RFID 家禽管理系統(tǒng)解決方案

    隨著市場的放開，生豬和豬肉市場也不可避免地產(chǎn)生了一系列的問題，如市場混亂、缺乏統(tǒng)一管理、衛(wèi)生問題嚴(yán)重。這些問題的存在嚴(yán)重阻礙了豬肉市場的健康發(fā)展。動物跟蹤與識別是利用特定的標(biāo)簽，以某種技術(shù)手段與要識別的動物相對應(yīng)，可以隨時對動物的相關(guān)屬性進(jìn)行跟蹤與管理的一種技術(shù)[1]。生豬管理系統(tǒng)就是動物跟蹤與識別的一個應(yīng)用，它為加強(qiáng)牲畜的飼養(yǎng)，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識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的，它是自動識別領(lǐng)域的一個重要分支。在農(nóng)牧漁業(yè)中可用于羊群、魚群、水果等的管理以及寵物、野生動物跟蹤[2]。與目前應(yīng)用廣泛的基于光學(xué)技術(shù)的自動識別方法(如條形碼和攝像)相比，RFID具有一次處理多個標(biāo)簽并可將處理狀態(tài)寫入標(biāo)簽、不受大小及形狀限制、耐環(huán)境性強(qiáng)、穿透性強(qiáng)、數(shù)據(jù)的記憶容量大、可重復(fù)利用等許多優(yōu)點。

    RFID即射頻識別，又稱為電子標(biāo)簽(E．Tag)，其最早的應(yīng)用可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)中用于區(qū)分聯(lián)軍和納粹飛機(jī)的敵我辨識系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。如圖1是一個典型的RFID系統(tǒng)。它由標(biāo)簽(Tags)、讀寫器(Reader)、天線(Antenna)、主機(jī)(Host，用于處理數(shù)據(jù)的計算機(jī))和應(yīng)用支撐軟件等部分組成[3]。

    標(biāo)簽一般由芯片和天線組成；每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。標(biāo)簽附著在物體上或嵌人物體內(nèi)用以標(biāo)志目標(biāo)對象[4] 。根據(jù)發(fā)射射頻信號的方式不同，標(biāo)簽可分為主動式和被動式兩種。主動式標(biāo)簽(又稱為有源標(biāo)簽)通常由內(nèi)置電源供電，主動向讀寫器發(fā)送射頻信號；被動式標(biāo)簽(又稱為無源標(biāo)簽)不帶電池，其發(fā)射電波以及內(nèi)部芯片運行所需的能量均來自讀寫器所產(chǎn)生的電磁波。圖1中所示為被動標(biāo)簽。讀寫器通過控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收標(biāo)簽應(yīng)答；同時讀寫器要把時鐘信號和能量也發(fā)送給標(biāo)簽。讀寫器要對標(biāo)簽的對象標(biāo)志信息進(jìn)行解碼并將其連同標(biāo)簽上的其他相關(guān)信息傳送到主機(jī)以供處理。RFID讀寫器可以同時讀取多個標(biāo)簽內(nèi)的信息。主機(jī)負(fù)責(zé)對讀寫器所讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯集和計算，減少從讀寫器傳往企業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)量[5]。

    1 需求分析

    現(xiàn)代化生豬管理系統(tǒng)，要求管理無紙化、有序化、規(guī)范化、智能化。智能標(biāo)簽因為具有防水、防磁、防靜電、無磨損、信息儲存量大、一簽多用、操作方便等特點，所以完全能夠滿足這一要求。同時還應(yīng)滿足四點要求：① 為使操作簡單、方便、友好，要求采用全中文菜單式操作界面。② 系統(tǒng)應(yīng)提供完善的管理功能，自動形成各種報表。③政府需要加強(qiáng)對動物接種與疾病的預(yù)防管理。④ 由于食品安全危機(jī)頻繁發(fā)生，嚴(yán)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必須解決的問題。

    2 系統(tǒng)構(gòu)成及特點

    系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

    硬件設(shè)備(耳標(biāo)、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸器)；系統(tǒng)軟件(數(shù)據(jù)采集、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)庫)；附加設(shè)備(計算機(jī)、打印機(jī))。

    3 硬件設(shè)備簡介

    3．1 耳標(biāo)

    耳標(biāo)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(biāo)簽，專門用于標(biāo)志和區(qū)分不同牲畜的基本信息。在2～8 cm的距離內(nèi)，內(nèi)碼標(biāo)志均可讀出。它采用美國大型集成電路，用半導(dǎo)體編碼器進(jìn)行編碼，內(nèi)置激光工藝刻錄的64位二進(jìn)制，全球唯一編碼的硅晶片汐 面用強(qiáng)樹脂材料封裝，具有超強(qiáng)的抗沖擊、防靜電、防腐蝕、防水、防塵、耐磨擦等性能。

    耳標(biāo)是無源器件?，F(xiàn)場安裝無須布線，不受現(xiàn)場條件限制、無須日常維護(hù)，使用壽命在20年以上，是國際通用型信息標(biāo)志物。將耳標(biāo)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(biāo)：重量為1．0 g；識讀次數(shù)>100萬次；使用壽命>20年；工作溫度一4O℃ ～85oC；規(guī)格為硬幣、鑰匙牌、柱形等多種封裝形式。

    3．2 數(shù)據(jù)采集器

    非接觸感應(yīng)式數(shù)據(jù)采集器是采用射頻識別技術(shù)開發(fā)的高科技產(chǎn)品。由于讀取標(biāo)示物內(nèi)碼時可避免接觸，故記錄器無接觸性的損耗、壽命長。硬件特性：采用壓模金屬外殼，堅固耐用，可以保護(hù)內(nèi)部電子設(shè)備免受沖擊和工作時的意外損傷。沒有可拆動的零件，lED中文顯示、可充電鋰電池、實時時鐘、非易失存儲器，特別適合于實際工作。

    技術(shù)參數(shù)：處理器為高速32位處理器；顯示器為LCD160×128點陣，四級灰度，EL背光LCD96×64；工作電源為5．6V；通信接口為USB；工作溫度為一20~C～50~C；存儲溫度為一40~C～55~C；記錄容量為4 095條，可擴(kuò)充8 190條，可擴(kuò)展為8 MB(NOR)+128 MB(NAND)；充電電池為970 mAH鋰離子電池；待機(jī)電流小于1 p,A。

    4 系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)庫選擇

    根據(jù)項目情況，決定在Windows．NET框架上開發(fā)基于Windows平臺的應(yīng)用程序，信息采集部分采用B／S結(jié)構(gòu)。這種方式下，操作人員可以在任意地點進(jìn)行處理，提高了各數(shù)據(jù)采集點工作人員的數(shù)據(jù)處理速度和安全性。并且，系統(tǒng)可以隨時統(tǒng)計出各養(yǎng)殖區(qū)縣的生豬養(yǎng)殖動態(tài)數(shù)量信息；隨時統(tǒng)計出養(yǎng)殖場數(shù)量和規(guī)模信息；隨時生成需要的各種統(tǒng)計報表；如果發(fā)現(xiàn)問題，可以隨時查到問題豬肉的養(yǎng)殖場信息、加工廠信息，并自動生成事故處理建議方案。

    數(shù)據(jù)庫平臺選用微軟的SQL Server。其事務(wù)以及數(shù)據(jù)完整性邏輯都能作為存儲過程和觸發(fā)器直接存于服務(wù)器中。這種編程可避免被客戶非法使用或誤操作。此外，預(yù)編譯存儲過程的引入使SQL Server在使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫高性能地進(jìn)行事務(wù)處理方面樹立起一個新標(biāo)準(zhǔn)。SQL Server Client／Server體系結(jié)構(gòu)通過數(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程過程調(diào)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(shù)據(jù)庫的遠(yuǎn)程過程(RPC)，任何SQL Server的Client或Server可為訪問網(wǎng)絡(luò)上的任何其他Client和Server，還能夠?qū)崿F(xiàn)跨服務(wù)器的事務(wù)橫跨多個RDBMS。

    SQL Server在分布式聯(lián)機(jī)系統(tǒng)所必須關(guān)注的八個主要問題上，即查詢性能、事務(wù)處理能力、高可靠性、場地自治性、可擴(kuò)展性、可互操作性、應(yīng)變能力、數(shù)據(jù)完整性方面都擁有最佳的解決方案。

    5 系統(tǒng)簡介

    生豬管理系統(tǒng)工作原理如圖3所示。 

    生豬管理系統(tǒng)由飼養(yǎng)場、屠宰場和銷售三個部分組成。方案按照現(xiàn)代化管理要求設(shè)計，實現(xiàn)對牲畜的來源、日常飼養(yǎng)、接種免疫等相關(guān)方面的全方位的計算機(jī)管理。目標(biāo)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(yǎng)場管理模塊負(fù)責(zé)牲畜的健康管理和日常管理，具有界面簡潔、反應(yīng)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(yǎng)員編號、出生時間、畜養(yǎng)時間、出欄時間)瀏覽查詢；② 指定條件(牲畜編號、飼養(yǎng)員編號、出生時間、畜養(yǎng)時間、出欄時間)打印相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表；③ 支持規(guī)模不同的飼養(yǎng)場；④支持牲畜的日常管理；⑤ 支持牲畜的健康管理；⑥可進(jìn)行牲畜的日常查詢和健康查詢等。

    (2)屠宰場管理模塊主要負(fù)責(zé)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(qiáng)大、極易擴(kuò)充。主要功能特征有：①強(qiáng)調(diào)以衛(wèi)生安全為主的管理模式；②生豬出場之后，每一步操作都要求有詳細(xì)記錄；③生豬豬肉的等級管理。

    (3)銷售管理模塊提供銷售時間查詢，銷售的豬肉等級、重量查詢，生產(chǎn)日期查詢，出場時間查詢等。 
以上三個模塊既可以聯(lián)合起來，讓領(lǐng)導(dǎo)層對整個過程有一個宏觀的認(rèn)識，又可以分散開，讓各個部門管理自己的模塊。

    5．1 飼養(yǎng)場管理模塊

    (1)飼養(yǎng)場設(shè)定：①對飼養(yǎng)場進(jìn)行編號，對應(yīng)到各個不同的飼養(yǎng)場或個人；②對于大型的飼養(yǎng)場，可進(jìn)行養(yǎng)豬棚的設(shè)定；③ 一個養(yǎng)豬棚又可以有多個豬圈。

    (2)生豬基本信息的設(shè)定：① 對生豬進(jìn)行編號，詳細(xì)記錄牲畜來源、畜別、出生時間、畜養(yǎng)時間、出欄時間；②詳細(xì)記錄生豬的體貌特征、日常飲食、病史、生育史；③可以隨時查詢當(dāng)前每個生豬的健康狀況，是否接受過免疫檢查。

    5．2 屠宰場管理模塊 

    (1)屠宰場設(shè)定與查詢：對屠宰場基本信息的查詢，可以對某一個屠宰場的當(dāng)前狀況進(jìn)行查詢；同時可以針對某一頭豬，進(jìn)行跟蹤查詢。 
    (2)豬肉的管理：對屠宰完的豬肉，可以按部位進(jìn)行檢索，查詢每個部位的用途。

    5．3 銷售與包裝管理模塊 

    可對豬肉等級、部位、重量、生產(chǎn)日期和出廠Ft期等進(jìn)行查詢。

    6 使用RFID技術(shù)會帶來的便利和優(yōu)勢

    系統(tǒng)的性能特點如下： ．

    (1)感應(yīng)式數(shù)據(jù)采集，操作更簡單、便捷。數(shù)據(jù)采集時，只需將采集器在巡檢點耳標(biāo)附近輕輕一晃，即可讀出當(dāng)前信息；

    (2)獲得的數(shù)據(jù)和信息不能被破壞或修改；

    (3)系統(tǒng)使用由無源存儲器的射頻芯片組成的全封閉感應(yīng)信息鈕，具有全球唯一的ID碼，經(jīng)久耐用，不可竄改或復(fù)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)無須布線，安裝簡易；

    (6)簡單、方便的編碼設(shè)置，巡檢點的增減十分方便；

    (7)無接觸式數(shù)據(jù)傳輸，從而無磨損；

    (8)完整的軟件配套，使制定及修改復(fù)雜的多級管理系統(tǒng)變得非常簡單、方便。

    RFID系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的多步驟供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中跟蹤產(chǎn)品供應(yīng)情況，是理想的高效供應(yīng)鏈管理解決方案，使眾多的行業(yè)受益非淺。RFID解決方案在簡化食品供應(yīng)物流管理方面，能為用戶帶來益處，范圍覆蓋從農(nóng)場的家畜及新鮮農(nóng)作物，到人們在餐館里食用的食品以及在超市中購買的包裝食品。

    RFID解決方案可確保任何供應(yīng)鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流，讓食品行業(yè)實現(xiàn)兩個最重要的目標(biāo)：①徹底實施源頭食品追蹤解決方案；②在食品供應(yīng)鏈中提供完全透明度的能力。

    RFID系統(tǒng)可提供食品鏈中食品與來源之間的可靠聯(lián)系，確保到達(dá)超市貨架及餐館廚房的食品來源史是清晰的，并可追蹤到具體的動物或植物個體及農(nóng)場。RFID是一個百分之百追蹤食品來源的解決方案，因而可回答用戶有關(guān)“食品從哪里來，中間處理環(huán)節(jié)是否完善”等問題，并給出詳盡、可靠的回答；可有效監(jiān)控解決食品安全問題。

    7 結(jié)束語

    這項被稱為(RFID牲畜安全防疫信息管理系統(tǒng)》的解決方案，采用美國Ipico公司的硬件設(shè)備，配以自主開發(fā)的應(yīng)用軟件。所有生豬的養(yǎng)殖場、加工廠、屠宰場等環(huán)節(jié)信息，都將被記錄在有關(guān)的RFID芯片和計算機(jī)信息系統(tǒng)內(nèi)，通過鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的電腦終端、縣級數(shù)據(jù)中心和省級數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中處理和上報。做到生產(chǎn)、銷售等各個環(huán)節(jié)信息的公開、透明和高效率反饋，徹底解決問題豬和問題肉的困擾，從而確保消費者能夠吃到放心肉。