalne informacijske storitve [14]. 5

17 3 RFID RADIOFREKVENČNA IDENTIFIKACIJA Kot že samo ime pove, gre za identifikacijo, ki deluje preko radijskih valov. Glavni namen sistema RFID je identifikacija živih bitij, predmetov, vozil in mnogih drugih stvari. Identifikacija, ki poteka preko radijskih valov, poteka med čitalcem (anteno) in značko (tag). Sistem RFID tako zmeraj vključuje ti dve komponenti. Značka RFID je del sistema, ki vsebuje informacijo (identifikacijo) in ima največkrat obliko majhnega integriranega vezja (čipa). Značka ima svojo anteno, s katero sprejema in oddaja radijske valove, so pa različnih oblik in vrst. Poznamo aktivne, pol-aktivne in pasivne značke. Čitalec RFID je del sistema, ki zahteva informacijo iz značke in z njo komunicira s pomočjo antene. Čitalec oddaja oziroma sprejema signale značke in to omogoči identifikacijo predmeta ali bitja. Komunikacija med čitalcem in značko poteka tako, da čitalec zazna značko, ki je v dosegu, in tako postane značka aktivna. Značka nato odda signal, ki ga sprejme čitalec (Slika 3.1). S tem je identifikacija uspešno izvedena [1]. predmet z RFID značko radijski valovi antena čitalca čitalec značka Nadzorna enota Slika 3.1: Prikaz osnovnega delovanja sistema. 6

18 3.1 Značka RFID Značka je zgrajena iz več elementov, ki skupaj tvorijo značko RFID. Sestavljena je iz elektronskega vezja, antene in podlage (Slika 3.2). Elektronsko vezje je nosilec podatkov in krmilnik oznake. Antena ima vlogo, da sprejema in oddaja podatke preko radijskih valov. Podlago ali substrat uporabljamo za zaščito elektronskega vezja in antene, omogoča tudi pritrditev na predmet in omogoča, da si zapišemo poznane informacije, črtne kode in podobno [2]. Slika 3.2: Sestava značke RFID [2]. Značke razlikujemo med seboj glede na način delovanja. Obstajajo pasivne, aktivne ali pol-aktivne značke. Aktivna značka O aktivni znački govorimo, kadar poleg značke in antene vsebuje še baterijo. Baterijo uporabljamo za popolni vir energije napajanja vezja in antene. Uporabnost aktivne značke je tako izboljšana in njeno branje lahko izvajamo na razdalji 100 m ali celo več. Aktivne značke ne morejo delovati brez napajanja baterije in so zato dražje in fizično večje od ostalih značk. Baterije aktivne značke so lahko z leti uporabe zamenljive ali kot zaprta enota. Značka stane od 7

19 20 do 100 dolarjev. Glavne prednosti te značke so daljši domet in največja pasovna širina podatkov v primerjavi z ostalimi značkami. Sposobne so opravljati samostojen nadzor in spremljanje podatkov. Značka je tudi sposobna začenjati komunikacijo in opravljati diagnostiko [3]. Uporabljajo se v sistemih, kjer je veliko gibanja na določenem območju. Takšni sistemi so v avtomobilski proizvodnji, avtopralnicah, gradbeništvu, bolnišnicah, daljinski nadzor in podobno. Iz tega je razvidno, da v primerjavi z ostalimi značkami delujejo bolje tudi v težjih in neprijaznih okoljih, kot so prisotnost kovin in tekočin [5]. Pasivna značka Pasivna značka nima svoje baterije, zato potrebno energijo za delovanje črpa iz signala (radijski valovi), ki ga tvori čitalec. Signal čitalca se sreča s pasivno značko in v anteni značke se tvori magnetno polje. Sprejeti signal se usmeri, značka začne črpati moč za napajanje iz njega in čip začne z delovanjem. Vezje tako deluje in odda signal nazaj do čitalca. Antena tako deluje kot sprejemnik in oddajnik. Pasivne značke imajo prednost, da lahko funkcionirajo brez baterije, zato so posledično cenejše (stanejo le nekaj dolarjev) in manjših dimenzij. Te značke so lahko zelo majhne, nekatere celo velikosti primerljive z velikostjo zrna riža. Imajo tudi relativno dolgo življenjsko dobo, nekje dvajset let ali celo več. Pasivne značke imajo tudi nekatere slabosti, omejene so na manjše dosege in tako običajno delujejo na kratkih razdaljah le nekaj metrov, kar jih omejuje pri uporabi v nekaterih aplikacijah [4]. Uporabljamo jih predvsem v sistemih, kjer gre velika količina predmetov skozi fiksne točke. Takšni sistemi so trgovine, knjižnice, letališča, proizvodne linije in podobno [5]. Primerjava aktivne in pasivne RFID značke Ena izmed glavnih razlik je, da ima aktivna značka svoje lastno napajanje, pasivna pa svojega napajanja nima in potrebuje napajanje od čitalca. Aktivna značka deluje na veliki razdalji (okrog 100 m ali več), pasivna značka pa deluje na kratki razdalji (okrog 3 m). Aktivna značka 8

20 (15 100$) je v primerjavi s pasivno (0,15 5$) mnogo dražja. Razlika je tudi v velikosti, saj je pasivna značka majhna (kreditna kartica ali celo manjša zrno riža), aktivna pa je večja (glede na uporabnost sistema) [5]. Pol-aktivna značka Pol-aktivna značka je tako kot aktivna značka opremljena z napajalno baterijo, vendar se to napajanje uporablja samo za napajanje vezja in tako baterija ne napaja dela za prenos podatkov do čitalca. Takšna značka za oddajo prenosa identitete do čitalca potrebuje napajalni signal, ki ga generira čitalec. Komunikacija pol-aktivne značke do čitalca je podobna kot pri pasivni znački, vendar je hitrejša, saj ima svoj lastni vir napajanja in ne potrebuje časa za zagon [6]. 3.2 Čitalec RFID Čitalec je naprava sistema RFID (Slika 3.3), ki ga uporabljamo za branje in preko antene omogoča povezavo med značko in računalnikom ali drugo sistemsko programsko opremo, ki zahteva podatke. Čitalec preko antene začne komunicirati z značko, ko je ta v določenem območju delovanja (primerna razdalja med čitalcem in značko). Bralec omogoča delovanje različnih nalog, kot so identifikacija predmeta, pisanje na značko, filtriranje določenih predmetov, spremljanje zaloge predmetov in podobne naloge. Čitalci so različnih velikosti in vrst. Lahko so v mirujočem (fiksni) ali gibajočem položaju (prenosni). Vgrajene lahko najdemo tudi v elektronskih napravah ali vozilih [10]. Slika 3.3: Prikaz več vrst RFID čitalcev [10]. Glede na način zbiranja podatkov jih najdemo v treh različnih izvedbah: fiksni, mobilni in namizni. 9

21 Fiksni čitalec (Slika 3.4) Fiksni čitalec uporabljamo za avtomatizirano branje podatkov s predmetov. Takšen čitalec je običajno povezan z od 2 do 4 antenami, ki mu javijo identificirane predmete, ki so šli mimo. Takšne čitalce za branje značk najpogosteje uporabljamo ob vstopu v določeni prostor (vhod v shrambo) ali območje (tekoča linija). Uporaba je tako smiselna v skladiščih, tovarnah in podobno. Čitalec je priključen na računalnik, omrežje ali drugi sistem, kamor se prenašajo vsi podatki z zaznanih značk. Omenjen čitalec običajno uporabljamo v avtomatiziranih sistemih, zato je običajno opremljen z zunanjimi predstavitvenimi svetlobnimi nizi, ki uporabnika obvestijo o končanju branja značke [9]. Slika 3.4: Fiksni čitalec RFID [25]. Prenosni čitalec (Slika 3.5) Prenosni čitalec je vrsta čitalca, ki ob anteni in čitalcu običajno vključuje še zaslon in tipkovnico. Namenjen je ročnemu branju značk, sposoben pa je tudi skenirati črtno kodo. Uporablja se za vodenje evidence ali štetja zaloge. Uporaba je tako smiselna v trgovinah, skladiščih Čitalec je s programsko aplikacijo sposoben upravljati z vsemi skeniranimi podatki, lahko pa tudi vse te zbrane podatke posreduje na drugi sistem preko brezžičnega omrežja [9]. Slika 3.5: Prenosni RFID čitalec [26]. 10

22 Namizni čitalci (Slika 3.6) So vedno priključeni na računalnik ali drugi sistem. So hitri in enostavni, vendar ne delujejo na večje razdalje, saj so namenjeni delu na blizu [9]. Slika 3.6: Namizni RFID čitalec [27]. 3.3 Frekvenčna območja Sisteme RFID najdemo v različnih frekvenčnih območjih (Slika 3.7), ki imajo svoje prednosti in slabosti. Najpogosteje uporabljena frekvenčna območja so: nizkofrekvenčno (Low Frequency LF), visokofrekvenčno (High Frequency HF), ultra visokofrekvenčno (Ultra High Frequency UHF) in mikrovalovno frekvenčno (Microwawe Frequency 2,4GHz) območje [7]. Slika 3.7: Prikaz frekvenčnih območij [7]. 11

23 Nizkofrekvenčno območje LF Je območje med khz. V tem območju delujejo aktivne in pasivne značke različnega formata in se uporabljajo v težkih razmerah (prisotnost vode, kovine). V vsakdanjem življenju najdemo na tem frekvenčnem območju primere uporabe, kot so identifikacija živali, dostopna kontrola in sledenje proizvoda [7]. Sistem, ki deluje v tem frekvenčnem območju, deluje na kratki razdalji branja značke, nekje do okrog 10 cm za pasivne, aktivne nekaj cm več, hitrost prenosa podatkov pa je počasnejša kot pri višjih frekvencah. Na motnje radijskih valov ni tako občutljiv, zato se uporablja v težjih razmerah [8]. Visokofrekvenčno območje HF V visokofrekvenčnem območju uporabljamo frekvenco 13,56 MHz, ki uporablja aktivne in pasivne značke. Najpogosteje uporabljamo pasivne značke, ki jih uporabljamo za kontrolirano branje na kratke razdalje (običajno kot nalepke, kartice ). Primeri uporabe, ki jih najdemo v tem frekvenčnem območju, so masovni tranzitni sistemi (razne vozovnice in vstopne karte), sistemi za shranjevanje stvari (skladišča, knjižnice ), dostopne kontrole (parkirišča) [7]. Sistem, ki deluje v tem frekvenčnem območju, deluje na razdalji branja značke nekje od 10 cm (pasivne značke) pa do 1 m (aktivne značke), hitrost prenosa podatkov je zmerna in višja kot pri nizkih frekvencah. Na motnje radijskih valov je srednje občutljiv [8]. Ultra visoko frekvenčno območje UHF Je območje med MHz, z največjim razvojnim potencialom in najhitreje rastoči na trgu. V tem območju delujejo aktivne in pasivne značke različnih formatov. Območje je uporabno za sistem z globalno uporabo in se uporablja za masovno branje na daljše razdalje. Sisteme s tem frekvenčnim območjem najdemo uporabljene v preskrbovalni verigi za sledenje izdelkom, sistemi za shranjevanje stvari, vhodno/izhodne kontrole [7]. 12

24 Sistem, ki deluje v tem frekvenčnem območju, deluje na večjih razdaljah od prej omenjenih frekvenčnih območij, in sicer na razdalji od 1 pa do 12 m. Hitrost prenosa podatkov je večja kot pri nizkem in visokem frekvenčnem območju, vendar je bolj občutljiv na razmere in motnje. Proizvajalci so zato oblikovali sistem RFID, ki je zgrajen tako, da je zmogljiv tudi v težjih razmerah. Značke v UHF območju so cenejše za izdelavo kot v območju LF in HF, zato so tudi cenejše na trgu [8]. Mikrovalovno frekvenčno območje Sistemi delujejo na frekvenci 2,4 GHz. Tu najdemo predvsem aktivne značke. Uporabljajo se na večjih razdaljah in omogočajo branje pri visokih hitrostih prenosa podatkov (večje kot UHF). Sisteme na tej frekvenci delovanja uporabljamo za spremljanje prometa (železniški promet, elektronsko cestninjenje) [7]. 3.4 Standardi Standardi so pomembni za sisteme RFID, da se različni proizvodi določenih delov celotnega sistema med sabo razumejo ne glede na proizvajalca ali uporabnika. Tako lahko med sabo komunicirajo čitalci, značke, programska oprema in ostali dodatki, ki so različnih proizvajalcev. Standardi tako omogočajo širši in konkurenčnejši trg izdelkov. Opredeljujejo način delovanja sistema, komunikacijo med čitalcem in bralcem, na kateri frekvenci delujejo in kako se prenašajo podatki [15]. Za standardizacijo sistemov RFID obstaja več organizacij, ki pri razvoju med sabo sodelujejo in izdajajo standarde. Izmed teh organizacij sta najpomembnejši dve, Mednarodna organizacija za standardizacijo ISO in Electronics Product Code Global Incorporated EPCglobal. Leta 1996 sta organizaciji ISO in Mednarodna Elektrotehniška Komisija IEC ustanovili skupni odbor za standardizacijo tehnologije RFID [16]. Začetki EPCglobal segajo v leto 1999, ko so se številna industrijska podjetja (trgovci in proizvajalci) odločila podpreti RFID tehnologijo in ustanovila Auto-ID center, ki je deloval za 13

25 standardizacijo in razvoj tehnologije RFID. Leta 2003 je bila formalno imenovana standardizacija EPCglobal. Center Auto-ID je razvil več vrst razredov značk[16]. 3.5 Uporaba RFID Tehnologijo RFID uporabljamo na več različnih področjih uporabe in z različnimi nameni. Najpogosteje jo najdemo na področjih, kot so industrija proizvodnje, transport in logistika, trgovina, promet, medicina, izobraževanje, knjižnice, gradbeništvo, šport, turizem in druga področja. Na nekaterih področjih pa je tehnologija RFID še na začetku razvoja. Glavni nameni tehnologije RFID so: - sledenje: predmeti, živali, osebe, - upravljanje dostopa (vrata, parkirišča), - cestninjenje, - plačilni sistemi, - preverjanje prisotnosti, - branje kartic (potni listi) in - merjenje časa (športne prireditve (tek)) [17]. Proizvodnja RFID se v proizvodnji uporablja za sledenje delov. S tako rešitvijo zmanjšamo iskanje delov po proizvodnji. Uporabljamo ga tudi za delo v določenih procesih (Slika 3.8), ko predmet potuje po tekočem traku ali proizvodnji. Ko predmet pride do določenega procesa, se opravi identifikacija in s tem določi naloga. Na ta način so zmanjšane napake, ki bi jih lahko povzročil človek in tako se poveča pretočnost proizvodnje. Možno je tudi upravljanje več različnih različic (tipov) istega izdelka [18]. 14

26 Slika 3.8: Prikaz RFID v proizvodnji na določenem procesu [28]. Inventar Sistem RFID je zelo priročen v evidentiranju inventarja ali v skladiščih, saj omogoča sledenje predmetov v realnem času. Predmeti so opremljeni z značko RFID in postavljeni v določen prostor ali skladišče. Program za nadzor tako omogoča spremljanje količine predmetov in javljanje opozorila, ko se zaloge zmanjšajo. Tako je rešen tudi problem pred nerazpoložljivostjo določenega predmeta [19]. Transport in logistika RFID uporabljamo za vse vrste prometa letalski, železniški, ladijski ali avtomobilski promet. V letalskem prometu uporabljamo RFID pri vzdrževanju letal ali identifikacijo na letališčih. Na področju identifikacije na letališčih uporabljamo RFID za identificiranje prtljage ali tovora. V železniškem prometu so značke nameščene na lokomotive, nameščajo pa se tudi na vagone. Identificiramo lahko lastnika, tovor, na katerem je nameščena značka na določenem vagonu in značilnosti tega tovora. Iz zbirke podatkov identificiranega tovora je razvidno tudi poreklo in kraj, kamor je namenjen tovor. V nekaterih državah se za registracijo vozil uporablja tudi RFID, ki pomaga odkriti in vrniti ukradena vozila. RFID v prometu uporabljamo tudi za nadzor prometnega pretoka v križiščih in za prilagoditev semaforja dejanskim potrebam prometa [17]. Tehnologija RFID je zelo primerna tudi v prometu za uporabo pri elektronskem cestninjenju, ki zmanjša zastoje na cestninskih postajah. Takšni sistemi se v več državah po svetu uporabljajo že več let. Značke so večinoma pritrjene na sprednje vetrobransko steklo (slika 3.5.2) in ko se vozilo pripelje do cestnine, RFID antena pošlje signal do značke [19]. 15

27 Značka je aktivirana in pošlje nazaj signal z identifikacijo, ki se preveri v sistemu. Če ima lastnik vozila poravnana sredstva in je značka pravilno zaznana, se zapornica dvigne in vozilo lahko nadaljuje pot. Če pa lastnik vozila nima poravnanih sredstev ali je značka narobe zaznana, se zapornica ne dvigne [19]. V svetu obstaja več različnih vrst takšnih cestninskih sistemov. Nekateri so brez zapornic in vozniki lahko vozijo naprej, ne da bi upočasnili vozilo. Pomanjkljivost takšnih sistemov je, da kršitelji, ki nimajo poravnanih dolgov, lažje uidejo. Takšni sistemi so zato večinoma opremljeni s kamerami, ki posnamejo kršitelje, da jih kasneje lahko kaznujejo [20]. Slika 3.9: Prikaz RFID značke na vetrobranskem steklu vozila [29]. V javnem prevozu je RFID prisoten v obliki kartic. Ko potnik vstopi v vozilo, se s pomočjo kartice identificira. Iz kartice so razvidni podatki o lastniku kartice, relaciji poti in do kdaj je kartica veljavna [19]. Izobraževanje V šolah in univerzah se RFID pojavi za več različnih namenov. Eden izmed takšnih primerov je preverjanje ob vstopu v zgradbo, ki nepooblaščenim osebam prepreči vstop v zgradbo. Tako se lahko preverja tudi prisotnost študentov ali dijakov na predavanjih. Nekatere šole uporabljajo RFID za izposojo knjig, nakupovanje predmetov v šolskih trgovinah ali menzah. Šole v japonskem mestu Osaka so z RFID opremile šolske uniforme in nahrbtnike z identifikacijsko številko šolarjev [17]. 16

28 Knjižnice V večih večjih knjižnicah po svetu so črtno kodo zamenjali in opremili z RFID. Knjige, CD/DVD ali kasete so v notranjosti opremljene z značko RFID (slika 3.10) in se lahko preberejo skozi pokrov ali platnico knjige. Tako jih ni potrebno jemati s polic, ampak jih skeniramo ob polici in privarčujemo na času. Iskana ali na napačnem mestu postavljena knjiga se tako najde prej, saj lahko s prenosnim RFID čitalnikom preberemo več knjig hkrati, ki so lahko tudi v gibajočem se stanju na tekočem traku. To lahko storimo tudi sami in ne potrebujemo osebja iz knjižnice. Sami knjige skeniramo na terminalu in vzamemo domov ali ko jih prinesemo nazaj, oddamo na terminalu za oddajanje knjig [17]. Slika 3.10: RFID značke v knjižnicah, ki se namestijo na knjige, CD/DVD ali kasete [30]. Identifikacija ljudi in živali RFID se pri ljudeh in živalih uporablja za sledenje in prepoznavanje in vsebuje identifikacijsko številko. Značko RFID lahko vsadimo v telo, pri tem je značka prevlečena s silikatnim steklom ali pa vgrajena v zapestnico. Prvi vsadek v telo je bil izveden leta 1998 (Slika 3.11). Vsadek si je vsadil britanski znanstvenik Kevin Warwick. Vsadek RFID je uporabljal za odpiranje vrat, na stikalih za luči in drugih računalniško vodenih napravah. Glavni namen vsadka je bilo testiranje, kako se človeško telo odzove in njegov smisel. Po devetih dneh testiranj je bil vsadek odstranjen in se hrani v Muzeju znanosti v Londonu. Vsadki v ljudeh se uporabljajo tudi v namen medicinskih informacij, dostop do varovanih objektov, iskanje pogrešanih ali ubežnih oseb, sledenje zaposlenih, način plačila posebnih gostov v nočnih klubih. Obstajajo pa tudi določeni 17

29 problemi in tveganja, kot so rakotvorni tumor na mestu vsadka, razni medicinski zapleti (električne nevarnosti, slikanje z magnetno resonanco), varnost podatkov in družbene ali verske kritike (zasebnost posameznika) [17, 21]. Pri identificiranju živali RFID značka predstavlja eno najstarejših uporab RFID. Uporablja se za identifikacijo živali in vsebuje bazo podatkov o določeni živali. Identifikacija živali je postala ključnega pomena po izbruhu bolezni norih krav. Najdemo jih kot implante vstavljene v telo ali odzivnike, ki jih nosijo v ušesu [17]. Slika 3.11: Prikaz vsadka RFID značke v človeško telo, vsajen pod kožo v roko [31]. Zdravstvo V zdravstvu je potrebno večje prepoznavanje, učinkovitost in zbiranje mnogih podatkov, zato je RFID v zdravstveni industriji zelo razširjen in učinkovit. S pomočjo RFID se v zdravstvu izboljša delo zdravstvenega osebja, zmanjšane so možnosti za napake osebja, izboljšan potek dela zdravljenja bolnika, spremljanje njegovih razmer in izboljšanje varnosti osebja in obiskovalcev pred okužbami ali drugimi nevarnostmi. V Združenih državah Amerike so od leta 2004 v bolnišnicah začeli uporabljati vsaditev RFID v bolnike z namenom, da izboljšajo potek zdravljenja in upravljanje zalog [17]. V podjetju Clear Count Medical Solution so v letu 2008 predstavili sistem Smart Sponge, ki prepozna kirurške gobice. Sistem je razvit z namenom, da zmanjša možnosti za napako pri operacijskem posegu. Sistem lahko uporabljamo tudi za prepoznavanje operacijskih instrumentov. V zdravstvu je RFID priročen tudi za označevanje zdravil in tako pripomore k zmanjšanju tveganja za napačno izdana zdravila. Bolnika, ki ima RFID zapestnico ali vsadek, 18

30 lahko identificiramo in pridobimo podatke, katero, kdaj in koliko zdravila mora bolnik vzeti. Obstajajo tudi medicinski kabineti, enega izmed takšnih primerov je izdelalo podjetje Omnicell. Kabineti vsebujejo zdravila, označena z značkami RFID. Omare, ki vsebujejo zdravila z značkami RFID, so interaktivne in avtomatično sledijo količini, porabi, koliko in kdo je vzel zdravila za razdelitev in sporočajo seznam, katera zdravila se mora obnoviti. To prihrani mnogo časa, stroškov zdravstvenemu osebju in odpravi možnost pomanjkanja določenih zdravil [19]. Šport V športu se RFID uporablja za merjenje časa na športnih prireditvah. Pred uvedbo RFID sistemov so čase merili ročno s štoparico ali s pomočjo video kamere, vendar je lahko prišlo do napak, ki jih je RFID odpravil. V športu se uporabljajo aktivne in pasivne značke, ki so pritrjene na tekmovalca (slika 3.12) in oddajajo svojo edinstveno kodo do antene. Antene so nameščene na začetku, koncu ali vmesnih točkah proge in so priključene v sistem, ki izračuna točen čas tekmovalca, ko je v točki časovnega merjenja. RFID se je v športu začel uporabljati leta Uvedlo ga je podjetje Deister Electronics za merjenje časov na golobjih dirkah. Najprej so se uporabljali sistemi v nizkofrekvenčnem območju (LF), kasneje pa so se razvijali sistemi v ultra visokem frekvenčnem območju (UHF), saj ti omogočajo hitrejši prenos podatkov in je tako bolj natančno merjenje večjega števila tekmovalcev naenkrat. Ker aktivni sistemi omogočajo večjo gibljivost in zmogljivost, so se kljub večji ceni uveljavili v hitrejših športih. RFID je za merjenje časa uporaben v športih, kot so tek, triatlon in hitrejši športi, kot so kolesarjenje, avtomobilsko in motorno dirkanje ter drsanje [17, 22]. Slika 3.12: Tekač ima značko pritrjeno na gleženj in prečka točko merjenja (antena) [32]. 19

31 Upravljanje RFID omogoča upravljanje dostopa določenim osebam do stavb ali prostorov ali vozilom do parkirišč [17]. Zelo uporabni so tudi potni listi (e-potni list), ki omogočajo zapis podatkov o lastniku. Iz teh potnih listov je lahko razvidno, kdaj in kam je ta oseba potovala, napredni pa vsebujejo tudi biometrične podatke (podatke o očesni mrežnici, prstnem odtisu, prepoznavanje obraza in glasu). Takšni potni listi so zavarovani pred zlorabami RFID komunikacije na daljavo in preden se podatki berejo s potnega lista, se vpiše varnostni ključ. Prvi e-potni listi so bili izdani v Maleziji leta 1998, nato pa so se uvedli še v drugih državah po svetu [17]. Sledenje predmetom je lahko zelo koristno, zato lahko v igralnicah opremijo žetone za poker z RFID čipi (slika 3.13), kar omogoča razveljavitev ukradenih in prepoznavanje ponarejenih žetonov. Eden izmed takšnih primerov je iz leta 2010, ko so v igralnici Wynn Casino v Las Vegasu ukradli poker žetone. Bili so razveljavljeni in niso imeli nobene vrednosti [17]. Slika 3.13: Žeton za poker opremljen z RFID čipom [33]. Ena izmed možnosti RFID-ja je tudi, da ga uporabljamo v namen plačila, kot plačilo različnih vrst vozovnic (javni prevozi), cestninjenje, parkirnine ali druge plačilne storitve [17]. 20

32 4 RASPBERRY PI Ko govorimo o Raspberry pi-ju, mislimo na strojno opremo (mini računalnik), ki je majhne dimenzije velikost kreditne kartice. Kljub svoji majhnosti gre za dokaj zmogljiv in cenovno sprejemljiv mini računalnik, ki zadostuje za programiranje in razvijanje lastnih idej in potreb. Raspberry pi je zato tudi v svetu vse bolj zanimiv, saj lahko z njim izpolnimo ideje na mnogo različnih področjih uporabe. Raspberry pi (slika 4.1) je v Veliki Britaniji razvila fundacija Raspberry pi za povečanje znanja in navdih študentov, saj so začeli opažati upadanje znanja pri študentih. Leta 2006 je Eben Upton (ustanovitelj fundacije) skupaj z Robom Mullinson, Jackom Langom in Alan Mycroftom tvoril ekipo za razvoj, ki je dobila idejo o majhni in cenovno dostopni računalniški napravi, ki bi mladim omogočala programiranje brez večjih težav. Razvili so več prototipov Raspberry pi, ki so vključevali visoke stroške in nizko procesorsko moč za naprave tistega časa. V letu 2008 je ekipa k sodelovanju povabila Petra Lomasa in Davida Brabena in leta 2009 so ustvarili fundacijo Raspberry pi [23]. 4.1 Modeli Raspberry pi Slika 4.1: Logotip Raspberry pi [34]. Obstaja več vrst modelov Raspberry pi, ki imajo različne lastnosti in so se z leti nadgrajevali. 21

33 Obstajajo modeli Raspberry pi 1 (generacije 1) (slika 4.1): - model A - model A+ - model B - model B+ Od februarja 2015 pa obstaja model Raspberry pi 2 B (generacija 2) [24]. 4.2 Strojna oprema Slika 4.1: Shema vezja Raspberry pi [35]. Strojana oprema Raspberry pi-ja je sestavljena iz čipa Broadcom BCM2835, v katerem je vključena centralno procesna enota (CPE), grafična procesna enota (GPE) in pomnilnik (RAM). Raspberry pi je sestavljen še iz priključkov za podporne naprave (video in zvok) ter izhodov USB. Izhodi USB so pri modelu A in A+ sestavljeni samo iz enega USB izhoda, ki je vezan neposredno na čip. Pri modelu B pa so USB izhodi sestavljeni iz Ethernet in 2x USB izhoda 22

34 (Slika 4.2). Model B+ se od modela B razlikuje v tem, da omogoča še 2 USB izhoda več (B+ 4x USB) kot model B. Napajanje vseh modelov je 5 voltov [24]. Slika 4.2: Prikaz sestave blok diagrama modela B [36]. Procesiranje V čipu Broadcom BCM2835 je vključen enojedrni 700 MHz procesor ARM1176JZF-S, grafični procesor Broadcom VideoCore IV 250 MHz in pomnilnik (RAM 256 MB ali 512 MB). Model A in A+ vsebujeta pomnilnik 256 MB, modela B in B+ pa vsebuje 512 MB pomnilnika. Pomnilnik je skupen za CPE in GPE [24]. Video Raspberry pi je sposoben izvajati video resolucije visoke ločljivosti (HD in Full HD), lahko pa se izvaja tudi video nižjih ločljivosti, podoben starejšim CRT televizij. Možne resolucije so lahko: 640 x 350 EGA, 640 x 480 VGA, 800 x 600 SVGA, 1024 x 768 XGA, 1280 x 720 HDTV, 1920 x 1080 HDTV ali mnoge druge resolucije (WXGA, SXGA, WXGA in podobne). Lahko pa tudi izvaja 576i PAL ali 480i NTSC [24]. Mrežna povezava Pri modelu A in A+ raspberry pi nima Ethernet izhoda (8P8C), možno pa se je povezati preko USB Ethernet ali Wi-Fi USB ključa. Pri modelu B in B+ pa je mrežna povezava omogočena preko USB Ethernet izhoda (8P8C) [24]. Upravljanje Raspberry pi lahko upravljamo preko računalniške tipkovnice in miške, ki sta priključeni na izhod USB [24]. 23

35 4.3 Strojan oprema generacije 2 Raspberry pi 2 model B je od generacije krat zmogljivejši in temelji na čipu Broadcom BCM2836, ki vključuje 4 jedrni 900 MHz procesor ARM Cortex-A7, grafični procesor Broadcom VideoCore IV 250 MHz in 1 GB pomnilnika (RAM). Raspberry pi 2 B (Slika 4.3) ima enako število USB izhodov kot model B+ (Ethernet in 4 x USB). Glede videa je sposoben izvajati enake resolucije kot Raspberry pi 1, mrežna povezava pa je enako omogočena preko USB Ethernet izhoda [24]. Slika 4.3: Vezje Raspberry pi 2 model B [37]. Tabela 4.3-1: Pregled podatkov različnih modelov Raspberry pi [24]. Model A Model A+ Model B Model B+ Generacija 2 Model B Čip Broadcom BCM2835 Broadcom BCM2836 CPE 700 MHz eno jedrni ARM1176JZF-S 900 MHz štiri jedrni ARM Cortex-A7 GPE Broadcom VideoCore IV 250 MHz RAM 250 MB 512 MB 1 GB USB neposredno na čip 2 4 Omrežje / 10/100 Mbit/s Ethernet (8P8C) USB izhod Video izhod HDMI (resolucije od 640 x 350 do 1920 x 1200 PAL ali NTSC), kompozitni video Zvok izhod Analogno preko 3,5 mm priključek, digitalno preko HDMI Shranjevanje SD/MMC MicroSD SD/MMC MicroSD Moč[W] 1,5 1 3,

36 5 SISTEM NADZORA KOLIČINE IN VRSTE ŽIVIL V HLADILNIKU IN SHRAMBI KUHINJE Projekt, ki smo ga zasnovali, je zastavljen tako, da bo pomagal uporabniku pri živilih, ki jih bo uporabnik potreboval in uporabljal za določen namen. Uporabnik lahko v sistemu pogleda, katera živila so mu na voljo in katera še potrebuje. Zato smo sistem zasnovali tako, da lahko vsebuje več različnih vrst živil in različne količine posameznega živila. Zato je v sistemu potrebno opravljati nadzor nad količino živil, ki se bo v sistemu izvajal s pomočjo tehnologije RFID in platforme Raspberry pi. Tehnologija RFID služi za zaznavanje (identifikacijo) prisotnosti živil in njihove količine, Platforma Raspberry pi pa bo služila kot nadzorna enota (Slika 5.1). Shramba Živila Identifikacija živil Čitalec Hladilnik Nadzorna enota Raspberry pi Slika 5.1: Prikaz sheme identifikacije živil v sistemu. 25

37 V diplomskem delu smo pri predstavitvi tehnologije RFID omenili, da je tehnologija RFID sestavljena iz čitalca in značke, zato je tudi naš sistem zasnovan iz teh dveh komponent. Čitalec RFID je nameščen na začetku na vhodu shrambe (lahko je prostor, omara ali police) ali vratih hladilnika, značka RFID pa je nameščena na embalažo določenega živila. Nadzor nad količino živil je izvajan tako, da ob vnosu določenega živila, opremljenega z RFID značko v shrambo ali hladilnik, to živilo čitalec RFID zazna, da je bilo živilo dodano in s pomočjo nadzorne enote Raspberry zabeleži povečanje števila živil v shrambi. Beleženje količine živil mora biti točno določeno, saj imamo sistem, ki lahko vsebuje več različnih vrst živil in zato mora vsako različno živilo imeti ustrezno značko. Če beleženje ni točno določeno, lahko pride do težav, kot na primer, če bi potrebovali določeno količino rjavega sladkorja, bi v sistemu preverili zalogo količine rjavega sladkorja, storitev bi javila, da je zaloga iskanega živila dovolj velika, ko pa bi to živilo želeli vzeti iz shrambe, bi ugotovili, da je v shrambi le beli sladkor. Podobno je tudi pri mleku, ko potrebujemo npr. sveže mleko in sistem javi, da imamo na voljo zadostno količino mleka, ko pa mleko potrebujemo, ugotovimo, da imamo v hladilniku le trajno mleko. Na ta način lahko pride v teh sistemih do napak, zato je pri takih sistemih nujno, da živila v svojih značkah RFID vsebujejo določene parametre, po katerih se unikatno določijo in razlikujejo od podobnih si živil. Ko je označevanje živil tako izvedeno, lahko istovrstna živila dodajamo v shrambo ali hladilnik in čitalec javlja nadzorni enoti Raspberry pi količino živil, ki smo jih dodali. Raspberry pi nato sešteva količine istovrstnih živil ali če tovrstnega živila še ni v shrambi ali hladilniku, doda dodano količino na novo v seznam razpoložljivih živil. Ko pa določeno živilo vzamemo iz hladilnika ali shrambe, čitalec RFID zazna, da smo živilo vzeli iz sistema in v nadzorni enoti se ta količina odšteje. Živila, ki jih imamo doma, so različnih vrst: sadje, zelenjava, meso, mlečni izdelki in podobno, zato morajo v značkah vsebovati tudi različne informacije. Najbolje je, da izdelek vsebuje čim več dodatnih informacij, saj je takrat manjša možnost za zamenjave, ki lahko nastanejo pri razločevanju živil. V sistemu želimo pri različnih živilih navesti določene informacije o proizvajalcu, datumu, teži ali količini (litri ali mililitri) in določene živilske parametre. Podatki o proizvajalcu so lahko koristni, ko potrebujemo živilo točno določenega proizvajalca, saj mogoče od drugega proizvajalca enako živilo ne ustreza. Takrat je lahko ta 26

38 informacija zelo dobrodošla, če je vsebovana v sistemu. Pri datumu roka trajanja so informacije priporočljive, saj je ob mnogo živilih, ki jih imamo doma, težko za vsako živilo posebej spremljati datum uporabnosti živila. Sistem na ta način pomaga in javi alarm pri živilu, ki je pred iztekom roka. Na ta način lahko živilo porabimo preden bi se pokvarilo zaradi pretečenega datuma roka trajanja. Na ta način sistem pomaga uporabniku, da se izogne škodi, da bi živilo morali zavreči ali pomotoma uporabili živilo s pretečenim rokom trajanja. Teža je koristna informacija v sistemu, saj lahko s sistemom hitro ugotovimo, koliko teže živila imamo na voljo za določeno potrebo. Podobno je s količino živila, ki se meri v litrih ali mililitrih. Koristne pa so lahko tudi informacije o določenih parametrih živil, kot so beljakovine, energijska vrednost, glukoza, laktoza, maščobe, mlečna maščoba in ostali drugi parametri. 27

39 6 STORITEV VODENJA EVIDENC ZALOG IN STATUSA ŽIVIL Storitev vodenja evidenc v zasnovanem sistemu opravljamo preko nadzorne enote Raspberry pi, kjer moramo evidence periodično osveževati s podatki o trenutni količini živil in datumom roka trajanja živil. Datumi roka trajanja so zelo pomembni, zato se morajo podatki v sistemu osveževati in pred datumom izteka roka trajanja javiti informacijo v obliki alarma, da se določenemu živilu izteka rok trajanja. Smiselno je, da sistem informacije v obliki alarma javlja preko nadzorne enote v sistemu dva tedna prej, saj če gre za velike količine zaloge živil, jih bo morda težje porabiti v krajšem času in prilagoditi določenemu jedilniku. Javljanje alarmov se v sistemu izvaja večkrat do izteka roka trajanja, ker ob prvem javljanju alarma morebiti na to informacijo pozabimo in bi se zato živilu rok trajanja iztekel, ker nas sistem ni opozoril večkrat. Opozarjanje o preteku roka je gotovo dodana vrednost načrtovanega sistema, saj na ta način težje pozabimo na živilo pred iztekom roka trajanja, hkrati pa prispeva k znižanju stroškov za uporabnika, saj se je, če je ta izdelek uporabil pred iztekom roka trajanja, izognil dodatnim stroškom za nakup novega istovrstnega živila. Sistem smo zasnovali tako, da živila, ki so pred iztekom roka trajanja v evidenci živil, pomaknemo v seznam živil pred iztekom roka trajanja. Takšna živila so tako prikazana v enem seznamu in imamo lažji pregled nad celotno zalogo takšnih živil. Ko smo prišli do tega dela projekta, smo prišli tudi do ideje, da ustvarimo seznam živil, ki jim je rok trajanja uporabe že pretekel. Tako smo ustvarili seznam, na katerem so vsebovana živila, ki niso več uporabna. S takšnim seznamom se precej lažje izognemo nehoteni uporabi in uživanju hrane, ki ni več uporabna. 28

40 Ko uporabljamo živila za pripravo hrane ali jih uživamo neposredno, običajno ne porabimo celotne količine živila, zato ga damo nazaj v hladilnik ali shrambo. Pri projektu smo se za naš sistem odločili, da moramo tudi to problematiko vključiti v sistem, saj brez tega dela sistem ne bi deloval celovito. To je v projektu predstavljalo dodaten izziv, kako opredeliti ali ocenili status takih živil, ki smo jih že uporabili, vendar je v njihovi embalaži ostala zadostna količina, da smo jih vrnili nazaj v shrambo ali hladilnik. Za takšna, že uporabljena živila, ki smo jih vrnili nazaj v hladilnik ali shrambo, moramo izvesti sprotno vnašanje količine živila. To lahko izvedemo s sprotnim merjenjem količine takšnega živila s pomočjo ocenjevanja teže, saj je veliko živil pakiranih v zavojih in imajo določeno težo. Ko takšno živilo dajemo nazaj v shrambo ali hladilnik, moramo imeti shrambo ali hladilnik opremljeno s tehtnico, ki bo zaznala težo živila. Živilo ima svojo novo težo, kar predstavlja njegovo novo količino in s pomočjo identifikacije živila s tehnologijo RFID pod kodo tega živila zapišemo v evidenco informacijo o novi teži živila. Če se v sistemu pojavijo živila, ki so še neuporabljena, in enako uporabljeno živilo, lahko s pomočjo nadzorne enote, ki ima podatke o količini celotne zaloge tega živila, določimo, kolikšno količino tega živila imamo na voljo. Večji problem predstavljajo živila, ki so v tekočem stanju, saj različna gostota tekočine predstavlja različno težo živila. Za takšno točno ocenjevanje bi potrebovali bazo podatkov gostote posamezne tekočine, kjer bi na podlagi teže, ki je bila zaznana s pomočjo tehtnice, izračunali količino živila v tekočem stanju, ki je še ostalo v embalaži. 29

41 7 POVEZAVA V PODPORNO ŽIVLJENJSKO OKOLJE IN DOSTOPANJE DO PODATKOV PREKO IP TV Sistem nadzora količine živil je zasnovan tako, da vključuje povezavo s podpornim življenjskim okoljem in omogoča dostop do podatkov, ki so shranjeni v nadzorni enoti Raspberry pi. Do teh podatkov lahko dostopamo preko IP televizije. Na zaslonu IP TV-ja se tako prikazujejo vsi podatki, ki so povezani z živili v našem sistemu. V sklopu podpornega življenjskega okolja lahko v sistem vključimo tudi izbiro jedilnikov. Za izbiro jedilnikov, ki bi si jih izbrali v podpornem življenjskem okolju, moramo jedilnike najprej vnesti v sistem, da jih potem izbiramo za posamezni dan ali sestavo celotnega tedna. To omogoča, da se vsak dan ne sprašujemo in obremenjujemo, kaj bomo jedli, ampak sistem javi, kaj je ta dan na jedilniku. Ta funkcionalnost v sistemu ni koristna samo za sestavo navadnih jedilnikov, ampak je lahko koristna tudi za določene jedilnike, katerih namen je dieta. To je nato lahko koristno za uporabnike, ki imajo na primer sladkorno bolezen, saj lahko v sistem vnesejo svoje jedilnike in nato preko sistema urejajo in prilagajajo svoje jedilnike. V sistemu za posamezni dan pogledajo svoj prilagojen jedilnik in tako s pomočjo sistema izberejo hrano, ki je primerna za njihovo prehrano glede na bolezen. Takšna funkcija v sistemu je lahko koristna tudi za uporabnike, ki so alergični na določeno hrano ali imajo diete oziroma bi se želeli zdravo prehranjevati. Ko v podpornem življenjskem okolju izberemo določeni jedilnik, sistem preko IP TV-ja izpiše potrebna živila za pripravo jedi in v sistemu hitro vidimo informacije, katera živila so na volja in katera še potrebujemo. S tem je omogočeno tudi, da hitro ugotovimo, katerih živil, ki jih potrebujemo za sestavo jedi, ni na zalogi in ni potrebno preverjati razpoložljivosti vseh živil, ki jih potrebujemo. 30

42 Ko smo prišli do te točke sestave sistema, smo prišli tudi do ideje, da bi lahko v sklopu podpornega življenjskega okolja v sistem vključili možnost sporočanja manjkajočih živil na mobilni telefon. Tako lahko nekdo, ki potrebuje določeno živilo za sestavo jedi, posreduje to informacijo preko nadzorne enote Raspberry pi nekomu, ki je v bližini trgovine. Tako lahko privarčujemo čas in stroške poti nabave živila, saj lahko izbrana oseba, ki ji je bilo sporočilo posredovano, živilo kupi po poti, če je v bližini trgovine. 31

43 8 IZVEDBA SISTEMA Pri izvedbi sistema v okviru diplomskega dela smo bili glede nekaterih stvari omejeni, saj nismo mogli realizirati celotne shrambe ali hladilnika, zato smo se odločili za izvedbo s simuliranim prostorom s sistemom RFID. Ker nismo kupovali določenih živil, smo se tudi za živila odločili, da jih bomo simulirali s pomočjo kartice. Za izvedbo celotnega sistema v podpornem življenjskem okolju (kot je opisano v poglavjih 5, 6 in 7) bi potrebovali večje število opreme, kar bi predstavljalo velike stroške in obsežen razvoj programske kode, zato smo se odločili za izvedbo le osrednjega dela projekta. Tako smo v okviru diplomskega dela izvedli sistem evidence nad zalogami živil in prikaz podatkov. Za izvedbo sistema smo potrebovali: - Raspberry pi, ki nam je služil za izvajanje programa, - ostale komponente, ki jih Raspberry pi potrebuje za svoje delovanje, - seznam živil, v katerem je ID posameznega živila in ostali podatki o živilu in - programsko okolje Java-Eclipse, v katerem smo izvedli programsko kodo. 32

44 8.1 Postavitev sistema s pomočjo Raspberry pi-ja Raspberry pi, ki smo ga uporabljali v diplomskem delu pri izvedbi sistema, je Raspberry pi 2 Model B (podrobneje smo model opisali v poglavju 4.3). Za delovanje Raspberry pi-ja je potrebna SD kartica, na katero smo namestili operacijski sistem. Raspberry pi omogoča več različnih vrst operacijskih sistemov, mi smo izbrali operacijski sistem NOOBS (New Out Of Box Software). NOOBS je operacijski sistem, ki je za začetek najbolj priporočljiv in lažje namestljiv. Za vključitev in delovanje Raspberry pi-ja smo morali imeti priključene komponente: - SD kartico z naloženim operacijskim sistemom, - zaslon, ki ga z Raspberry pi-jem povežemo preko HDMI kabla, - tipkovnico in miško (oboje priporočeno) z USB izhodom, - dostop do spleta (poljubno) preko Ethernet kabla ali USB Wi-Fi in - zmogljivo napajanje, v našem primeru 5 V. Ko smo zagnali Raspberry pi, smo morali najprej vpisati username (uporabniško ime) in password (geslo). Nato se pojavi vrstica pi@ raspberrypi ~$ in vpišemo ukaz startx, da preidemo v grafični način (namizje) delovanja Raspberry pi-ja. Ko smo prešli v grafični način delovanja sistema, smo v LXTerminalu vpisali ukaz sudu apt-get update (Slika 8.1), s katerim smo posodobili Raspberry pi. Slika 8.1: Prikaz vpisanega ukaza sudo apt-get update v Terminalu Raspberry pi-ja. 33

45 Nato smo vpisali ukaz sudo apt-get install openjdk-7-jdk, s katerim smo naložili Javo na Raspberry pi. Nato smo vpisali še ukaz java version in izpisalo se je, katero verzijo Jave imamo naloženo (Slika 8.2). Slika 8.2: Prikaz izpisa verzije Jave na Raspberry pi-ju. 8.2 Programsko okolje Java Eclipse Eclipse je programsko razvojno okolje, v katerem izvajamo računalniško programiranje. Je integrirano razvojno okolje, ki vsebuje okno, v katerem imamo pregled nad projekti, urejevalnik izvorne kode, ukaz za izvajanje in prevajanje kode, prikazovalnik napak, ki prikaže morebitne napake v programu, in konzolo, ki prikaže izpis programa. S pomočjo Eclipsa razvijamo programsko kodo predvsem v Javi, lahko pa tudi v drugih programskih jezikih. Ker smo se odločili, da bomo programsko kodo za izvajanje sistema v podpornem življenjskem okolju programirali v Javi, smo si izbrali programsko opremo Eclipse, ki nam bo olajšala programiranje v Javi. V razvojnem okolju Eclipse smo najprej naredili Java projekt z imenom DiplomaIzvedba. Nato smo v projektu DiplomaIzvedba ustvarili nov razred (New Java Class) z imenom SistemRFIDpi. V Eclipsu se odpre urejevalnik izvorne kode, v katerem imamo že napisano public class SistemRFIDpi{ (na sliki (Slika 8.3) v črnem okvirju). Ob levi strani razvojnega okolja Eclipse, kjer je pregled nad projekti, se v projektu DiplomaIzvedba v mapi src istočasno ustvari datotaka SistemRFIDpi.java (na sliki (Slika 8.3) v rdečem okvirju). 34

46 Slika 8.3: Prikaz razvojnega okolja Eclipse. Programsko kodo, ki smo jo pisali in testirali v razvojnem okolju Eclipse, smo pisali in testirali na osebnem računalniku in jo nato prenesli na Raspberry pi. Na Raspberry pi smo naložili tudi Eclipse. To smo storili z ukazom sudo apt-get update in sudo apt-get install eclipse. Nato se izvede postopek nalaganja razvojnega okolja Eclipse in ko je postopek nalaganja končan, vpišemo ukaz eclipse (Slika 8.4). Slika 8.4: Prikaz vpisa ukaza eclipse. Prične se odpirati razvojno okolje Eclipse (Slika 8.5). Slika 8.5: Prikaz odpiranja programa Eclipse v Raspberry pi-ju. 35

47 V Eclipsu na Raspberry pi-ju smo uredili in popravili morebitne napake in lahko smo začeli izvajati program. 8.3 Seznam živil Ker v realizaciji sistema nismo uporabljali RFID tehnologije, smo to izvedli z branjem podatkov iz seznama, v katerem so zapisana živila. To smo izvedli tako, da smo v programu Beležnica napisali podatke o določenem živilu in potem te podatke brali, ko smo jih potrebovali za dodano živilo v sistemu. V programu Beležnica smo zapisali podatke o živilu: - ID živila, s pomočjo katerega je identificirano živilo in je za vsako vrsto živila drugačen, - živilo, npr. mleko, pijača - vrsta živila, ki definira živilo po časovnem parametru, npr. sveže ali trajno, - vsebovanost živila, iz katerega izvemo količino vsebovanosti enega živila (liter, gram ) in - rok trajanja, s pomočjo katerega vidimo, kako dolgo je živilo še obstojno. Ko smo vnesli vse podatke o naključno izbranem živilu, smo dokument shranili pod imenom SeznamZivil.txt (Slika 8.4). Slika 8.6: Prikaz naključno izbranih živil z njihovimi podatki vpisanih v beležnico. 36

48 V razvojnem okolju Eclipse smo branje iz dokumenta izvedli s pomočjo ukaza sc = new Scanner(new File("C:/Users/Miha/workspace/DiplomaIzvedba/SeznamZivil.txt")); na osebnem računalniku, ko pa smo program izvajali na Raspberry pi-ju, pa smo nastavili drugo ime mape, iz katere smo brali datoteko /home/pi/workspace/diplomaizvedba/seznamzivil.txt. 8.4 Realizacija sistema V programski kodi smo uporabili različne ukaze za vpisovanje, izpisovanje, pogoje, zanke, branje iz datoteke, vpisovanje v datoteko, sezname, spremenljivke in mnoge druge. Tako smo uporabili while zanko, pogojni stavek if, seznam ArrayList, spremenljivke int in string, vpis scanner, izpis System.out.println, branje iz datoteke Scanner File, vpisovanje v datoteko PrintWriter File Začetek programa Uvodni izpis 0 Izbira funkcije Izklop sistema 1 Dodajanje živila Dodano živilo Izpis seznam obstoječih živil Konec programa 2 Odvzemanje živila Odvzeto živilo Izpis seznam porabljenih živil 3 Izpis seznam obstoječih živil 4 5> Izpis seznam porabljenih živil Napačno izbrana funkcija Slika 8.7: Prikaz blok diagrama programske kode. Izvajanje programske kode na Raspberry pi-ju smo lahko izvajali v programskem okolju Eclipse (Slika 8.7) in Terminalu (Slika 8.8). 37

49 Slika 8.8: Prikaz izvajanja programske kode na Raspberry pi-ju v razvojnem okolju Eclipse. Slika 8.9: Prikaz izvajanja programske kode na Raspberry pi-ju v Terminalu. 38

50 Ko izberemo naslednje funkcije, so rezultati programa sledeči: - dodajanje živil (Slika 8.10), v kateri se izpišejo podatki dodanega živila, seznam obstoječih živil v sistemu in koliko obstoječih živil imamo v sistemu, Slika 8.10: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo dodajanja živila. - odvzem živila (Slika 8.11), v kateri se izpišejo podatki odvzetega živila, seznam porabljenih živil in koliko živil smo porabili iz sistema, Slika 8.11: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo odvzem živila. - prikaz seznama obstoječih živil (Slika 8.12), v kateri se izpiše seznam obstoječih živil, Slika 8.12: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo prikaza seznama obstoječih živil. - prikaz seznama odvzetih živil (Slika 8.13), v kateri se izpiše seznam porabljenih živil, Slika 8.13: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo prikaza seznama porabljenih živil. 39

51 - izklop sistema (Slika 8.14), v kateri se programska koda konča, kar pomeni izklop sistema. Slika 8.14: Prikaz rezultata programske kode ko izberemo funkcijo izklop sistema. Kot je omenjeno na začetku poglavja 8.1 smo programsko kodo izvajali na Raspberry pi 2 Model B (Slika 8.15). Slika 8.15: Prikaz Raspberry pi 2 Model B v delovanju 40