CN104240135B - 一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，该跟踪溯源方法中利用传感器节点采集畜禽养殖环境信息，并将采集到的畜禽养殖环境信息发送至RFID系统，RFID系统将接收到的畜禽养殖环境信息，及对应的接收时间写入存储单元中，还根据读取到的ID与畜禽养殖环境信息，以及对应的接收时间生成校验数据，并将校验数据分别写入存储单元和对应的电子标签中。本发明的跟踪溯源方法中除了将整个养殖区的畜禽养殖环境信息写入到存储单元中外，还将携带有ID、接收到的畜禽养殖环境信息、以及接收时间的校验数据写入存储单元和对应的电子标签中，通过比对电子标签与存储单元中存储的校验数据，可以有效防止畜禽养殖环境信息篡改，提高了跟踪溯源方法的可靠性。

Description

一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法

技术领域

本发明涉及禽畜产品质量安全监督管理技术领域，具体涉及一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法。

背景技术

畜禽产品是人类食物的重要构成部分，是人类赖以生存的重要事务，畜禽产品的质量安全健康不仅关系到个人的健康、社会的稳定，更关系到整个人类社会的健康发展。畜禽产品在生产、加工、运输、保存以及销售过程中，充斥的多样的不安全因素，从而使畜禽产品质量安全受到严重影响，威胁着人类的身体健康。对畜禽养殖环境进行有效的监控和追溯，是禽畜产品质量安全监督管理技术领域中一个极为迫切的课题。

现有的畜禽产品质量安全监督管理跟踪溯源装置中均包括畜禽养殖环境信息检测模块、个体标识模块和存储单元。其中，畜禽养殖环境信息监测模块用于采集畜禽养殖环境信息，可采用传感器节点实现；个体标识模块可以为具有多个电子标签的RFID系统，用于对每个畜禽个体进行标识。该RFID系统采用具有多个电子标签的RFID系统实现，包括电子标签读写器和天线等，电子标签读写器通过天线进行电子标签的写入和读取操作。使用时，传感器节点分散安装于养殖区中，电子标签分别固定在养殖区中各个畜禽个体上，电子标签读写器和天线安装于喂食区，当畜禽进入天线的覆盖范围内，电子标签读写器才可以对该畜禽上的电子标签进行读写操作。该装置工作时，传感器节点定期检测畜禽养殖环境信息，并将检测到的畜禽养殖环境信息与对应畜禽的标识直接存储至存储单元中。一旦发现该畜禽产品出现质量问题，则可根据存储单元中存储的数据对养殖过程进行溯源，排查问题。

尽管上述系统能够实现养殖过程进行溯源，但是由于个体标识模块和畜禽养殖环境信息监测模块独立工作，个体标识模块和畜禽养殖环境信息监测模块的数据分别存储至存储单元中，当进行溯源时，将个体标识模块和畜禽养殖环境信息监测模块的数据集合到一起。由于缺少接收时间信息，无法直接依据接收时间轴进行数据分析，增加了工作量和工作难度。

此外，现有的畜禽产品质量安全监督管理跟踪溯源系统中畜禽养殖环境信息与对应畜禽的标识直接存储至存储单元，整个过程均不存在数据验证环节，存在存储单元中的数据被篡改的风险，进而影响最终溯源结果的可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法。

本发明的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，包括：

(1)利用传感器节点采集畜禽养殖环境信息，并将采集到的畜禽养殖环境信息发送至RFID系统；

(2)RFID系统将接收到的畜禽养殖环境信息及其接收时间写入存储单元中；

并读取RFID系统中用于对畜禽进行个体标识的电子标签的ID，根据读取到的ID与接收到的畜禽养殖环境信息，以及对应的接收时间生成校验数据，并将所述的校验数据分别写入存储单元和对应的电子标签中；

所述的校验数据用于确定存储单元中存储的畜禽养殖环境的有效性。

本发明的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，实施于包括存储单元、具有若干电子标签和电子标签读写器的RFID系统、以及若干传感器节点的跟踪溯源装置，所述的传感器节点定时采集畜禽养殖环境信息。该跟踪溯源方法实施时，RFID系统中的每个电子标签分别安装在养殖区中的不同畜禽的身体上，每个电子标签具有唯一的ID，即作为该畜禽的个体标识。

本发明的跟踪溯源方法中除了将整个养殖区的畜禽养殖环境信息写入到存储单元中外，还将携带有ID、接收到的畜禽养殖环境信息，以及接收到的畜禽养殖环境信息的接收时间的校验数据写入存储单元，且该校验数据还被写入与ID对应的电子标签中。将电子标签中的校验数据与存储单元中的校验数据进行比对，若二者一致，则认为该存储单元中存储的畜禽养殖环境信息数据未篡改，为该畜禽的畜禽养殖环境信息，即存储单元中存储的畜禽养殖环境信息有效；否则，认为该存储单元中存储的畜禽养殖环境信息被篡改过，即畜禽养殖环境信息无效。通过电子标签和存储单元中存储的校验数据的比对，可以判断数据是否篡改，可有效防止数据篡改，提高了溯源结果的可靠性。

此外，由于传感器节点采集畜禽养殖环境的时间与RFID系统接收该畜禽养殖环境信息的时间间隔较短，可以将该接收时间作为传感器节点采集该畜禽养殖环境的采集时间。本发明中将畜禽养殖环境信息和对应的接收时间同时存储至存储单元中，即能够直接依据接收时间进行对畜禽养殖环境按时间轴进行分析，提高了分析效率。

由于一个养殖区域中通常包括多个传感器节点，本发明的跟踪溯源方法中，传感器节点采集到的畜禽养殖环境信息在发送至RFID系统前需要进行预处理，通过预处理向各个传感节点采集到的畜禽养殖环境信息添加一个标志位(可以任意设置)，以便于RFID系统根据标志位确定接收到的畜禽养殖环境信息与传感器节点的对应关系，进而保证生成的校验数据的准确性。

所述步骤(1)中采用Zigbee技术将传感器节点采集到的畜禽养殖环境信息发送至RFID系统。ZigBee技术便于实现，实现成本低，且有利于降低发送畜禽养殖环境信息的功耗。

所述步骤(2)中通过以下方法生成校验数据：

分别用字符串表示读取到的ID、接收到的畜禽养殖环境信息和相应的接收时间，将对应的字符串排列即得到校验数据。

排列用字符串表示的ID、接收到的畜禽养殖环境信息和相应的接收时间时，可以按照任意顺序排列，但是针对不同的校验数据应该采用统一的排列顺序。由于传感器进行畜禽养殖环境信息采集的时间间隔，相应的接收时间之间也存在固定的时间间隔，利用该规律，采用字符串表示第一个接收时间开始，下一个接收时间用另外一个字符串表示(字符串的长度可根据应用需求设定)，如初始的接收时间为字符0A，则下一个接收时间则用字符0B。

所述步骤(2)中根据电子标签的存储空间、校验数据的大小，按照该校验数据对应的畜禽养殖环境的接收时间，将所述的校验数据写入电子标签。

所述中步骤(2)将校验数据写入电子标签时，先将电子标签的存储空间定义为若干个存储位，使每个存储位的大小等于校验数据的大小，然后按照存储位进行写入。

将电子标签的存储空间划分为若干个存储位时，每个存储位在空间上连续，且最后剩余的存储空间不足1个存储位时忽略不计，直接向下取整。

按存储位进行写入过程如下：

以第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，改变起始位依次进行覆盖写入，直至写完校验数据；

在改变起始位时，起始位在第二个存储位和最后一个存储位之间逐次循环选取。

由于电子标签的存储空间有限，对已经写满的电子标签进行写入会覆盖已经写入的数据。根据跟踪溯源的总时长，将整个溯源总时长划分为前期、中期和后期三个时间段，通过以上方法将校验数据写入电子标签，可以保留第一个校验数据和后期的校验数据，且后期的校验数据在时间上连续，导致最后保留的校验数据在时间上不离散，缺少中期的校验数据，影响该跟踪溯源方法的可靠性不高。

为提高时间上的离散型，增加中期的校验数据，当需要写入的校验数据的总数不是(或接近)电子标签存储位个数的整数倍(余数为电子标签存储位个数的1/3～2/3)时，作为优选，按存储位进行写入过程如下：

先将电子标签中所有存储位定义为若干组，每组中相邻的两个存储位之间间隔的存储位的个数与定义的组数相同，相邻两组间的第一个存储位连续；

以第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，从第一组至最后一组，按组依次循环将各个校验位覆盖写入；

针对每一组，以该组中第二个存储位为起始位开始覆盖写入，当最后一个存储位被覆盖写入后结束，并进行下一组进行覆盖写入。

通过以上方法将所有校验数据写入后，由于需要写入的校验数据的总数不接近电子标签存储位个数的整数倍时，这样最后保留下来的校验数据中部分会分布在中期，进而增加了时间的离散型，提高了该方法的可靠性。

每组中相邻的两个存储位之间间隔的存储位的个数为6～10。

该间隔的大小根据电子标签中包括的存储位的个数决定，一方面要保证有时间间隔，另一方面还要保证能够进行多次循环，这样才能保证电子标签中最后保存下来的校验数据在整个时间轴上离散，使中期也分布有对应的校验数据。

与现有技术相比，本发明的跟踪溯源方法中除了将畜禽养殖环境信息和接收时间写入到存储单元中外，还将携带有ID、畜禽养殖环境信息，以及接收时间的校验数据写入存储单元，且该校验数据还被写入与ID对应的电子标签中。通过比对电子标签与存储单元中存储的校验数据，可以有效防止数据篡改，提高了跟踪溯源方法的可靠性。

附图说明

图1为本实施例的跟踪溯源方法的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本实施例的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，实施于如图1所示的跟踪溯源装置，包括存储单元(数据库服务器)、RFID系统、以及若干传感器节点(本实施例中为3个)。本实施例的跟踪溯源装置基于Arduino UNO开发平台完成，Arduino UNO开发平台集成有用于进行数据收发的Xbee模块(图中未示出)。每个传感器节点包括两个传感器和一个Arduino UNO开发平台，各个传感器均与Arduino UNO开发平台的输入端连接。两个传感器分别为光照传感器BH1750和温湿度传感器DHT22，各个传感器节点定时采集相应的畜禽养殖环境信息(本实施例中每隔10秒采集一次)，经Arduino UNO开发平台处理后通过Xbee模块将该数据发送出去。RFID系统包括若干个电子标签(tag)、Arduino UNO开发平台、AS399x读写器、LCD显示器和天线，集成于Arduino UNO开发平台上的Xbee模块接收传感器节点发送的数据，并由Arduino UNO开发平台进行处理；LCD显示器与Arduino UNO开发平台的相应接口连接，在Arduino UNO开发平台的控制下进行数据显示，AS399x读写器在Arduino UNO开发平台的控制下通过天线对各个电子标签进行写入操作。

本实施例的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，应用于种猪养殖场。实施时，首先选取30个电子标签，装在猪的耳朵上，每个电子标签具有唯一的ID(即ID信息)，且实际应用时每个电子标签分别安装在养殖区中的不同畜禽的身体上，因此，一个ID实际上可以理解为一个畜禽标识。在养殖场内分散安放3个Sensor节点(传感器节点)，并将RFID系统中除电子标签外的其他部件(包括LCD显示器、Arduino UNO开发平台、AS399x读写器和天线)安装在饲料投放处(喂食区)。

如图1所示，本实施例的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法中传感器节点每采集一次畜禽养殖环境信息后，进行如下操作：

(1)采用Zigbee技术，将各个传感器节点采集到的畜禽养殖环境信息(简写为环境信息)发送至RFID系统；

(2)RFID系统将接收到的畜禽养殖环境信息，以及接收到该畜禽养殖环境信息的接收时间写入存储单元中，并读取电子标签的ID。

由于RFID系统中AS399x读写器和天线安装在饲料投放处(喂食区)，天线具有一定的覆盖范围，只有在该覆盖范围内的电子标签才能够被读取。电子标签安装在猪的耳朵上，猪在养殖场中四处活动，靠近天线后对应的电子标签的ID即可被读取。当覆盖范围内有多个电子标签时，根据进入该覆盖范围的接收时间顺序，优选选择读取先进入的天线覆盖范围的电子标签；若同时进入，随机读取其中一个电子标签的ID即可。

当读取到ID后，根据读取到的ID、接收到的畜禽养殖环境信息，以及接收到该畜禽养殖环境信息的接收时间生成一个校验数据。本实施例中通过以下方法生成校验数据：

分别用字符串表示读取到的ID、接收到的畜禽养殖环境信息和相应的接收时间，排列即得到校验数据。

排列用字符串表示的ID、接收到的畜禽养殖环境信息和相应的接收时间时，可以按照任意顺序排列，但是针对不同的校验数据应该采用统一的排列顺序。

生成校验数据后，将校验数据通过LCD显示其进行显示，并将该校验数据对应的校验数据分别写入存储单元和对应的电子标签中。

本实施例中根据电子标签的存储空间、校验数据的大小，按照该校验数据对应的畜禽养殖环境的接收时间，将校验数据写入电子标签。

将校验数据写入电子标签时，先将电子标签的存储空间定义为若干个存储位，使每个存储位的大小等于校验数据的大小，然后按照存储位进行写入。

本实施例中可以通过如下过程，按存储位将校验数据写入电子标签中：

以第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，改变起始位依次进行覆盖写入，直至写完校验数据；

在改变起始位时，起始位在第二个存储位和最后一个存储位之间逐次循环选取。

具体原理如下：

首先以第一个存储位为起始位开始写入，直至最后一个存储位写入后，以第二个存储位为起始为继续写入，直至最后一个存储位写入后，以第三个存储位为起始为继续写入，直至最后一个存储位写入；

依此类推，直至起始位为最后一个存储位，覆盖写入后，再返回以第二个存储位为起始位开始继续写入，直至最后一个存储位写入后，以第三个存储位为起始为继续写入；

依此类推，直至所有校验数据全部写入后结束。

电子标签写满后再次写入的校验数据会直接覆盖之前的写入的校验数据，为增加时间的离散型，提高了该方法的可靠性，当需要写入的校验数据的总数不接近电子标签存储位个数的整数倍(余数为电子标签存储位个数的1/3～2/3)时，本实施例中，可以按照以下过程进行：

先将电子标签中所有存储位定义为若干组(10组)，每组中相邻的两个存储位之间间隔的存储位的个数与定义的组数相同，相邻两组间的第一个存储位连续；

第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，从第一组至最后一组，按组依次循环将各个校验位覆盖写入；

针对每一组，以该组中第二个存储位为起始位开始覆盖写入，当最后一个存储位被覆盖写入后结束，并进行下一组进行覆盖写入。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，包括：

(1)利用传感器节点采集畜禽养殖环境信息，并将采集到的畜禽养殖环境信息发送至RFID系统；

(2)RFID系统将接收到的畜禽养殖环境信息及其接收时间写入存储单元中；

并读取RFID系统中用于对畜禽进行个体标识的电子标签的ID，根据读取到的ID与接收到的畜禽养殖环境信息，以及对应的接收时间生成校验数据，并将所述的校验数据分别写入存储单元和对应的电子标签中；

将电子标签中的校验数据与存储单元中的校验数据进行比对，若二者一致，则认为该存储单元中存储的畜禽养殖环境信息数据未篡改，为该畜禽的畜禽养殖环境信息，存储单元中存储的畜禽养殖环境信息有效；否则，认为该存储单元中存储的畜禽养殖环境信息被篡改过，畜禽养殖环境信息无效；

所述的校验数据用于确定存储单元中存储的畜禽养殖环境的有效性；

通过预处理向各个传感节点采集到的畜禽养殖环境信息添加一个标志位，以便于RFID系统根据标志位确定接收到的畜禽养殖环境信息与传感器节点的对应关系，进而保证生成的校验数据的准确性；

所述步骤(1)中采用Zigbee技术将传感器节点采集到的畜禽养殖环境信息发送至RFID系统。

2.如权利要求1所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过以下方法生成校验数据：

分别用字符串表示读取到的ID、接收到的畜禽养殖环境信息和相应的接收时间，将对应的字符串排列即得到校验数据。

3.如权利要求1～2中任意一项权利要求所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据电子标签的存储空间、校验数据的大小，按照该校验数据对应的畜禽养殖环境的接收时间，将所述的校验数据写入电子标签。

4.如权利要求3所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，所述步骤(2)将校验数据写入电子标签时，先将电子标签的存储空间定义为若干个存储位，使每个存储位的大小等于校验数据的大小，然后按照存储位进行写入。

5.如权利要求4所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，按存储位进行写入过程如下：

以第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，改变起始位依次进行覆盖写入，直至写完校验数据；

在改变起始位时，起始位在第二个存储位和最后一个存储位之间逐次循环选取。

6.如权利要求4所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，按存储位进行写入过程如下：

先将电子标签中所有存储位定义为若干组，每组中相邻的两个存储位之间间隔的存储位的个数与定义的组数相同，相邻两组间的第一个存储位连续；

以第一个存储位为起始位开始写入，按照存储位依次将各个校验数据写入，当最后一个存储位被写入后，从第一组至最后一组，按组依次循环将各个校验位覆盖写入；

针对每一组，以该组中第二个存储位为起始位开始覆盖写入，当最后一个存储位被覆盖写入后结束，并进行下一组进行覆盖写入。

7.如权利要求6所述的畜禽养殖环境的跟踪溯源方法，其特征在于，每组中相邻的两个存储位之间间隔的存储位的个数为6～10。