昔 克，馬新春，郭亞平

（新疆電子研究所有限公司 新疆 烏魯木齊 830049）

隨著奶牛產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，改善奶牛單體產(chǎn)乳量，提高牛群總體經(jīng)濟效益成為發(fā)展趨勢。牛群管理逐漸由粗放型松散化管理向精細化型集約化管理方向過度；要求準確了解牛群的總體狀況，嚴格監(jiān)控奶牛的喂養(yǎng)，產(chǎn)乳，繁殖和疾病防治等各個環(huán)節(jié)。根據(jù)奶牛的產(chǎn)奶量控制精料飼養(yǎng)量，實現(xiàn)個體精確飼養(yǎng)，以提高飼料利用率和奶牛生產(chǎn)水平。根據(jù)奶牛疫病管理方便獸醫(yī)快速診斷奶牛疾病，并可參考奶牛歷史病史及對歷史病史的治療情況。

國外奶牛飼養(yǎng)目前均采用自動識別、自動喂養(yǎng)和電腦管理系統(tǒng)相結(jié)合的綜合措施，可在相同奶牛飼養(yǎng)量下，大幅度增加產(chǎn)奶量，效益極其顯著，以色列、荷蘭等發(fā)達國家均先后采用，以色列1996年奶牛平均產(chǎn)量已達到10 198kg，比國內(nèi)同期的平均水平高出一倍多[1]。國內(nèi)北京、上海等地奶牛場也開始引進，但成套“奶?！痹O備價格昂貴，對于國內(nèi)大中城市已形成的奶牛產(chǎn)業(yè)化企業(yè)集團來說，單純依靠引進，很難大面積推廣。

在消化吸收國內(nèi)外大中型奶牛場先進自動化管理技術(shù)的基礎上，利用射頻識別技術(shù)（RFID）自主開發(fā)奶牛場專用手持機，根據(jù)中小型奶牛場的生產(chǎn)現(xiàn)狀和技術(shù)水平，針對性研制數(shù)據(jù)采集終端，通過采集終端采集奶牛個體的產(chǎn)奶量和疫病情況，并將采集數(shù)據(jù)上傳至奶牛養(yǎng)殖管理平臺系統(tǒng)。

1 RFID技術(shù)在奶牛養(yǎng)殖上的應用

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Dentification，RFID）是一種無線的、非接觸方式的自動識別技術(shù)，RFID射頻識別是通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境[2]。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達十幾米，如自動收費或識別車輛身份等。

1.1 RFID技術(shù)

基本的RFID系統(tǒng)由RFID標簽、RFID讀寫器及后臺數(shù)據(jù)庫等3部分組成[3]。

1）RFID標簽 由芯片與天線組成，具有唯一的電子編碼，有一定的信息存儲容量.附在物體上以標識目標對象。根據(jù)不同的射頻信號發(fā)射方式可以分為主動式有源標簽和被動式（無源）標簽。前者可以主動地向讀寫器發(fā)送射頻信號：后者接收到讀寫器發(fā)出的電磁波信號后，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為供自己工作的能量。

2）RFID讀寫器 控制射頻模塊向標簽發(fā)射讀取信號并接受標簽的應答，對標簽對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連同標簽上其他有關信息傳輸?shù)胶笈_主機以供理。

3）后臺數(shù)據(jù)庫 存放標簽的基本信息和企業(yè)應用相關的數(shù)據(jù)。

1.2 RFID技術(shù)在畜牧業(yè)中的應用

國際標準ISO11784和ISO11785規(guī)定了用RFID識別動物的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準則，ISO11784規(guī)定動物識別代碼總共由64位（8個字節(jié)）組成，ISO11785則規(guī)定了電子標簽數(shù)據(jù)的傳輸方法以及讀寫器的規(guī)范。動物電子標簽基本包括頸圈式、耳標式、可注射式和藥丸式4種。在國外，RFID電子標簽已經(jīng)成功用于動物的識別與跟蹤。在我國，RFID在畜牧業(yè)中的應用也逐漸被推廣，應用前景樂觀，如奶?，F(xiàn)代化飼養(yǎng)管理及防疫中應用RFID電子標簽實現(xiàn)了對奶牛個體的標識，電子標簽具有如下作用：1）為每頭奶牛建立一個永久性的電子檔案：2）架起信息化管理平臺與奶牛個體之間的橋梁；3）實現(xiàn)對奶牛個體的自動監(jiān)控；4）依據(jù)奶牛個體體況實現(xiàn)精細飼養(yǎng)。在肉豬生產(chǎn)中應用RFID技術(shù)可實現(xiàn)安全豬肉全程可跟蹤，在育種方面也可應用RFID技術(shù)，如母豬多功能自動飼喂系統(tǒng)和種豬性能測定自動化系統(tǒng)。但是基于RFID的專用手持機的研究與應用還比較少。

2 基于RFID的奶牛專用手持機的開發(fā)研究

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

研制基于射頻識別（RFID）的奶牛個體標簽，將基于專用芯片或微功耗單片機的專用手持機與奶牛管理服務平臺系統(tǒng)進行集成，構(gòu)成具有個體識別，無線數(shù)據(jù)采集功能的移動終端；開發(fā)運行于移動終端的奶牛場管理軟件，進行奶牛個體信息管理，牛群生產(chǎn)分析與決策；在奶牛場建立802.11無線局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線采集與傳輸，構(gòu)建完整的奶牛信息管理移動終端系統(tǒng)。

其中，奶牛個體識別技術(shù)是奶牛數(shù)字化管理的基礎，使奶牛在整個生長、疾病控制、配種、繁殖、產(chǎn)奶過程中，均納入自動化管理系統(tǒng)?；谏漕l技術(shù)的奶牛電子標簽，有無源/有源兩種模式，前者無需電源或電池供電，通過電磁耦合從閱讀器得到工作能量，但是距離短，功能較單一；后者用電池供電、內(nèi)置低功耗單片機，可實現(xiàn)計算器等復雜功能，在生產(chǎn)中用于奶牛的發(fā)情監(jiān)測。

2.2 手持機常用工具軟件及開發(fā)流程

手持機常用的操作系統(tǒng)有WinCE和Linux。WinCE系統(tǒng)下的開發(fā)工具軟件主要有：C、C#、Java、Embedded Visual Basic和Embedded Visua C++等；而Linux系統(tǒng)下一般用C語言來進行開發(fā)[4]。本文是在WinCE系統(tǒng)下進行軟件開發(fā)的 。系統(tǒng)開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)流程圖Fig.1 Flow chart of system development

2.3 系統(tǒng)所具備的功能模塊

系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能模塊主要有5個，包括端口配置、端口配置信息、標簽信息、擠奶管理、疫病管理。系統(tǒng)模塊功能圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模塊功能圖Fig.2 Functional diagram of system module

一般來說，端口配置的內(nèi)容大多是固定的，包括端口名、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗及停止位。在打開串口之前首先應進行端口配置的設置，設置完畢后再連接或斷開鏈接。

端口配置信息包括除端口配置外的標簽協(xié)議信息、工作模式、射頻頻率及射頻功率等。標簽協(xié)議信息可包括常用的幾種RDID協(xié)議，并可選擇設置同時讀取幾種不同協(xié)議的標簽；工作模式根據(jù)循環(huán)讀取模式的不同讀取單張或多張標簽；筆者使用的是高頻RFID模塊的手持機，其頻率是13.56 MHz；協(xié)議是15 693的。

3 軟件開發(fā)

3.1 通信方式

筆者使用的手持終端主要采用串口通訊的方式，默認波特率19 200 b/s，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無校驗。

3.2 通信協(xié)議

由于讀寫RFID主要采用無接觸的通信方式。射頻標簽與讀寫器之間通過無線數(shù)據(jù)傳輸來完成數(shù)據(jù)的交換。在這樣的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型下，射頻標簽是數(shù)據(jù)通信的一方，讀寫器是通信的另一方。要實現(xiàn)安全、可靠、有效的數(shù)據(jù)通信目的，數(shù)據(jù)通信的雙方必須遵守相互約定的通信協(xié)議。

本文中使用的RFID通信協(xié)議命令幀格式主要如下：

3.3 數(shù)據(jù)庫的選擇及同步問題

在手持機的應用開發(fā)研究中，由于需要進行手持機與PC機數(shù)據(jù)的交互[5]，因此數(shù)據(jù)庫的選擇、維護和不同數(shù)據(jù)庫間的同步問題顯得非常重要。目前在手持機的win CE系統(tǒng)上可以使用的數(shù)據(jù)庫有：Pocket Access、SQI Sever CE和Oracle9i Lite等。

Pocket Access只提供對一組表的存儲和訪問，由于缺乏報表、存儲查詢以及表之間的關系，因此并不常用，它只適合于地址本、通訊錄之類的小容量數(shù)據(jù)庫應用。

Oracle9i Lite提供基礎架構(gòu)和應用程序服務，可以發(fā)布使用各種移動設備的安全和個性化的應用程序。它是Oracle9i AS的附加軟件，對Oracle9iAS Wireless進行了完善，提供了完整簡單的集成化移動電子商務框架。Oracle9i Lite包括兩個主要組件：Mobile Server和移動開發(fā)工具包。對于使用Oracle基礎框架的企業(yè)，建議使用該數(shù)據(jù)庫，以便獲得更高的穩(wěn)定性和服務。

SQL Server CE可以說是目前功能較全面、性能較穩(wěn)定的移動數(shù)據(jù)庫，它提供的關系數(shù)據(jù)庫所占空間很小，但包含了一個查詢處理器和一些合并復制功能，能執(zhí)行大部分SQL查詢處理，支持大部分SQL語句，而且為移動計算應用進行了很多優(yōu)化和取舍，大大加快了SQL語句的執(zhí)行速度，提高了在低CPU頻率、低內(nèi)存情況下運行的性能。SQL Server CE還能與SQL Server 2000較好地配合，只要通過少量的代碼就能實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)庫到服務器的數(shù)據(jù)連接。從某種意義上講，SQL Server CE就是SQL Server 2000的一個簡化版本。本文選用的就是該數(shù)據(jù)庫。

目前可以利用RDA （Remote Data Access，遠程數(shù)據(jù)存?。┖蚏eplication（復制）來完成與PC機的SQI Server 2000[6]數(shù)據(jù)庫的存取交換。由于手持機對PC機訪問必須通過因特網(wǎng)信息服務器（IIS）進行，因此安裝好SQL Server CE后需要在 IIS上安裝 SQL CE Server Tool，并配置連接 SQLServer 2000。由于已有不少關于SQL Server CE與SQL Sever 2000配置的文章，本文不再贅述。

3.4 RFID讀寫類設計

RFID讀寫類設計圖如圖3所示。

圖3 RFID讀寫類設計圖Fig.3 Design of RFID reading and writing class

類方法說明：

Open：打開通信串口；Close：關閉通信串口；

ReadBlockData：讀取指定編號block的數(shù)據(jù)；SendBeepCmd：發(fā)送手持機蜂鳴命令；

SendGetUIDCmd：發(fā)送獲取RFID編號命令；

SendReadDataCmd：發(fā)送讀取RFID卡信息命令；SendWriteDataCmd：發(fā)送寫卡命令；

WriteBlockData：向指定編號的block寫入內(nèi)容。

3.5 實現(xiàn)結(jié)果

圖4、圖5、圖6所示為WinCE系統(tǒng)下進行開發(fā)出的系統(tǒng)界面和具體實現(xiàn)的功能的圖示。

圖4 系統(tǒng)界面圖Fig.4 Diagram of system interface

圖5 擠奶管理的功能圖Fig.5 Function diagram of milking management

圖6 疫病管理功能圖Fig.6 Function diagram of disease management

4 結(jié)束語

在奶牛個體識別技術(shù)研究的基礎上，設計一套數(shù)據(jù)采集裝置，方便采集和管理奶牛信息，實現(xiàn)奶牛的擠奶管理和疫病管理。數(shù)據(jù)采集方式從有線變?yōu)闊o線，克服奶牛場場糞便污水污染。實現(xiàn)了專用奶牛的手持機開發(fā)，在實際應用中解決了中小企業(yè)在不更換現(xiàn)有設備的情況下，做到擠奶自動采集數(shù)據(jù)和疫病管理，為奶牛場的數(shù)字化管理奠定了基礎。

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