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RFID生猪管理解决方案
作者：马广明 苏桂平
来源：RFID世界网
日期：2007-09-20 15:35:53
摘要：提出了一种牲畜管理的自动化解决方案，它将现代化养殖技术和先进的科学技术手段结合在一起，为生猪的养殖和管理提供了新的管理方法，以提高生产效率。
引言
随着市场的放开，生猪和猪肉市场也不可避免地产生了一系列的问题，如市场混乱、缺乏统一管理、卫生问题严重。这些问题的存在严重阻碍了猪肉市场的健康发展。动物跟踪与识别是利用特定的标签，以某种技术手段与要识别的动物相对应，可以随时对动物的相关属性进行跟踪与管理的一种技术[1]。生猪管理系统就是动物跟踪与识别的一个应用，它为加强牲畜的饲养，定期检查牲畜的健康提供了绝佳的条件。RFID是利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的，它是自动识别领域的一个重要分支。在农牧渔业中可用于羊群、鱼群、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪[2]。与目前应用广泛的基于光学技术的自动识别方法(如条形码和摄像)相比，RFID具有一次处理多个标签并可将处理状态写入标签、不受大小及形状限制、耐环境性强、穿透性强、数据的记忆容量大、可重复利用等许多优点。
RFID即射频识别，又称为电子标签(E．Tag)，其最早的应用可以追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的敌我辨识系统。随着技术的进步，RFID的应用领域日益扩大。如图1是一个典型的RFID系统。它由标签(Tags)、读写器(Reader)、天线(Antenna)、主机(Host，用于处理数据的计算机)和应用支撑软件等部分组成[3]。
标签一般由芯片和天线组成；每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上或嵌人物体内用以标志目标对象[4] 。根据发射射频信号的方式不同，标签可分为主动式和被动式两种。主动式标签(又称为有源标签)通常由内置电源供电，主动向读写器发送射频信号；被动式标签(又称为无源标签)不带电池，其发射电波以及内部芯片运行所需的能量均来自读写器所产生的电磁波。图1中所示为被动标签。读写器通过控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签应答；同时读写器要把时钟信号和能量也发送给标签。读写器要对标签的对象标志信息进行解码并将其连同标签上的其他相关信息传送到主机以供处理。RFID读写器可以同时读取多个标签内的信息。主机负责对读写器所读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从读写器传往企业应用的数据量[5]。
现代化生猪管理系统，要求管理无纸化、有序化、规范化、智能化。智能标签因为具有防水、防磁、防静电、无磨损、信息储存量大、一签多用、操作方便等特点，所以完全能够满足这一要求。同时还应满足四点要求：① 为使操作简单、方便、友好，要求采用全中文菜单式操作界面。② 系统应提供完善的管理功能，自动形成各种报表。③政府需要加强对动物接种与疾病的预防管理。④ 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。如何对食品有效跟踪和追溯成为一个必须解决的问题。
2 系统构成及特点
系统主要由以下几部分组成：
硬件设备(耳标、数据采集器、数据传输器)；系统软件(数据采集、信息发布、数据库)；附加设备(计算机、打印机)。
3．1 耳标
耳标是凯泰科技有限公司利用先进技术自行研制的智能电子标签，专门用于标志和区分不同牲畜的基本信息。在2～8 cm的距离内，内码标志均可读出。它采用美国大型集成电路，用半导体编码器进行编码，内置激光工艺刻录的64位二进制，全球唯一编码的硅晶片汐 面用强树脂材料封装，具有超强的抗冲击、防静电、防腐蚀、防水、防尘、耐磨擦等性能。
耳标是无源器件。现场安装无须布线，不受现场条件限制、无须日常维护，使用寿命在20年以上，是国际通用型信息标志物。将耳标钉入牲畜的耳朵中，牲畜很难将它摘下，方便管理。
技术指标：重量为1．0 g；识读次数>100万次；使用寿命>20年；工作温度一4O℃ ～85oC；规格为硬币、钥匙牌、柱形等多种封装形式。
3．2 数据采集器
非接触感应式数据采集器是采用射频识别技术开发的高科技产品。由于读取标示物内码时可避免接触，故记录器无接触性的损耗、寿命长。硬件特性：采用压模金属外壳，坚固耐用，可以保护内部电子设备免受冲击和工作时的意外损伤。没有可拆动的零件，lED中文显示、可充电锂电池、实时时钟、非易失存储器，特别适合于实际工作。
技术参数：处理器为高速32位处理器；显示器为LCD160×128点阵，四级灰度，EL背光LCD96×64；工作电源为5．6V；通信接口为USB；工作温度为一20~C～50~C；存储温度为一40~C～55~C；记录容量为4 095条，可扩充8 190条，可扩展为8 MB(NOR)+128 MB(NAND)；充电电池为970 mAH锂离子电池；待机电流小于1 p,A。
4 系统软件及数据库选择
根据项目情况，决定在Windows．NET框架上开发基于Windows平台的应用程序，信息采集部分采用B／S结构。这种方式下，操作人员可以在任意地点进行处理，提高了各数据采集点工作人员的数据处理速度和安全性。并且，系统可以随时统计出各养殖区县的生猪养殖动态数量信息；随时统计出养殖场数量和规模信息；随时生成需要的各种统计报表；如果发现问题，可以随时查到问题猪肉的养殖场信息、加工厂信息，并自动生成事故处理建议方案。
数据库平台选用微软的SQL Server。其事务以及数据完整性逻辑都能作为存储过程和触发器直接存于服务器中。这种编程可避免被客户非法使用或误操作。此外，预编译存储过程的引入使SQL Server在使用关系型数据库高性能地进行事务处理方面树立起一个新标准。SQL Server Client／Server体系结构通过数据库的远程过程调用为Client／Server及Server／Server的通信提供了综合的、基于消息的支持。使用数据库的远程过程(RPC)，任何SQL Server的Client或Server可为访问网络上的任何其他Client和Server，还能够实现跨服务器的事务横跨多个RDBMS。
SQL Server在分布式联机系统所必须关注的八个主要问题上，即查询性能、事务处理能力、高可靠性、场地自治性、可扩展性、可互操作性、应变能力、数据完整性方面都拥有最佳的解决方案。
5 系统简介
生猪管理系统工作原理如图3所示。
(1)饲养场管理模块负责牲畜的健康管理和日常管理，具有界面简洁、反应快速、运行安全可靠的特征。主要功能有：①指定条件(牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间)浏览查询；② 指定条件(牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间)打印相关的数据统计报表；③ 支持规模不同的饲养场；④支持牲畜的日常管理；⑤ 支持牲畜的健康管理；⑥可进行牲畜的日常查询和健康查询等。
(2)屠宰场管理模块主要负责对生猪屠宰之后的管理操作。该部分在Windows系列的环境下运行，界面友好，便于操作，易学易用，而且功能强大、极易扩充。主要功能特征有：①强调以卫生安全为主的管理模式；②生猪出场之后，每一步操作都要求有详细记录；③生猪猪肉的等级管理。
(3)销售管理模块提供销售时间查询，销售的猪肉等级、重量查询，生产日期查询，出场时间查询等。
以上三个模块既可以联合起来，让领导层对整个过程有一个宏观的认识，又可以分散开，让各个部门管理自己的模块。
5．1 饲养场管理模块
(1)饲养场设定：①对饲养场进行编号，对应到各个不同的饲养场或个人；②对于大型的饲养场，可进行养猪棚的设定；③ 一个养猪棚又可以有多个猪圈。
(2)生猪基本信息的设定：① 对生猪进行编号，详细记录牲畜来源、畜别、出生时间、畜养时间、出栏时间；②详细记录生猪的体貌特征、日常饮食、病史、生育史；③可以随时查询当前每个生猪的健康状况，是否接受过免疫检查。
5．2 屠宰场管理模块
(1)屠宰场设定与查询：对屠宰场基本信息的查询，可以对某一个屠宰场的当前状况进行查询；同时可以针对某一头猪，进行跟踪查询。
(2)猪肉的管理：对屠宰完的猪肉，可以按部位进行检索，查询每个部位的用途。
5．3 销售与包装管理模块
可对猪肉等级、部位、重量、生产日期和出厂Ft期等进行查询。
6 使用RFID技术会带来的便利和优势
系统的性能特点如下： ．
(1)感应式数据采集，操作更简单、便捷。数据采集时，只需将采集器在巡检点耳标附近轻轻一晃，即可读出当前信息；
(2)获得的数据和信息不能被破坏或修改；
(3)系统使用由无源存储器的射频芯片组成的全封闭感应信息钮，具有全球唯一的ID码，经久耐用，不可窜改或复制；
(4)一次性全封闭封装成型，耐热、抗冻、防水、防震、抗电磁波，能在恶劣的环境下正常工作；
(5)无须布线，安装简易；
(6)简单、方便的编码设置，巡检点的增减十分方便；
(7)无接触式数据传输，从而无磨损；
(8)完整的软件配套，使制定及修改复杂的多级管理系统变得非常简单、方便。
RFID系统能够在复杂的多步骤供应网络中跟踪产品供应情况，是理想的高效供应链管理解决方案，使众多的行业受益非浅。RFID解决方案在简化食品供应物流管理方面，能为用户带来益处，范围覆盖从农场的家畜及新鲜农作物，到人们在餐馆里食用的食品以及在超市中购买的包装食品。
RFID解决方案可确保任何供应链的高质量数据交流，让食品行业实现两个最重要的目标：①彻底实施源头食品追踪解决方案；②在食品供应链中提供完全透明度的能力。
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来源史是清晰的，并可追踪到具体的动物或植物个体及农场。RFID是一个百分之百追踪食品来源的解决方案，因而可回答用户有关“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。
7 结束语
这项被称为(RFID牲畜安全防疫信息管理系统》的解决方案，采用美国Ipico公司的硬件设备，配以自主开发的应用软件。所有生猪的养殖场、加工厂、屠宰场等环节信息，都将被记录在有关的RFID芯片和计算机信息系统内，通过乡镇一级的电脑终端、县级数据中心和省级数据中心进行集中处理和上报。做到生产、销售等各个环节信息的公开、透明和高效率反馈，彻底解决问题猪和问题肉的困扰，从而确保消费者能够吃到放心肉。
参考文献：
[1] 游战清．无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]．北京：电子工业出版社．2004．
[2] FINKENZELLER K．RFID handbook：fundamentals and applications in contactless smart cards and identification[M]．2nd ed．West Sussex Land：John Wiley and Sons，2003．
[3] WANT R．Enabling ubiquitous sensing with RFID[J]．Computer，2004，37(4)：84—86．
[4] 游战清．无线射频识别技术(RFID)规划与实施[M]．北京：电子工业出版社。2005．
[5] 张成海，张铎．现代自动识别技术与应用[M]．北京：清华大学出版社．2004．
随着市场的放开，生猪和猪肉市场也不可避免地产生了一系列的问题，如市场混乱、缺乏统一管理、卫生问题严重。这些问题的存在严重阻碍了猪肉市场的健康发展。动物跟踪与识别是利用特定的标签，以某种技术手段与要识别的动物相对应，可以随时对动物的相关属性进行跟踪与管理的一种技术[1]。生猪管理系统就是动物跟踪与识别的一个应用，它为加强牲畜的饲养，定期检查牲畜的健康提供了绝佳的条件。RFID是利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的，它是自动识别领域的一个重要分支。在农牧渔业中可用于羊群、鱼群、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪[2]。与目前应用广泛的基于光学技术的自动识别方法(如条形码和摄像)相比，RFID具有一次处理多个标签并可将处理状态写入标签、不受大小及形状限制、耐环境性强、穿透性强、数据的记忆容量大、可重复利用等许多优点。
RFID即射频识别，又称为电子标签(E．Tag)，其最早的应用可以追溯到第二次世界大战中用于区分联军和纳粹飞机的敌我辨识系统。随着技术的进步，RFID的应用领域日益扩大。如图1是一个典型的RFID系统。它由标签(Tags)、读写器(Reader)、天线(Antenna)、主机(Host，用于处理数据的计算机)和应用支撑软件等部分组成[3]。
标签一般由芯片和天线组成；每个标签具有唯一的电子编码。标签附着在物体上或嵌人物体内用以标志目标对象[4] 。根据发射射频信号的方式不同，标签可分为主动式和被动式两种。主动式标签(又称为有源标签)通常由内置电源供电，主动向读写器发送射频信号；被动式标签(又称为无源标签)不带电池，其发射电波以及内部芯片运行所需的能量均来自读写器所产生的电磁波。图1中所示为被动标签。读写器通过控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签应答；同时读写器要把时钟信号和能量也发送给标签。读写器要对标签的对象标志信息进行解码并将其连同标签上的其他相关信息传送到主机以供处理。RFID读写器可以同时读取多个标签内的信息。主机负责对读写器所读取的标签数据进行过滤、汇集和计算，减少从读写器传往企业应用的数据量[5]。
现代化生猪管理系统，要求管理无纸化、有序化、规范化、智能化。智能标签因为具有防水、防磁、防静电、无磨损、信息储存量大、一签多用、操作方便等特点，所以完全能够满足这一要求。同时还应满足四点要求：① 为使操作简单、方便、友好，要求采用全中文菜单式操作界面。② 系统应提供完善的管理功能，自动形成各种报表。③政府需要加强对动物接种与疾病的预防管理。④ 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。如何对食品有效跟踪和追溯成为一个必须解决的问题。
2 系统构成及特点
系统主要由以下几部分组成：
硬件设备(耳标、数据采集器、数据传输器)；系统软件(数据采集、信息发布、数据库)；附加设备(计算机、打印机)。
3．1 耳标
耳标是凯泰科技有限公司利用先进技术自行研制的智能电子标签，专门用于标志和区分不同牲畜的基本信息。在2～8 cm的距离内，内码标志均可读出。它采用美国大型集成电路，用半导体编码器进行编码，内置激光工艺刻录的64位二进制，全球唯一编码的硅晶片汐 面用强树脂材料封装，具有超强的抗冲击、防静电、防腐蚀、防水、防尘、耐磨擦等性能。
耳标是无源器件。现场安装无须布线，不受现场条件限制、无须日常维护，使用寿命在20年以上，是国际通用型信息标志物。将耳标钉入牲畜的耳朵中，牲畜很难将它摘下，方便管理。
技术指标：重量为1．0 g；识读次数>100万次；使用寿命>20年；工作温度一4O℃ ～85oC；规格为硬币、钥匙牌、柱形等多种封装形式。
3．2 数据采集器
非接触感应式数据采集器是采用射频识别技术开发的高科技产品。由于读取标示物内码时可避免接触，故记录器无接触性的损耗、寿命长。硬件特性：采用压模金属外壳，坚固耐用，可以保护内部电子设备免受冲击和工作时的意外损伤。没有可拆动的零件，lED中文显示、可充电锂电池、实时时钟、非易失存储器，特别适合于实际工作。
技术参数：处理器为高速32位处理器；显示器为LCD160×128点阵，四级灰度，EL背光LCD96×64；工作电源为5．6V；通信接口为USB；工作温度为一20~C～50~C；存储温度为一40~C～55~C；记录容量为4 095条，可扩充8 190条，可扩展为8 MB(NOR)+128 MB(NAND)；充电电池为970 mAH锂离子电池；待机电流小于1 p,A。
4 系统软件及数据库选择
根据项目情况，决定在Windows．NET框架上开发基于Windows平台的应用程序，信息采集部分采用B／S结构。这种方式下，操作人员可以在任意地点进行处理，提高了各数据采集点工作人员的数据处理速度和安全性。并且，系统可以随时统计出各养殖区县的生猪养殖动态数量信息；随时统计出养殖场数量和规模信息；随时生成需要的各种统计报表；如果发现问题，可以随时查到问题猪肉的养殖场信息、加工厂信息，并自动生成事故处理建议方案。
数据库平台选用微软的SQL Server。其事务以及数据完整性逻辑都能作为存储过程和触发器直接存于服务器中。这种编程可避免被客户非法使用或误操作。此外，预编译存储过程的引入使SQL Server在使用关系型数据库高性能地进行事务处理方面树立起一个新标准。SQL Server Client／Server体系结构通过数据库的远程过程调用为Client／Server及Server／Server的通信提供了综合的、基于消息的支持。使用数据库的远程过程(RPC)，任何SQL Server的Client或Server可为访问网络上的任何其他Client和Server，还能够实现跨服务器的事务横跨多个RDBMS。
SQL Server在分布式联机系统所必须关注的八个主要问题上，即查询性能、事务处理能力、高可靠性、场地自治性、可扩展性、可互操作性、应变能力、数据完整性方面都拥有最佳的解决方案。
5 系统简介
生猪管理系统工作原理如图3所示。
(1)饲养场管理模块负责牲畜的健康管理和日常管理，具有界面简洁、反应快速、运行安全可靠的特征。主要功能有：①指定条件(牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间)浏览查询；② 指定条件(牲畜编号、饲养员编号、出生时间、畜养时间、出栏时间)打印相关的数据统计报表；③ 支持规模不同的饲养场；④支持牲畜的日常管理；⑤ 支持牲畜的健康管理；⑥可进行牲畜的日常查询和健康查询等。
(2)屠宰场管理模块主要负责对生猪屠宰之后的管理操作。该部分在Windows系列的环境下运行，界面友好，便于操作，易学易用，而且功能强大、极易扩充。主要功能特征有：①强调以卫生安全为主的管理模式；②生猪出场之后，每一步操作都要求有详细记录；③生猪猪肉的等级管理。
(3)销售管理模块提供销售时间查询，销售的猪肉等级、重量查询，生产日期查询，出场时间查询等。
以上三个模块既可以联合起来，让领导层对整个过程有一个宏观的认识，又可以分散开，让各个部门管理自己的模块。
5．1 饲养场管理模块
(1)饲养场设定：①对饲养场进行编号，对应到各个不同的饲养场或个人；②对于大型的饲养场，可进行养猪棚的设定；③ 一个养猪棚又可以有多个猪圈。
(2)生猪基本信息的设定：① 对生猪进行编号，详细记录牲畜来源、畜别、出生时间、畜养时间、出栏时间；②详细记录生猪的体貌特征、日常饮食、病史、生育史；③可以随时查询当前每个生猪的健康状况，是否接受过免疫检查。
5．2 屠宰场管理模块
(1)屠宰场设定与查询：对屠宰场基本信息的查询，可以对某一个屠宰场的当前状况进行查询；同时可以针对某一头猪，进行跟踪查询。
(2)猪肉的管理：对屠宰完的猪肉，可以按部位进行检索，查询每个部位的用途。
5．3 销售与包装管理模块
可对猪肉等级、部位、重量、生产日期和出厂Ft期等进行查询。
6 使用RFID技术会带来的便利和优势
系统的性能特点如下： ．
(1)感应式数据采集，操作更简单、便捷。数据采集时，只需将采集器在巡检点耳标附近轻轻一晃，即可读出当前信息；
(2)获得的数据和信息不能被破坏或修改；
(3)系统使用由无源存储器的射频芯片组成的全封闭感应信息钮，具有全球唯一的ID码，经久耐用，不可窜改或复制；
(4)一次性全封闭封装成型，耐热、抗冻、防水、防震、抗电磁波，能在恶劣的环境下正常工作；
(5)无须布线，安装简易；
(6)简单、方便的编码设置，巡检点的增减十分方便；
(7)无接触式数据传输，从而无磨损；
(8)完整的软件配套，使制定及修改复杂的多级管理系统变得非常简单、方便。
RFID系统能够在复杂的多步骤供应网络中跟踪产品供应情况，是理想的高效供应链管理解决方案，使众多的行业受益非浅。RFID解决方案在简化食品供应物流管理方面，能为用户带来益处，范围覆盖从农场的家畜及新鲜农作物，到人们在餐馆里食用的食品以及在超市中购买的包装食品。
RFID解决方案可确保任何供应链的高质量数据交流，让食品行业实现两个最重要的目标：①彻底实施源头食品追踪解决方案；②在食品供应链中提供完全透明度的能力。
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来源史是清晰的，并可追踪到具体的动物或植物个体及农场。RFID是一个百分之百追踪食品来源的解决方案，因而可回答用户有关“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。
7 结束语
这项被称为(RFID牲畜安全防疫信息管理系统》的解决方案，采用美国Ipico公司的硬件设备，配以自主开发的应用软件。所有生猪的养殖场、加工厂、屠宰场等环节信息，都将被记录在有关的RFID芯片和计算机信息系统内，通过乡镇一级的电脑终端、县级数据中心和省级数据中心进行集中处理和上报。做到生产、销售等各个环节信息的公开、透明和高效率反馈，彻底解决问题猪和问题肉的困扰，从而确保消费者能够吃到放心肉。
参考文献：
[1] 游战清．无线射频识别技术(RFID)理论与应用[M]．北京：电子工业出版社．2004．
[2] FINKENZELLER K．RFID handbook：fundamentals and applications in contactless smart cards and identification[M]．2nd ed．West Sussex Land：John Wiley and Sons，2003．
[3] WANT R．Enabling ubiquitous sensing with RFID[J]．Computer，2004，37(4)：84—86．
[4] 游战清．无线射频识别技术(RFID)规划与实施[M]．北京：电子工业出版社。2005．
[5] 张成海，张铎．现代自动识别技术与应用[M]．北京：清华大学出版社．2004．
