CN103971157A - 用于动物养殖的可植入式无源超高频rfid温度传感标签及其感知方法 - Google Patents

Abstract

一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签，包括金属共形天线外壳、高介电常数的介质材料和用以采集动物温度信息并以射频信号进行发送的RFID标签芯片；所述金属共形天线外壳的内部是高介电常数的介质材料，所述介质材料的底部嵌入RFID标签芯片，所述RFID标签芯片的运行频段为超高频段。以及一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签的感知方法。本发明集成了传感器、掉标率低、识读距离长、对生物兼容性的要求较低、体积小、价格低廉。

Description

用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签及其感知方法

技术领域

本发明属于动物养殖领域，涉及一种传感标签，特别涉及一种用RFID温度传感标签及其感知方法。

背景技术

传统的动物养殖方式是基于人工饲养的，费时费力，生产速度慢，难以规模化，对于动物的健康状况较难准确评估，饲料的计量把握与药物的筛选也不科学。

为克服传统动物养殖的缺点，基于物联网射频识别（RFID）的智能养殖已被应用。该技术通过在动物身上安装电子标签并由阅读器发出的射频信号对其进行识别，可以随时对动物的相关属性进行跟踪，并进行相应的管理。

目前，用于动物养殖的常用电子标签存在一些缺点，包括：电子标签并没有集成传感器；耳标式电子标签掉标率高，常采用低频，识读距离短；注射式电子标签对生物兼容性的要求较高；大多数电子标签会受到含有金属和水的环境的影响；部分电子标签采用有源的方式，体积大，价格高，需要更换电池。

发明内容

为了克服已有用于动物养殖的电子标签的没有集成传感器、掉标率高、识读距离短、对生物兼容性的要求较高、体积大、价格高的不足，本发明提供了一种集成了传感器、掉标率低、识读距离长、对生物兼容性的要求较低、体积小、价格低廉的用于动物养殖的可植入式 无源超高频RFID温度传感标签及其感知方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签，包括金属共形天线外壳、高介电常数的介质材料和用以采集动物温度信息并以射频信号进行发送的RFID标签芯片；所述金属共形天线外壳的内部是高介电常数的介质材料，所述介质材料的底部嵌入RFID标签芯片，所述RFID标签芯片的运行频段为超高频段。

进一步，所述RFID标签芯片被封装在以塑料或玻璃为材料的胶囊外壳中。

一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签的感知方法，所述感知方法包括如下步骤：

1）温度传感标签植入位置为动物耳根皮下组织；

2）感知内容为动物的体温变化，某一时刻的体温和整个生长过程的体温，以及环境温度的变化；

3）感知的数据通过无线通信方式或有线方式传送至物理网关，并传输至互联网云服务器和存储设备进行存储，通过计算机远程登录或移动终端进行访问；基于所述感知数据，养殖人员对动物进行良好监测、分析与管理。

进一步，所述感知方法还包括以下步骤：所述步骤2）中，感知温度传感标签的设备包括感知天线和阅读器，所述阅读器通过感知天线读取温度传感标签的数据。

所述感知天线为平面天线。

所述感知方法还包括以下步骤：所述感知方式为固定式，固定式 即为将感知设备固定在通道的某个区域，动物进入通道后便可以进行感知，分为①将感知设备装在某个通道的一侧；②将感知设备装在通道的顶端，即俯视的方式。

所述感知方法还包括以下步骤：所述感知方式为移动式，移动式为以设定速度在动物上方进行移动扫描，采用顺序式移动或跳跃式移动，移动速度、频度都可以设置。

本发明的有益效果主要表现在：1）该温度传感标签为植入式传感标签，通过RFID标签芯片提取动物温度信息，并传送至计算机上进行监测与分析。采集的数据精确度与时效性高，完整性强，便于养殖监督与管理。

2）感知方法灵活，获取数据全面，感知设备可自充电。

3）采集的数据在互联网云服务器和存储设备进行共享，通过计算机和移动设备的接入，可以在任何时间任何地点被访问。

4）基于采集的数据，可对动物的采食、休息、受孕、产仔等进行良好监测、分析与管理，对动物的健康状况进行准确评估与全程跟踪，以及对动物饲料计量与药物筛选进行准确把握，保证食品安全并节约成本。

5）通过植入传感标签，可实现从动物出生到屠宰、再到运输及上货架买卖的全过程食品安全溯源。

6）该温度传感标签不脱落，无需电池，从而没有维护成本，并且识读距离远。

7）完全数字化养殖，优化养殖过程，提高养殖产量，并最终大幅增加养殖效益。

附图说明

图1是用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签的结构示意图。（a）RFID传感标签，图中：1金属共形天线外壳、2高介电常数的介质材料、3RFID标签芯片、4胶囊外壳；（b）RFID传感标签经过胶囊外壳封装。

图2是本发明所应用的养殖监测与管理系统的原理图。

图3是本发明所述的感知方法示意图。（a）固定式感知方式；（b）移动式感知方式。

图4是本发明所涉及的数据提供和获取方式的示意图，图中：5为感知设备。

图5为动物在受孕期的体温变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1～图5，一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签，包括金属共形天线外壳、高介电常数的介质材料和RFID标签芯片，其特征是：整个传感标签为长方体型；金属共形天线外壳为铝或银等金属材料制成，其作用等效于天线；金属共形天线外壳包裹在传感标签周围，传感标签内部是高介电常数的介质材料，其作用是将电磁波在此传输的等效波长缩短，使天线尺寸缩小；介质材料的底部嵌入RFID标签芯片，其作用是采集动物温度信息，并以射频信号进行发送；RFID标签芯片的运行频段为超高频段，即UHFRFID频段；该RFID传感标签被封装在以塑料或玻璃为材料的胶囊外壳中，可植入动物体内。

RFID传感标签底部的RFID标签芯片提取动物温度信息；2米以 内安置的阅读器和天线发出电磁波，由金属共形天线接收，传输至传感标签底部的RFID标签芯片；RFID标签芯片感应阅读器发出的电磁波，将提取的动物体征信息通过电磁波传输至金属共形天线；金属共形天线将电磁波传送至天线和阅读器，阅读器最终将信息通过有线或无线方式传输至远端的计算机和移动终端上进行实时的监测与分析。

本实施例的用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID传感标签，如图1所示，包括金属共形天线外壳1、高介电常数的介质材料2和RFID标签芯片3，其特征是：整个传感标签为长方体型；金属共形天线外壳1的内部是高介电常数的介质材料2；所述介质材料的底部嵌入RFID标签芯片3。

金属共形天线外壳1为铝或银等金属材料制成，其作用等效于天线，用于接收来自于阅读器的电磁波和发送来自RFID标签芯片的电磁波。

高介电常数的介质材料2，其作用是将电磁波在此传输的等效波长缩短，使天线尺寸缩小。

RFID标签芯片3,其作用是采集动物温度特征信息，并以射频信号进行发送。

该RFID温度传感标签被封装在以塑料或玻璃为材料的胶囊外壳中，可植入动物体内。

本发明所应用的养殖系统如图2所示。

本发明植入动物耳根皮下组织后，其底部的RFID标签芯片3提取动物体内的温度信息，包括体温的变化，某一时刻的体温和整个生长过程的体温，以及周围环境温度的变化。当动物进入检测通道后，该温度传感标签进入天线和阅读器等感知设备的感知范围内（2米以 内），天线和阅读器开始对温度传感标签进行感知。感知设备的感知方式包括了固定式和移动式，如图3所示。固定式即为将感知设备固定在通道的某个区域，动物进入通道后便可以进行感知，该方式又分为①将感知设备装在某个通道的一侧；②将感知设备装在通道的顶端，即俯视的方式。移动式为以一定速度在动物上方进行移动扫描，可以是顺序式移动，也可以是跳跃式移动，移动速度、频度都可以设置。固定式和移动式感知方式，均需要将天线和阅读器等感知设备安装在轨道上，轨道的位置和感知设备在轨道上的运行方式则根据不同的感知方式可以进行设置和改变。

当感知过程启动后，安置的阅读器和天线发出电磁波，由金属共形天线1接收，传输至传感标签底部的RFID标签芯片3；RFID标签芯片3感应阅读器发出的电磁波，将提取的动物温度体征信息通过电磁波传输至金属共形天线1；金属共形天线1将电磁波传送至天线和阅读器，阅读器最终将信息通过有线或无线方式（比如ZigBee等近场通信方式）传输至物理网关。

采集的数据经物理网关传输至互联网云服务器和存储设备中，养殖人员、专家团队和第三方企业与机构可以通过计算机远程登陆和移动终端访问（Web/App）获取这些数据，通过分析这些数据，可以对动物的采食、休息、受孕、产仔等过程进行良好监测与判断，进行相应的养殖决策，指导养殖人员进行相应的管理或远程控制养殖场设备的运行与状态，并根据这些数据对饲料与药物进行合理配置，以及提供与养殖相关的数据和服务，（如图4所示）。图5为采用本发明的实例：对动物受孕期的体温变化进行实时地监测与分析，很好地判断其排卵时间（排卵期体温较低），进行合理配种，并准确把握其妊娠时间， 进行相应的培育。

本温度传感标签体积小，可植入动物体内，对动物的温度体征信息进行采集；不脱落，无需电池，无维护成本，且识读距离远；结构简单，生产便捷；抗金属、抗人体，获取数据准确度高；完全数字化监测与分析，获取数据时效性高；可提高工作效率，降低养殖与管理成本，并对动物疾病进行检测防疫，保证食品安全。所述的传感标签感知方法灵活多样，感知效果好，获取数据全面，感知的数据可以传输至互联网云服务器与存储设备，并通过远程登录和移动终端在任何时间任何地点访问，对采集的数据进行分析、处理并作出相应管理，第三方企业与机构也可以针对获取的数据提供相应的服务，并向养殖场提供数据。该发明可实现养殖的完全数字化与智能化。

实施例2

一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签的感知方法。该感知方法具体阐述如下：

1）温度传感标签植入位置为动物耳根皮下组织。

2）感知内容为动物的体温变化，某一时刻的体温和整个生长过程的体温，以及环境温度的变化。

3）感知的数据通过ZigBee等近场无线通信方式或有线方式传送至物理网关，并传输至互联网云服务器和存储设备进行存储，可以通过计算机远程登录或移动终端进行访问。基于这些数据，养殖人员可对动物的采食、休息、受孕、产仔等进行良好监测、分析与管理。

4）第三方企业与机构可以针对获取的数据提供相应的服务，也可以向养殖场提供数据。

所述感知温度传感标签的设备包括了感知天线和阅读器，感知天 线为平面天线。

其中的感知方式包括了固定式和移动式。固定式即为将感知设备固定在通道的某个区域，动物进入通道后便可以进行感知，分为①将感知设备装在某个通道的一侧；②将感知设备装在通道的顶端，即俯视的方式。移动式为以一定速度在动物上方进行移动扫描，可以是顺序式移动，也可以是跳跃式移动，移动速度、频度都可以设置。

Claims (7)

1.一种用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签，其特征在于：包括金属共形天线外壳、高介电常数的介质材料和用以采集动物温度信息并以射频信号进行发送的RFID标签芯片；所述金属共形天线外壳的内部是高介电常数的介质材料，所述介质材料的底部嵌入RFID标签芯片，所述RFID标签芯片的运行频段为超高频段。

2.如权利要求1所述的用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签，其特征在于：所述RFID标签芯片被封装在以塑料或玻璃为材料的胶囊外壳中。

3.一种如权利要求1所述的用于动物养殖的可植入式无源超高频RFID温度传感标签的感知方法，其特征在于：所述感知方法包括如下步骤：

1）温度传感标签植入位置为动物耳根皮下组织；

2）感知内容为动物的体温变化，某一时刻的体温和整个生长过程的体温，以及环境温度的变化；

3）感知的数据通过无线通信方式或有线方式传送至物理网关，并传输至互联网云服务器和存储设备进行存储，通过计算机远程登录或移动终端进行访问；基于所述感知数据，养殖人员对动物进行良好监测、分析与管理。

4.如权利要求3所述的感知方法，其特征在于：所述感知方法还包括以下步骤：所述步骤2）中，感知温度传感标签的设备包括感知天线和阅读器，所述阅读器通过感知天线读取温度传感标签的数据。

5.如权利要求4所述的感知方法，其特征在于：所述感知天线为平面天线。

6.如权利要求4所述的感知方法，其特征在于：所述感知方法还包括以下步骤：所述感知方式为固定式，固定式即为将感知设备固定在通道的某个区域，动物进入通道后便可以进行感知，分为①将感知设备装在某个通道的一侧；②将感知设备装在通道的顶端，即俯视的方式。

7.如权利要求4所述的感知方法，其特征在于：所述感知方法还包括以下步骤：所述感知方式为移动式，移动式为以设定速度在动物上方进行移动扫描，采用顺序式移动或跳跃式移动，移动速度、频度都可以设置。