基于RFID動(dòng)物跟蹤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

目前，人們對(duì)肉類食品、奶制品的需求量日益增加：與此同時(shí)，人們也越來(lái)越關(guān)注這些產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，這給一些企業(yè)提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)，要求企業(yè)有一個(gè)完整的管理體系對(duì)這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督與控制。然而，近十多年來(lái)，全世界的動(dòng)物疫情不斷爆發(fā)，如瘋牛病、豬鏈球菌、口蹄疫、禽流感等，給人民的身體健康和生命帶來(lái)嚴(yán)重威脅，也沉重地打擊了全世界的畜牧業(yè)，從而引起了世界各國(guó)的高度重視。為此，各國(guó)政府迅速制定相應(yīng)的政策和采取各種措施，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物的監(jiān)控管理，其中對(duì)動(dòng)物的識(shí)別與跟蹤成為這些重大措施之一。例如，英國(guó)政府就規(guī)定對(duì)豬、馬、牛、綿羊與山羊等飼養(yǎng)動(dòng)物都必須采取各種跟蹤與識(shí)別手段。

本系統(tǒng)研究的目的在于應(yīng)用RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，建立一個(gè)完整、靈活、便捷的管理系統(tǒng)，提高養(yǎng)豬場(chǎng)的現(xiàn)代化管理水平；同時(shí)，在豬肉及其制品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便管理人員迅速找出病源，從而做出相應(yīng)的處理，避免損失的擴(kuò)大。 RFID是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、可讀寫、穿透力強(qiáng)、讀寫距離遠(yuǎn)、讀取速率快、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。而且它還是唯一可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

基于 RFID的動(dòng)物識(shí)別與跟蹤管理系統(tǒng)由RFID射頻卡、讀寫器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三部分組成，見圖1。讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID射頻卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲(chǔ)，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。本系統(tǒng)中讀寫器包括固定式和手持式兩種。RFID卡則是一種無(wú)源的應(yīng)答器，它主要由一塊集成電路 （1C）芯片及其外接天線組成，RFID芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲(chǔ)器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。

圖1 基于RFID的動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的基本工作原理是：當(dāng)帶有“耳釘“（RFID卡）的豬進(jìn)入讀寫器的射頻場(chǎng)后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路升壓后作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過(guò)射頻前端電路檢得數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過(guò)天線發(fā)回給讀寫器。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)接口獲取養(yǎng)殖場(chǎng)里豬的信息，并集養(yǎng)豬場(chǎng)日常管理需要的基本功能為一體，將養(yǎng)豬場(chǎng)日常管理所涉及的各種記錄、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等原來(lái)用手工完成的工作全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理。系統(tǒng)基本滿足了養(yǎng)豬場(chǎng)目前生產(chǎn)管理的需要，從宏觀決策上提供信息，便于管理者及時(shí)、準(zhǔn)確地了解養(yǎng)豬場(chǎng)的管理狀況，提高了現(xiàn)代化管理水平。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中硬件電路的實(shí)現(xiàn)包括：豬“耳釘”（RFID卡）的安裝、標(biāo)簽讀寫器的實(shí)現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組建三部分。

2．1“耳釘”（RFID卡）的安裝

目前，給動(dòng)物安裝電子標(biāo)簽的基本方法有頸圈式、耳牌（釘）式、注射式和藥丸式電子標(biāo)簽，各種標(biāo)簽有它自己的特點(diǎn)和適用范圍 。頸圈式標(biāo)簽的成本太高，而注射式標(biāo)簽和藥丸式標(biāo)簽對(duì)豬這種動(dòng)物又不合適，所以本系統(tǒng)中采用的是“耳釘”式電子標(biāo)簽。耳釘式電子標(biāo)簽不僅存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)多，而且抗臟污和雨水?！岸敗笔缴漕l卡里存儲(chǔ)的信息有：養(yǎng)豬場(chǎng)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地址、郵政編碼、品種信息、耳釘佩戴日期、檢疫與免疫信息、疾病信息、家譜及繁殖信息、出欄日期等，所有這些信息必須涵蓋這頭豬從出生后的整個(gè)生命周期，以便于對(duì)豬進(jìn)行識(shí)別跟蹤與管理。

2．2 RFID標(biāo)簽讀寫器的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中使用的RFID標(biāo)簽讀寫器有兩種：一種是固定式讀寫器；另一種是手持式讀寫器，見圖2。固定式讀寫器與手持式讀寫器的主要區(qū)別是：手持式讀寫器能夠在讀取大量的RFID標(biāo)簽信息后，使這些信息通過(guò)pc機(jī)的USB接口或COM口輸入到系統(tǒng)的軟件平臺(tái)中。而固定式讀寫器在讀取RFID標(biāo)簽信息后是實(shí)時(shí)傳輸?shù)杰浖脚_(tái)中，而不用在讀寫器中存儲(chǔ)。固定式讀寫器被安裝在豬舍的某一固定位置，可以通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)與軟件平臺(tái)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換。手持式讀寫器的使用十分方便，在集中讀取RFID標(biāo)簽信息后然后才與Pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于篇幅的限制，本文中只給出了固定式讀寫器的原理框圖，見圖3。其中各模塊的功能如下：

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖