目前，人們對(duì)肉類(lèi)食品、奶制品的需求量日益增加：與此同時(shí)，人們也越來(lái)越關(guān)注這些產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，這給一些企業(yè)提出了一個(gè)新的挑戰(zhàn)，要求企業(yè)有一個(gè)完整的管理體系對(duì)這些產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督與控制。然而，近十多年來(lái)，全世界的動(dòng)物疫情不斷爆發(fā)，如瘋牛病、豬鏈球菌、口蹄疫、禽流感等，給人民的身體健康和生命帶來(lái)嚴(yán)重威脅，也沉重地打擊了全世界的畜牧業(yè)，從而引起了世界各國(guó)的高度重視。為此，各國(guó)政府迅速制定相應(yīng)的政策和采取各種措施，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物的監(jiān)控管理，其中對(duì)動(dòng)物的識(shí)別與跟蹤成為這些重大措施之一。例如，英國(guó)政府就規(guī)定對(duì)豬、馬、牛、綿羊與山羊等飼養(yǎng)動(dòng)物都必須采取各種跟蹤與識(shí)別手段。

　　本系統(tǒng)研究的目的在于應(yīng)用RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，建立一個(gè)完整、靈活、便捷的管理系統(tǒng)，提高養(yǎng)豬場(chǎng)的現(xiàn)代化管理水平；同時(shí)，在豬肉及其制品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便管理人員迅速找出病源，從而做出相應(yīng)的處理，避免損失的擴(kuò)大。 射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency IDentification）技術(shù)，又稱(chēng)電子標(biāo)簽、無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

　　射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification,縮寫(xiě)RFID），射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。

　　從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞），在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型（雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī)）。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

　　基于 RFID的動(dòng)物識(shí)別與跟蹤管理系統(tǒng)由RFID射頻卡、讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三部分組成，見(jiàn)圖1.讀寫(xiě)器一般作為計(jì)算機(jī)終端，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID射頻卡的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和存儲(chǔ)，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。本系統(tǒng)中讀寫(xiě)器包括固定式和手持式兩種。RFID卡則是一種無(wú)源的應(yīng)答器，它主要由一塊集成電路 （1C）芯片及其外接天線組成，RFID芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲(chǔ)器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。

　　圖1 基于RFID的動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的基本工作原理是：當(dāng)帶有"耳釘"（RFID卡）的豬進(jìn)入讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路升壓后作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過(guò)射頻前端電路檢得數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理；所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，通過(guò)天線發(fā)回給讀寫(xiě)器。

　　不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì)有不同的特性，下面詳細(xì)介紹無(wú)源的感應(yīng)器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應(yīng)用。目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)的不同的產(chǎn)品，而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì)有不同的特性。其中感應(yīng)器有無(wú)源和有源兩種方式，下面詳細(xì)介紹無(wú)源的感應(yīng)器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應(yīng)用。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)接口獲取養(yǎng)殖場(chǎng)里豬的信息，并集養(yǎng)豬場(chǎng)日常管理需要的基本功能為一體，將養(yǎng)豬場(chǎng)日常管理所涉及的各種記錄、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等原來(lái)用手工完成的工作全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理。系統(tǒng)基本滿足了養(yǎng)豬場(chǎng)目前生產(chǎn)管理的需要，從宏觀決策上提供信息，便于管理者及時(shí)、準(zhǔn)確地了解養(yǎng)豬場(chǎng)的管理狀況，提高了現(xiàn)代化管理水平。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中硬件電路的實(shí)現(xiàn)包括：豬"耳釘"（RFID卡）的安裝、標(biāo)簽讀寫(xiě)器的實(shí)現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組建三部分。

　　2.1"耳釘"（RFID卡）的安裝

　　目前，給動(dòng)物安裝電子標(biāo)簽的基本方法有頸圈式、耳牌（釘）式、注射式和藥丸式電子標(biāo)簽，各種標(biāo)簽有它自己的特點(diǎn)和適用范圍。頸圈式標(biāo)簽的成本太高，而注射式標(biāo)簽和藥丸式標(biāo)簽對(duì)豬這種動(dòng)物又不合適，所以本系統(tǒng)中采用的是"耳釘"式電子標(biāo)簽。耳釘"式射頻卡里存儲(chǔ)的信息有：養(yǎng)豬場(chǎng)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的地址、郵政編碼、品種信息、耳釘佩戴日期、檢疫與免疫信息、疾病信息、家譜及繁殖信息、出欄日期等，所有這些信息必須涵蓋這頭豬從出生后的整個(gè)生命周期，以便于對(duì)豬進(jìn)行識(shí)別跟蹤與管理。

　　讀寫(xiě)器即 射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備是射頻識(shí)別系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分（標(biāo)簽與讀寫(xiě)器）之一。射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)功能的特點(diǎn)也有一些其他較為流行的別稱(chēng)，如：閱讀器（Reader），查詢器（Interrogator），通信器（Communicator），掃描器（Scanner），讀寫(xiě)器（Reader and Writer），編程器（Programmer），讀出裝置（Reading Device），便攜式讀出器（Portable Readout Device），AEI設(shè)備（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情況下，射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備應(yīng)根據(jù)射頻標(biāo)簽的讀寫(xiě)要求以及應(yīng)用需求情況來(lái)設(shè)計(jì)。隨著射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備也形成了一些典型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式，本章的重點(diǎn)也在于介紹這種讀寫(xiě)器的實(shí)現(xiàn)原理。 從基本的原理角度出度，射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備一般均遵循如圖所示的基本模式。

　　讀寫(xiě)器即對(duì)應(yīng)于射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備，讀寫(xiě)設(shè)備與射頻標(biāo)簽之間必然通過(guò)空間信道實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令，射頻標(biāo)簽接收讀寫(xiě)器的命令后做出必要的響應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別。此外，在射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中，一般情況下，通過(guò)讀寫(xiě)器實(shí)現(xiàn)的對(duì)射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的無(wú)接觸收集或由讀寫(xiě)器向射頻標(biāo)簽中寫(xiě)入的標(biāo)簽信息均要回送的應(yīng)用系統(tǒng)中或來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)，這就形成了射頻標(biāo)簽讀寫(xiě)設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)程序之間的接口API（Application Program Interface）。一般情況下，要求讀寫(xiě)器能夠接收來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應(yīng)的響應(yīng)（回送收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)等）。 讀寫(xiě)器本身從電路實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)，又可劃分為兩大部分，即：射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊。 射頻模塊實(shí)現(xiàn)的任務(wù)主要有兩項(xiàng)，項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)將讀寫(xiě)器欲發(fā)往射頻標(biāo)簽的命令調(diào)制（裝載）到射頻信號(hào)（也稱(chēng)為讀寫(xiě)器/射頻標(biāo)簽的射頻工作頻率）上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去。發(fā)送出去的射頻信號(hào)（可能包含有傳向標(biāo)簽的命令信息）經(jīng)過(guò)空間傳送（照射）到射頻標(biāo)簽上，射頻標(biāo)簽對(duì)照射的其上的射頻信號(hào)作出響應(yīng)，形成返回讀寫(xiě)器天線的反射回波信號(hào)。

　　本系統(tǒng)中使用的RFID標(biāo)簽讀寫(xiě)器有兩種：一種是固定式讀寫(xiě)器；另一種是手持式讀寫(xiě)器，見(jiàn)圖2.固定式讀寫(xiě)器與手持式讀寫(xiě)器的主要區(qū)別是：手持式讀寫(xiě)器能夠在讀取大量的RFID標(biāo)簽信息后，使這些信息通過(guò)pc機(jī)的USB接口或COM口輸入到系統(tǒng)的軟件平臺(tái)中。固定式讀寫(xiě)器被安裝在豬舍的某一固定位置，可以通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)與軟件平臺(tái)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換。手持式讀寫(xiě)器的使用十分方便，在集中讀取RFID標(biāo)簽信息后然后才與Pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于篇幅的限制，本文中只給出了固定式讀寫(xiě)器的原理框圖，見(jiàn)圖3.其中各模塊的功能如下：

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　圖3 固定式讀寫(xiě)器框圖

　?。?）MCU可以采用16位單片機(jī)，嵌入式軟件平臺(tái)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。MCU中固件負(fù)責(zé)整個(gè)讀寫(xiě)器對(duì)RFID標(biāo)簽的識(shí)別與讀寫(xiě)控制工作，以及與軟件平臺(tái)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)處理工作。LCD點(diǎn)陣顯示模塊作為軟件平臺(tái)的一個(gè)輔助顯示終端。

　?。?）CAN網(wǎng)絡(luò)控制模塊：CAN總線網(wǎng)絡(luò)在波特率為9600時(shí)通信距離達(dá)到1.5krn,通信物理傳輸媒介簡(jiǎn)單。只需兩芯雙絞線及可組成總線網(wǎng)絡(luò)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)在雙絞線上傳送的物理信號(hào)是差分電壓信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)控制模塊的控制能以多主機(jī)方式通信。CAN網(wǎng)絡(luò)控制模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信仲裁等工作，使總線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞地工作。

　?。?）900MHz RF信號(hào)處理模塊：負(fù)責(zé)對(duì) 900MHz的射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)工作，并通過(guò)900MHz的無(wú)線電波對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)控制，對(duì)900MHz RF信號(hào)處理模塊能通過(guò)發(fā)射能量的控制來(lái)控制RFID標(biāo)簽識(shí)別的感應(yīng)距離，并使用反碰撞技術(shù)可以識(shí)別感應(yīng)區(qū)內(nèi)的多個(gè)RFID標(biāo)簽。該模塊與MCU主控單元通過(guò)并口連接，MCU可以通過(guò)命令控制該模塊進(jìn)行處理工作。

　?。?）讀寫(xiě)器可以對(duì)多個(gè)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)處理，并能設(shè)置RFID標(biāo)簽的讀寫(xiě)距離和方向，讀寫(xiě)器能自行判斷RFID標(biāo)簽是否被重復(fù)讀寫(xiě)處理。

　　2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.系統(tǒng)中手持式讀寫(xiě)器通過(guò)PC工作站的USB口和HUB集線器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而固定式閱讀器則通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)和PC工作站相連，然后通過(guò)HUB與數(shù)據(jù)服務(wù)器通信。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　為了有效地采用現(xiàn)代化管理方法，合理的組織生產(chǎn)，我們對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)的物流活動(dòng)進(jìn)行仔細(xì)的需求分析。通過(guò)對(duì)某現(xiàn)代化養(yǎng)豬場(chǎng)的調(diào)查，養(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)的管理對(duì)象不僅有豬，還有豬肉及其制品，飼料、員工等，因此，本系統(tǒng)設(shè)置了9大功能各模塊：即系統(tǒng)管理、豬只維護(hù)管理、生長(zhǎng)發(fā)育管理、飼養(yǎng)管理、繁殖管理、疾病管理、防疫管理、跟蹤信息查詢和養(yǎng)豬場(chǎng)資料管理，各模塊功能見(jiàn)圖4.

　　整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)采用C/5技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQLServer2000,處理系統(tǒng)內(nèi)部事務(wù)。前端開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用Delphi6.0設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用多線程技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)內(nèi)RFID標(biāo)簽讀寫(xiě)器使用狀況的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行，情況良好，基本上達(dá)到了預(yù)期的要求。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，畜牧產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的流通領(lǐng)域中具有重要的地位。電子標(biāo)簽將成為我國(guó)畜牧產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的"身份證".電子標(biāo)簽國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的推出和電子標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用將大大提高我國(guó)畜牧產(chǎn)品物流管理能力、質(zhì)量監(jiān)督能力、可跟蹤能力以及國(guó)際貿(mào)易中的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也有利于規(guī)范和凈化畜牧產(chǎn)品市場(chǎng)。

　　近幾年，我國(guó)因?yàn)閯?dòng)物及其產(chǎn)品造成自勺重大疫情時(shí)有發(fā)生，由于地域廣闊、人口眾多、人員和物資的流動(dòng)性大，造成的危害非常巨大，制止疫情需要的時(shí)間長(zhǎng)、付出的代價(jià)很大。生產(chǎn)安全、衛(wèi)生、合格的綠色畜禽產(chǎn)品。因此，在對(duì)動(dòng)物的識(shí)別與跟蹤管理中進(jìn)一步研究和使用RFID技術(shù)，將能促進(jìn)我國(guó)的畜牧業(yè)向更高層次發(fā)展。

　　圖4 基于RFID的養(yǎng)豬場(chǎng)管理信息系統(tǒng)

參考文獻(xiàn):

[1]. COM datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/COM_1118194.html.