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淺析rfid生豬管理解決方案
摘要：提出了一種牲畜管理的自動(dòng)化解決方案，它將現代化養殖技術(shù)和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段結合在一起，為生豬的養殖和管理提供了新的管理方法，以提高生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)射頻識別;食品安全;供應鏈;動(dòng)物識別
0引言
隨著(zhù)市場(chǎng)的放開(kāi)，生豬和豬肉市場(chǎng)也不可避免地產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題，如市場(chǎng)混亂、缺乏統一管理、衛生問(wèn)題嚴重。這些問(wèn)題的存在嚴重阻礙了豬肉市場(chǎng)的健康發(fā)展。動(dòng)物跟蹤與識別是利用特定的標簽,以某種技術(shù)手段與要識別的動(dòng)物相對應，可以隨時(shí)對動(dòng)物的相關(guān)屬性進(jìn)行跟蹤與管理的一種技術(shù)［1］。生豬管理系統就是動(dòng)物跟蹤與識別的一個(gè)應用，它為加強牲畜的飼養，定期檢查牲畜的健康提供了絕佳的條件。RFID是利用射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)信息的，它是自動(dòng)識別領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。在農牧漁業(yè)中可用于羊群、魚(yú)群、水果等的管理以及寵物、野生動(dòng)物跟蹤［2］。與目前應用廣泛的基于光學(xué)技術(shù)的自動(dòng)識別方法（如條形碼和攝像）相比，RFID具有一次處理多個(gè)標簽并可將處理狀態(tài)寫(xiě)入標簽、不受大小及形狀限制、耐環(huán)境性強、穿透性強、數據的記憶容量大、可重復利用等許多優(yōu)點(diǎn)。
RFID即射頻識別，又稱(chēng)為電子標簽（E－Tag），其最早的應用可以追溯到第二次世界大戰中用于區分聯(lián)軍和納粹飛機的敵我辨識系統。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，RFID的應用領(lǐng)域日益擴大。如圖1是一個(gè)典型的RFID系統。它由標簽（Tags）、讀寫(xiě)器（Reader）、天線(xiàn)（Antenna）、主機（Host，用于處理數據的計算機）和應用支撐軟件等部分組成［3］。
標簽一般由芯片和天線(xiàn)組成；每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼。標簽附著(zhù)在物體上或嵌入物體內用以標志目標對象［4］。根據發(fā)射射頻信號的方式不同，標簽可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式標簽（又稱(chēng)為有源標簽）通常由內置電源供電，主動(dòng)向讀寫(xiě)器發(fā)送射頻信號；被動(dòng)式標簽（又稱(chēng)為無(wú)源標簽）不帶電池，其發(fā)射電波以及內部芯片運行所需的能量均來(lái)自讀寫(xiě)器所產(chǎn)生的電磁波。圖1中所示為被動(dòng)標簽。讀寫(xiě)器通過(guò)控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號，并接收標簽應答;同時(shí)讀寫(xiě)器要把時(shí)鐘信號和能量也發(fā)送給標簽。讀寫(xiě)器要對標簽的對象標志信息進(jìn)行解碼并將其連同標簽上的其他相關(guān)信息傳送到主機以供處理。RFID讀寫(xiě)器可以同時(shí)讀取多個(gè)標簽內的信息。主機負責對讀寫(xiě)器所讀取的標簽數據進(jìn)行過(guò)濾、匯集和計算，減少從讀寫(xiě)器傳往企業(yè)應用的數據量［5］。
1需求分析
現代化生豬管理系統，要求管理無(wú)紙化、有序化、規范化、智能化。智能標簽因為具有防水、防磁、防靜電、無(wú)磨損、信息儲存量大、一簽多用、操作方便等特點(diǎn)，所以完全能夠滿(mǎn)足這一要求。同時(shí)還應滿(mǎn)足四點(diǎn)要求：①為使操作簡(jiǎn)單、方便、友好，要求采用全中文菜單式操作界面。②系統應提供完善的管理功能，自動(dòng)形成各種報表。③政府需要加強對動(dòng)物接種與疾病的預防管理。④由于食品安全危機頻繁發(fā)生，嚴重影響了人們的身體健康，引起了全世界的廣泛關(guān)注。如何對食品有效跟蹤和追溯成為一個(gè)必須解決的問(wèn)題。
2系統構成及特點(diǎn)
系統主要由以下幾部分組成：
硬件設備（耳標、數據采集器、數據傳輸器）；系統軟件（數據采集、信息發(fā)布、數據庫）；附加設備（計算機、打印機）。
3硬件設備簡(jiǎn)介
3．1耳標
耳標是凱泰科技有限公司利用先進(jìn)技術(shù)自行研制的智能電子標簽，專(zhuān)門(mén)用于標志和區分不同牲畜的基本信息。在2~8 cm的距離內，內碼標志均可讀出。它采用美國大型集成電路，用半導體編碼器進(jìn)行編碼，內置激光工藝刻錄的64位二進(jìn)制，全球唯一編碼的硅晶片；外面用強樹(shù)脂材料封裝，具有超強的抗沖擊、防靜電、防腐蝕、防水、防塵、耐磨擦等性能。
耳標是無(wú)源器件�，F場(chǎng)安裝無(wú)須布線(xiàn)，不受現場(chǎng)條件限制、無(wú)須日常維護，使用壽命在20年以上，是國際通用型信息標志物。將耳標釘入牲畜的耳朵中，牲畜很難將它摘下，方便管理。
技術(shù)指標：重量為1.0 g；識讀次數>100萬(wàn)次；使用壽命>20年；工作溫度-40℃～85℃；規格為硬幣、鑰匙牌、柱形等多種封裝形式。
3．2數據采集器
非接觸感應式數據采集器是采用射頻識別技術(shù)開(kāi)發(fā)的高科技產(chǎn)品。由于讀取標示物內碼時(shí)可避免接觸，故記錄器無(wú)接觸性的損耗、壽命長(cháng)。
硬件特性：采用壓模金屬外殼，堅固耐用，可以保護內部電子設備免受沖擊和工作時(shí)的意外損傷。沒(méi)有可拆動(dòng)的零件，LCD中文顯示、可充電鋰電池、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、非易失存儲器，特別適合于實(shí)際工作。
技術(shù)參數：處理器為高速32位處理器；顯示器為L(cháng)CD 160×128點(diǎn)陣，四級灰度，EL背光LCD96×64；工作電源為5.6V；通信接口為USB；工作溫度為-20℃~50℃；存儲溫度為-40℃~55℃；記錄容量為4 095條，可擴充8 190條，可擴展為 8 MB(NOR)+128 MB(NAND)；充電電池為970 mAH鋰離子電池；待機電流小于1 μA。
4系統軟件及數據庫選擇
根據項目情況，決定在Windows .NET 框架上開(kāi)發(fā)基于 Windows 平臺的應用程序，信息采集部分采用B/S結構。這種方式下，操作人員可以在任意地點(diǎn)進(jìn)行處理，提高了各數據采集點(diǎn)工作人員的數據處理速度和安全性。并且，系統可以隨時(shí)統計出各養殖區縣的生豬養殖動(dòng)態(tài)數量信息；隨時(shí)統計出養殖場(chǎng)數量和規模信息；隨時(shí)生成需要的各種統計報表；如果發(fā)現問(wèn)題，可以隨時(shí)查到問(wèn)題豬肉的養殖場(chǎng)信息、加工廠(chǎng)信息，并自動(dòng)生成事故處理建議方案。
數據庫平臺選用微軟的SQL Server。其事務(wù)以及數據完整性邏輯都能作為存儲過(guò)程和觸發(fā)器直接存于服務(wù)器中。這種編程可避免被客戶(hù)非法使用或誤操作。此外，預編譯存儲過(guò)程的引入使SQL Server在使用關(guān)系型數據庫高性能地進(jìn)行事務(wù)處理方面樹(shù)立起一個(gè)新標準。SQL Server Client/Server 體系結構通過(guò)數據庫的遠程過(guò)程調用為Client/Server及Server/Server的通信提供了綜合的、基于消息的支持。使用數據庫的遠程過(guò)程(RPC)，任何SQL Server的Client或Server可為訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )上的任何其他Client和Server，還能夠實(shí)現跨服務(wù)器的事務(wù)橫跨多個(gè)RDBMS。
SQL Server 在分布式聯(lián)機系統所必須關(guān)注的八個(gè)主要問(wèn)題上，即查詢(xún)性能、事務(wù)處理能力、高可靠性、場(chǎng)地自治性、可擴展性、可互操作性、應變能力、數據完整性方面都擁有最佳的解決方案。
5系統簡(jiǎn)介
生豬管理系統工作原理如圖3所示。
生豬管理系統由飼養場(chǎng)、屠宰場(chǎng)和銷(xiāo)售三個(gè)部分組成。方案按照現代化管理要求設計，實(shí)現對牲畜的來(lái)源、日常飼養、接種免疫等相關(guān)方面的全方位的計算機管理。目標在于提高牲畜的管理作業(yè)效率，提高牲畜的質(zhì)量。
�。�1）飼養場(chǎng)管理模塊負責牲畜的健康管理和日常管理，具有界面簡(jiǎn)潔、反應快速、運行安全可靠的特征。主要功能有：①指定條件（牲畜編號、飼養員編號、出生時(shí)間、畜養時(shí)間、出欄時(shí)間）瀏覽查詢(xún)；②指定條件（牲畜編號、飼養員編號、出生時(shí)間、畜養時(shí)間、出欄時(shí)間）打印相關(guān)的數據統計報表；③支持規模不同的飼養場(chǎng)；④支持牲畜的日常管理；⑤支持牲畜的健康管理；⑥可進(jìn)行牲畜的日常查詢(xún)和健康查詢(xún)等。
�。�2）屠宰場(chǎng)管理模塊主要負責對生豬屠宰之后的管理操作。該部分在Windows系列的環(huán)境下運行，界面友好，便于操作，易學(xué)易用，而且功能強大、極易擴充。主要功能特征有：①強調以衛生安全為主的管理模式；②生豬出場(chǎng)之后，每一步操作都要求有詳細記錄；③生豬豬肉的等級管理。
�。�3）銷(xiāo)售管理模塊提供銷(xiāo)售時(shí)間查詢(xún)，銷(xiāo)售的豬肉等級、重量查詢(xún)，生產(chǎn)日期查詢(xún)，出場(chǎng)時(shí)間查詢(xún)等。
以上三個(gè)模塊既可以聯(lián)合起來(lái)，讓領(lǐng)導層對整個(gè)過(guò)程有一個(gè)宏觀(guān)的認識，又可以分散開(kāi)，讓各個(gè)部門(mén)管理自己的模塊。
5．1飼養場(chǎng)管理模塊
�。�1）飼養場(chǎng)設定：①對飼養場(chǎng)進(jìn)行編號，對應到各個(gè)不同的飼養場(chǎng)或個(gè)人；②對于大型的飼養場(chǎng)，可進(jìn)行養豬棚的設定；③一個(gè)養豬棚又可以有多個(gè)豬圈。
(2)生豬基本信息的設定：①對生豬進(jìn)行編號，詳細記錄牲畜來(lái)源、畜別、出生時(shí)間、畜養時(shí)間、出欄時(shí)間；②詳細記錄生豬的體貌特征、日常飲食、病史、生育史；③可以隨時(shí)查詢(xún)當前每個(gè)生豬的健康狀況，是否接受過(guò)免疫檢查。
5． 2屠宰場(chǎng)管理模塊
�。�1）屠宰場(chǎng)設定與查詢(xún)：對屠宰場(chǎng)基本信息的查詢(xún)，可以對某一個(gè)屠宰場(chǎng)的當前狀況進(jìn)行查詢(xún)；同時(shí)可以針對某一頭豬，進(jìn)行跟蹤查詢(xún)。
�。�2）豬肉的管理：對屠宰完的豬肉，可以按部位進(jìn)行檢索，查詢(xún)每個(gè)部位的用途。
5．3銷(xiāo)售與包裝管理模塊
可對豬肉等級、部位、重量、生產(chǎn)日期和出廠(chǎng)日期等進(jìn)行查詢(xún)。
6使用RFID技術(shù)會(huì )帶來(lái)的便利和優(yōu)勢
系統的性能特點(diǎn)如下：
�。�1）感應式數據采集，操作更簡(jiǎn)單、便捷。數據采集時(shí)，只需將采集器在巡檢點(diǎn)耳標附近輕輕一晃，即可讀出當前信息；
�。�2）獲得的數據和信息不能被破壞或修改；
�。�3）系統使用由無(wú)源存儲器的射頻芯片組成的全封閉感應信息鈕，具有全球唯一的ID碼，經(jīng)久耐用，不可竄改或復制；
�。�4）一次性全封閉封裝成型，耐熱、抗凍、防水、防震、抗電磁波，能在惡劣的環(huán)境下正常工作；
�。�5）無(wú)須布線(xiàn)，安裝簡(jiǎn)易；
�。�6）簡(jiǎn)單、方便的編碼設置，巡檢點(diǎn)的增減十分方便；
�。�7）無(wú)接觸式數據傳輸，從而無(wú)磨損；
�。�8）完整的軟件配套，使制定及修改復雜的多級管理系統變得非常簡(jiǎn)單、方便。
RFID系統能夠在復雜的多步驟供應網(wǎng)絡(luò )中跟蹤產(chǎn)品供應情況，是理想的高效供應鏈管理解決方案，使眾多的行業(yè)受益非淺。RFID解決方案在簡(jiǎn)化食品供應物流管理方面，能為用戶(hù)帶來(lái)益處，范圍覆蓋從農場(chǎng)的家畜及新鮮農作物，到人們在餐館里食用的食品以及在超市中購買(mǎi)的包裝食品。
RFID解決方案可確保任何供應鏈的高質(zhì)量數據交流，讓食品行業(yè)實(shí)現兩個(gè)最重要的目標：①徹底實(shí)施源頭食品追蹤解決方案；②在食品供應鏈中提供完全透明度的能力。
RFID系統可提供食品鏈中食品與來(lái)源之間的可靠聯(lián)系，確保到達超市貨架及餐館廚房的食品來(lái)源史是清晰的，并可追蹤到具體的動(dòng)物或植物個(gè)體及農場(chǎng)。RFID是一個(gè)百分之百追蹤食品來(lái)源的解決方案，因而可回答用戶(hù)有關(guān)“食品從哪里來(lái)，中間處理環(huán)節是否完善”等問(wèn)題，并給出詳盡、可靠的回答；可有效監控解決食品安全問(wèn)題。
7結束語(yǔ)
這項被稱(chēng)為《RFID牲畜安全防疫信息管理系統》的解決方案，采用美國Ipico公司的硬件設備，配以自主開(kāi)發(fā)的應用軟件。所有生豬的養殖場(chǎng)、加工廠(chǎng)、屠宰場(chǎng)等環(huán)節信息，都將被記錄在有關(guān)的RFID芯片和計算機信息系統內，通過(guò)鄉鎮一級的電腦終端、縣級數據中心和省級數據中心進(jìn)行集中處理和上報。做到生產(chǎn)、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節信息的公開(kāi)、透明和高效率反饋，徹底解決問(wèn)題豬和問(wèn)題肉的困擾，從而確保消費者能夠吃到放心肉。
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