CN105678364A - 一种畜禽产业链信息采集、传承及交互终端系统 - Google Patents

Abstract

畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，包括微处理器，及与所述微处理器相连的数据感知系统、数据传输系统、电源系统、显示模块和打印模块，其特征在于：所述数据感知系统以高低频RFID为核心，配合相应耳标构成；所述数据传输系统以GPRS为核心，经移动网络完成相关数据的接收发送；在硬件基础上，本系统采用基于时隙ALOHA协议的动态调整帧长算法，有效避免了多个标签相互干扰的情况出现。

Description

一种畜禽产业链信息采集、传承及交互终端系统

技术领域

本发明涉及一种产业链信息管理系统，尤其涉及一种畜禽产业链信息采集、传承及交互终端系统。

背景技术

我国从2002年起开始实行动物免疫标识制度，《中华人民共和国畜牧法》明确规定养殖者必须为畜禽建立养殖档案，进行标识，2006年国家农业部67号令颁布的《畜禽标识和养殖档案管理办法》正式启动建设“动物标识与疫病可追溯体系”，并于2007年起进行全国范围的推广，2009年颁布并实施的《中华人民共和国食品安全法》则从制度上对肉食品的安全监管体系、风险监测、安全事故的处置和评估等进行了进一步补充和完善；国际上，各国也都在将食品安全作为国家战略，制定了严格的畜牧信息管理法规，强制为牲畜佩戴二维码及RFID电子耳标，基本形成了活体牲畜的信息化管理。

目前国内养殖业主对畜禽的标识大部分采用的是二维耳标和一维条码相结合的方式，在读取的准确性、读取速度、可读写性等方面还有所欠缺，部分使用RFID耳标方案的畜禽养殖企业大多存在易受干扰、扫描距离不足、标准不统一和中间环节缺失等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，通过本终端系统可对禽畜信息进行及时更新、查询，实现从养殖到屠宰再到销售的有效追踪，并且在实际应用过程中消除码间干扰、相互冲突等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统。

畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，：包括微处理器,及与所述微处理器相连的数据感知系统、数据传输系统、电源系统、显示模块和打印模块，所述数据感知系统以高低频RFID为核心，配合相应耳标构成；还包括用于提高RFID读取范围而设计的定向接收天线；所述数据传输系统以GPRS为核心，经移动网络完成相关数据的接收发送；在硬件构成基础上，本系统采用基于时隙ALOHA协议的动态调整帧长算法；

畜禽养殖技术交互终端系统动态调整帧长过程：

设定帧长f的初始值；

识别标签；

当前帧是否有标签相应；如果有根据标签相应，估算未识别的标签数目n，设置下一帧优化帧长f，然后进入上一步的“设别标签”；如果没有标签相应，结束；

基于贝叶斯概率模型计算最优帧长过程：

设定标签相应的概率分布函数；

根据标签相应的概率分布函数，计算下一帧能够识别的标签数目期望值；

最大化该期望值，计算最优帧长f；

对比当前帧长f是否等于最优帧长：如果是，根据前面各帧和当前帧已知的响应间隙，计算下一时隙分别为空时隙、但时隙、冲突时隙的条件概率；如果不是，结束当前帧，设置下一帧帧长f=f1；然后进入：根据前面各帧和当前帧已知的响应间隙，计算下一时隙分别为空时隙、但时隙、冲突时隙的条件概率；

根据当前时隙的标签响应状态，根据实际获取的时隙转台和预估值概率，更新下一帧标签相应的分布情况；

然后进入到标签相应的概率分布函数

作为优化，所述微处理器为MSP430F5438微处理器，其指令运行速度快，能耗低、可扩展。

作为优化，显示模块采用LCD显示屏，采用32位ARM处理器+FPGA双核控制架构，加强图像处理功能，为用户提供质量更好的显示界面，当接收到数据时，会产生蜂鸣和闪灯提示，并且支持触摸控件，方便用户进行操作。

作为优化，打印模块采用集成芯片MAX3232，有串口形式的接口，稳定性好，提供用户进行打印机的调用。

作为优化，数据传输系统采用的H7210GPRSDTU，适应了远距离数据传输通讯的要求，尤其适合数据采集点分散、位置偏远、有线通讯安装施工不便、成本高的行业，极大提高了数据通讯能力，节约人力物力成本，实现了数据通讯的跨越。

作为优化，电源系统采用12V蓄电池、SX2639芯片与相关电路实施运行保障，有较强的稳定性。

本发明有益效果是：在畜禽屠宰环节采用高低频高效转换方式，实现了由畜禽个体到分解后多个肉体的标识，便于追踪禽畜来源，实现从养殖到屠宰再到销售的有效追踪；采用新型的算法协议，有效的解决了多个易受干扰、扫描距离不足、标准不统一和中间环节缺失等问题，在屠宰和销售环节，系统支持批量检测标签个体认证，防止标签的伪造；可在单机、联网两种模式下使用模式，单机模式下，通过扫描获取耳标码，为在网络条件不佳的情况下提供一种备选方案，提高了该系统的可用性，联网模式下，可以进而获取畜禽的溯源码，输入添加相关畜禽信息并上传至畜禽的服务器端。

附图说明

图1为定向天线前向链路能量消耗示意图；

图2为高低频传递信号转换示意图；

图3为时钟与数据恢复结构；

图4为高频标签存储结构；

图5为禽养殖技术交互终端系统动态调整帧长过程图；

图6为基于贝叶斯概率模型计算最优帧长过程图；

图7为耳标体结构示意图；

图8为卡圈结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统包括微处理器、数据感知系统、数据传输系统、电源系统、显示模块和打印模块，其中微处理器选用了MSP430F5438微处理器，该型微处理器为16位精简指令集架构，内置256KBFLASH存储器，16KBRAM，具有4个USART，指令运行速度快、功耗低、可扩展，为方便进行系统设计和扩展，其核心板配置了复位电路、高低频晶振及定义好的标准I/O接口，所述的数据感知系统以高低频RFID为核心，配合相应耳标构成，由高低频RFID读取到耳标相应的数据发送到微处理器构成信息感知网络，为提高RFID读取范围，本发明设计了新的定向接收天线和根据实际需求计算出来的标签激活能量，如图1所示，新设计的定向天线，初始能量值为1w的传输信号，并使得标签位于定向天线增益最大的方向上时，读取器所能达到的范围获得增加。

数据传输系统采用H7210GPRSDTU，适应了远距离数据传输通讯的要求，尤其适合数据采集点分散、位置偏远、有线通讯安装施工不便、成本高的行业，极大提高了数据通讯能力，节约人力物力成本，实现了数据通讯的跨越；电源系统采用12V蓄电池、SX2639芯片与相关电路实施运行保障，有较强的稳定性；显示模块采用C系列彩屏V2.1.1，采用32位ARM处理器+FPGA双核控制架构，加强图像处理功能，为用户提供质量更好的显示界面；当接收到数据时，会产生蜂鸣和闪灯提示，并且支持触摸控件，方便用户进行操作；打印模块采用集成芯片MAX3232，有串口形式的接口，稳定性好，提供用户进行打印机的调用。

在屠宰阶段，畜禽个体被分解为多个部分，为实现由养殖阶段到屠宰销售阶段的连接，本发明设计了高低频转换器件；屠宰前，由低频读取器读取畜禽个体身上的标签，之后交予高频写入器进行标签写入，如图2所示的高低频信号转换示意图，低频读写器读取到低频信号后首先存储到输入数据寄存器，数据信号在处理过程中为避免受噪声影响而产生的失真或者延迟现象，数据信号在经过均衡器后，需要进行时钟恢复，即对数据重新定位，时钟恢复电路检测所接收的数据的跳变沿并根据一定的算法调整本地采样时钟的相位；数据定位电路利用调相后的时钟对受到噪声污染的接收数据进行采样，输出正确的数据，并且保证恢复出的数据和恢复出的时钟在相位上保持特定的关系，如果传输的串行数据连续“0”或者“1”过多，一方面会导致数据跳变沿的目太少影响接收器的相位判断结果，另一方面也会导致数据的直流电平过低（连续0太多）或者过高(连续1太多)，因此，系统采用8B/10B编码电路进行编解码。

为保证在屠宰和销售环节标签的不被修改，保证整个养殖屠宰销售环节信息的统一性，在高频标签设计的存储结构如图4所示，存储结构分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下：

每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制，存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：

三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等）。三个控制位在存取控制字节中的位置,数据块的存取控制如下：

其中KA表示密码A，Kb表示密码B，KA|KB表示密码A或者B成立即可，N表示不允许此操作，KA&KB表示密码A和密码B同时成立，^KB表示不能使用密码B，比如当块1的存取控制位为101时，必须验证密码A和密码B才能进行读取操作。

屠宰之后的高频阶段采用基于时隙ALOHA协议的动态调整帧长的算法，提高RFID标签的识别效率，如图2所示的动态调整帧长过程，系统在养殖阶段使用的低频RFID采用贝叶斯策略计算最优帧长，在该协议中，最优的帧长是以最大化信道利用率为目的，根据标签概率分布函数计算的，如图3所示，当某一帧能够使得下一帧识别的标签数目最多，即该帧长为最优帧长，这种协议算法在实际养殖阶段能够获取较好的读取速率。

在实际屠宰和销售环节，系统提供了可以在对畜禽产品的认证功能，该认证功能不同于传统的对标签逐一识别的方式，而是采用基于轮询方式的批处理机制，无需通过逐个识别来认证，极大地降低了认证扫描时间，在认证初始化时，微处理器通过数据传输系统和服务器建立连接，获取来自服务器的一些基本参数该批标签的数量n,给定的错误容忍度ε，置信区间1-δ，帧长f和随机数r.在检索阶段，标签不是根据自身ID选择时隙，而是根据密钥计算响应时隙的Hash函数，通过参数密钥和随机数和进行选择，读取器根据标签的响应获取一个ES向量，该向量分别包括空时隙、单时隙和冲突时隙，在认证过程中，该向量被发往服务器，服务器在中的密钥中选取n个密钥构造该向量，如果该构造向量和接收到的向量一致，则该批标签有效，否则无效。

所述的耳标外包括耳标体，耳标体上部设有一个外凸的固定圈，固定圈的内侧上端设有一个内环圈，图7所示，设有一个与内环圈配合的卡圈，卡圈的外侧设有卡爪，卡爪上设有外凸的挂钩，图8所示，挂钩与内环圈配合后形成卡环。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请，对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：包括微处理器,及与所述微处理器相连的数据感知系统、数据传输系统、电源系统、显示模块和打印模块，所述数据感知系统以高低频RFID为核心，配合相应耳标构成；还包括用于提高RFID读取范围而设计的定向接收天线；所述数据传输系统以GPRS为核心，经移动网络完成相关数据的接收发送；在硬件构成基础上，本系统采用基于时隙ALOHA协议的动态调整帧长算法；

畜禽养殖技术交互终端系统动态调整帧长过程：

设定帧长f的初始值；

识别标签；

当前帧是否有标签相应；如果有根据标签相应，估算未识别的标签数目n，设置下一帧优化帧长f，然后进入上一步的“设别标签”；如果没有标签相应，结束；

基于贝叶斯概率模型计算最优帧长过程：

设定标签相应的概率分布函数；

根据标签相应的概率分布函数，计算下一帧能够识别的标签数目期望值；

最大化该期望值，计算最优帧长f；

对比当前帧长f是否等于最优帧长：如果是，根据前面各帧和当前帧已知的响应间隙，计算下一时隙分别为空时隙、但时隙、冲突时隙的条件概率；如果不是，结束当前帧，设置下一帧帧长f=f1；然后进入：根据前面各帧和当前帧已知的响应间隙，计算下一时隙分别为空时隙、但时隙、冲突时隙的条件概率；

根据当前时隙的标签响应状态，根据实际获取的时隙转台和预估值概率，更新下一帧标签相应的分布情况；

然后进入到标签相应的概率分布函数；

为保证在屠宰和销售环节标签的不被修改，保证整个养殖屠宰销售环节信息的统一性，在高频标签设计的存储结构：存储结构分为16个扇区，每个扇区由4块组成，每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B如下表：

每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制，存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：

三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限；三个控制位在存取控制字节中的位置,数据块的存取控制如下：

其中KA表示密码A，Kb表示密码B，KA|KB表示密码A或者B成立即可，N表示不允许此操作，KA&KB表示密码A和密码B同时成立，^KB表示不能使用密码B，比如当块1的存取控制位为101时，必须验证密码A和密码B才能进行读取操作；屠宰之后的高频阶段采用基于时隙ALOHA协议的动态调整帧长的算法。

2.根据权利要求1所述的畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：所述微处理器为MSP430F5438微处理器。

3.根据权利要求1所述的畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：所述显示模块包括可触摸式LCD显示屏、蜂鸣器和提示灯，所述蜂鸣器和提示灯在设定条件下同时工作。

4.根据权利要求1所述的畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：所述的打印模块采用集成芯片MAX3232，提供给用户串口形式的接口。

5.根据权利要求1所述的畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：所述数据传输系统采用H7210GPRSDTU。

6.根据权利要求1所述的畜禽养殖产业链信息采集、传承及交互终端系统，其特征在于：所述电源系统采用12V蓄电池、SX2639芯片与相关电路实施运行保障。