基于RFID技术的奶牛疫病监管系统的设计与实现

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基于RFID技术的奶牛疫病监管系统的设计与实现

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引言

　　RFID技术是一种非接触式自动识别技术，该技术利用感应、无线电波或微波进行非接触双向通信，达到识别及数据交换目的的自动识别技术。

　　RFID系统的工作原理是：读写器通过天线发送出一定频率的射频信号：当RFID标签进入读写器工作场时，其天线产生感应电流，从而RFID标签被激活并向读写器发送出自身编码等信息：读写器接收到来自标签的载波信号，对接收的信号进行解调和解码后送至计算机主机进行处理：计算机系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指令信号：RFID标签的数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑，控制逻辑接收指令完成存储、发送数据或其他操作。

　　目前定义RF ID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，RFID在动物识别领域的应用技术较为成熟，在该领域中使用无源的感应器低频段，工作频率从120KHz到134KHz。

* X4 _9 [) r) f' b7 L　　利用RFID技术应用于奶牛耳标，利用网络技术和应用系统，实现对奶牛疫病的监控和管理，有效提高奶牛生产的管理水平和工作效率RFID的特性使其应用于畜产品安全管理有很好特性，通过其相应后台信息系统，达到对农产品安全的有效管理。在本项目中的应用可追踪到具体的奶牛场的每一头奶牛。可有效监控奶产品安全问题。

　　1 基于RFID技术的奶牛疫病监管系统的设计意义
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　　利用RFID保障奶牛产品的安全性，使产品具有可追溯能力。
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( a4 F0 e! H* M2 y3 L2 ?" M图1 奶牛疫病网络监管系统总体结构图

　　近年来，由于食品安全危机频繁发生，严重影响了人们的身体健康，引起了全世界的广泛关注，欧盟、美国等发达国家和地区要求对出口到当地的食品均必须能够进行跟踪和追溯，在此次项目中采用了RFID(电子标签)技术，实施“源头”食品追踪，在食品供应链中提供透明度。RFID系统可提供食品链中食品与来源之间的可靠联系，确保到达超市货架及餐馆厨房的食品的来源史是清晰的，并可追踪到具体的奶牛场，可回答用户有关“食品从哪里来，中间处理环节是否完善”等问题，并给出详尽、可靠的回答。可有效监控解决食品安全问题。

　　利用RFID实现奶牛疫病监管全过程的监控。这本身就要求对饲养奶牛群的总体状况有详细的了解，对奶牛的饲养、生产、繁殖，特别是对疾病的预防与控治进行严格的监控，这对保障奶牛产品的安全卫生，保障奶牛业生产健康持续稳定发展、保障人民身体健康和生命财产安全起着重要作用。利用RFID给决策部门提供有利信息作好疫病防控措施，实现奶牛饲养的规模化、集约化、现代化管理方式。随着奶牛饲养业的不断发展，提高奶牛个体产乳量、提高饲养牛群总体经济效益、生产管理水平和对主要疫病的控制水平已经是提升奶牛生产发展的重要措施，从目前的生产现状以及对奶牛生产和疫病控制管理的要求，奶牛生产引入计算机管理已成为必然趋势和发展方向。
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　　2 基于RFID技术的奶牛疫病监管系统的信息采集

　　2.1 RFID的原理

　　在奶牛疫病监管系统的RFID标签采用奶牛电子编码ECC(Electronic CowCode)标准体系，该体系包括ECC、Tag、Reader、Savant、ONS、PML等要素。ECC码是奶牛疫病监管过程中给奶牛打上的惟一标识，记录着奶牛场所属行政区域代码、牛只编码、出生基本信息编码等：读卡器(Reader)用于采集标签数据，养殖场管理员通过固定式RFID读卡器读取奶牛的RFID耳标，读卡器将采集的标签数据传送给中间件(Savant)，Savant中间件负责管理和传送奶牛电子码相关数据：对象命名系统ONs(Object—Name System)是一个自动的网络服务系统，类似于域名解析服务(DNS)，提供全局范围的信息共享机制，这样Savant软件通过ONS实现ECC与奶牛疫病监管各个环节信息采集：从而实现网络管理与监控。通信的语言规范采用物理标记语言PML(PhysicalMarkup Language)
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6 u: k( \0 Q* v* o* B4 l' w, T　　2.2 RFlD技术应用与实现

　　饲养管理员通过固定式RFID读卡器，读取任一头奶牛的RFID耳标，电脑识别出该头牛的编号：牛场编号(牛场名称)、牛只编号，在电脑系统数据库中获取该头牛的详细信息包括：父号，母号，祖父、母号，外祖父、母，来源地，来源类型，品种，毛色，出生日期，初生重，所属牛舍，牛只状态，转入日期(转入日期必须大于出生日期)，别名等，奶牛实行RFID电子信息卡制管理，全部实现了网络管理与监控。
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& z' l! I$ F2 r; a; k, V6 t/ F. G* F　　2.3 新型的数据采集方式

) A' h4 _' s  H8 k" J, E　　利用新型的Socket CF Reader读卡器，结合现有的掌上电脑PDA，开发新的数据采集方式特点：
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, G8 v/ A! A! ^. {7 S1 u4 _　　(1)双重功能

4 r; Y, }' y% T# b+ W　　独特的双重功能CFRFID扫描读卡器6M／6P为带cF插槽的Windows Mo—bi le设各添加HFRFID读／写和条形码扫描功能。

4 M0 A# r; g: w# q  a　　(2) 手操作

! |  `: e) q! U! W　　将CFRFID读卡器插入到PDA后，可以单手操作。

6 S2 ]; N/ F7 u; V9 D& N　　(3)低能耗设计
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7 O1 r. W3 l% s8 h5 K　　Socket设计的便携式CFRFID读卡器能耗最低，当读卡器用于电池供电的掌上电脑时，这点显得十分重要。工作几小时而不必更换电池或为掌上电脑的电池充电。

　　3 基于RFID技术的奶牛疫病监管系统的设计

　　整个系统的运作都是以RFID中记录的奶牛编号为唯一一标识，来获取奶牛生长过程中的所有数据。
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* s% M4 {2 T5 U　　系统将采用四层体系结构：即物理层、数据层、应用层、表现层。其中物理层主要是建立RFID与数据层物理接口，实现RFID编码采集。数据层主要包含基础数据中心、数据汇总处理组成，将采集的编码通过数据库中的奶牛疫病网络监管功能添加奶牛生长过程的详细信息，然后应用平台的数据交换组件对数据进行汇总、筛选等处理后重新进入基础数据中心。数据库中的资源由各养殖场和生产合作社提供。在应用层，奶牛疫病网络监管系统的信息资源，通过疫病监管环节对疫病分析、疫情预案整理，警情发布环节，最终在数据展现层根据发布渠道选择将监管信息发布出去。发布方式包括WEB信息网站、P D A掌上电脑、电视、电话等。
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　　4 奶牛疫病监管系统的应用
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图2 奶牛疫病监管系统的应用模型

　　4.1 牛群管理功能

7 l; x5 U2 m5 O$ s6 y& c3 S　　牛群管理功能叉包括两个主要功能模块

　　(1)牛只管理模块记录奶牛基本信息，实现奶牛的标准化管理，主要指标包括：牛场编号(牛场名称)，牛只编号，父号，母号，祖父、母号，外祖父、母号，来源地(或出生地)、来源类型(分为本地出生和外来引进)，品种，毛色，出生日期，初生重，所属牛舍，牛只状态，转入日期(转入日期必须大于出生日期)，别名，备注：奶牛哺乳信息：犊牛断奶重量、哺乳期、哺乳天数等：异动信息(限进出场信息)：包括当前奶牛国家规定检疫和控制的疫病状况、出入场等相关繁育信息，发病记录等：

　　系统具备可修改删除奶牛基本信息功能，浏览系统对现有奶牛实行“照片管理”显示奶牛照片，可添加修改删除现有奶牛照片，简单搜索奶牛信息：搜索结果显示牛场编号、牛只编号、来源地、来源类型、品种、毛色、牛只状态、疫病防疫状态等。
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图3 奶牛基础信息

( L0 Q, U- B# _4 @+ X7 O6 l4 ]图4 奶牛记录查询

　　(2)牛群繁殖管理模块记录牛群繁殖情况，管理种牛谱系资料，查询父、母谱系，生成种牛谱系繁殖图谱等功能。

　　4.2 奶牛场管理功能

) d+ f, G1 b% Q1 B5 k5 P$ M　　对各个奶牛场基本信息进行管理，包括系统提供奶牛场各方面管理，包括人员管理，奶农管理，奶厅管理，设备管理，还有饲料，兽药，冻精的库存管理等：主要操作有：奶牛场基础信息录入、修改、删除、查询。
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图5 奶牛场基础信息

　　4.3 疫病与防疫管理主要包括以下功能
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( @. t; z+ K/ X2 G: m% @/ C　　(1)疫苗管理功能：针对疫苗的数量、进货时间、生产日期或批号等进行管理：主要操作有：疫苗信息录入、修改、删除、查询，各奶牛场疫苗注射情况查询。

: x" z1 Z; o2 l4 O# f% Y: i  R　　(2)接种管理功能：与牛只管理相关联，存放每头牛或每群牛的防疫免疫接种的信息。

　　(3)疫情信息管理：对奶牛场常规疾病的监测(如口蹄疫、蓝舌病、炭疽、牛白血病、结核病、布鲁氏菌病等的发病情况监测)，疫病名称、特征等：主要操作有：疫病信息的录入、修改、删除、查询。

　　(4)应急预案管理：针对疫情、疫病的发生，提出应急预案或解决办法：主要操作有：应急预案信息的录入、修改、删除、查询。
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( |8 W7 [' D' M0 U; {4 b+ Q9 |　　4.4 产乳管理

6 G4 l# ~$ r  n7 N1 G3 S. {# e4 F　　主要记录日或月产量，并可生成产量报表，可提供牛只或牛群产奶量分析表。
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6 [$ n2 }- H+ C; e! d　　4.5 系统管理

+ Y' I$ o7 @2 {# H　　主要进行数据备份与恢复功能，还有用户管理功能(如用户权限管理：畜牧管理部门用户，可查询奶牛场的疫病监测信息和预防接种情况：系统管理用户，具有数据备份、用户权限管理、系统升级权限等)。

8 L# T7 l2 p6 t+ o/ F: C, d　　4.6 警情报告
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　　当出现疫情时，可及时有效采用多种报告形式。

1 v. C# q& `4 d8 G; s# }2 F& V5 u　　结语
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　　本项目基于RFID电子标签在任何时候，任何地方去访问不断变化的中心数据库，具有很强的实用性，将进一步提升畜产品质量安全监管能力，保障农产品消费安全，促进农业农村经济健康发展，保障人民群众健康安全：有力促进社会主义新农村建设，促进城乡协调发展：有力促进现代畜牧业发展，提高畜牧业的市场竞争力；有力促进畜牧业部门职能转变，强化公共管理能力，这对于从源头上保障农产品质量安全，维护公众身体健康，促进农业和农村经济发展具有重要意义。而且，随着奶牛饲养业的不断发展，提高奶牛个体产乳量、提高饲养牛群总体经济效益、生产管理水平和对主要疫病的控制水平已经是提升奶牛生产发展的重要措施，从目前的生产现状以及对奶牛生产和疫病控制管理的要求，奶牛生产引入计算机管理已成为必然趋势和发展方向。因RFID动物识别应用技术的推行又涉及到相应管理、监察工作流程模式的改变，短期内RFID在动物识别领域不会出现全方位的规模化应用

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