CN110506655A - 一种适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签，属于智能管理设备及运用方法领域。所在饲养场内布置多个读写器及天线，每个农畜身体部分别布置参考标签，参考标签可独立向读写器及天线发送信息，由读写器读取参考标签的信息通过定位算法，确定标签所在位置；并通过天线将计算后的参考标签所在位置传输至中央信息系统进行数据管理。本发明提供适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签，采用该智能农畜定位标签可以大大提高养殖场的管理效率，降低养殖场的管理成本。同时可以提高养殖场工作人员的工作效率，降低日常的工作量。由于智能农畜定位标签采用纸电池驱动，可以增强材料的环保性，做到绿色清洁。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签，属于智能管理设备及运用方法领域。
背景技术
纸电池是一种柔软且环保的纸质电池，依靠纸作为传感器可实现自发电。纸电池的储能可达到1法拉，满足许多电子设备的供电需求。RFID技术是建立在射频通信基础上的识别技术，具有非接触性、自动性的特点，与条形码识别技术兼容甚至超越，能够基于对射频信号的识别自动检测对象并整理关键数据信息，整个操作过程无人为干预，对恶劣环境条件的适应性良好，且操作方便快捷。RFID电子标签与传统的纸质标签相比，具有刷写能力强、识别能力强和适用环境广等优点具体为刷写能力强：RFID电子标签可以被上万次的刷写相关设备信息，这是纸质标签无法实现的。识别能力强：RFID电子标签可以在几厘米到几百米的距离内被阅读器识别到，也可以多个RFID电子标签同时被阅读器识别。适用环境广：RFID电子标签被封装在塑料外壳内，因此RFID电子标签可以在潮湿、腐蚀等恶劣环境中使用。
发明内容
本发明针对上述提供了适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签，对农畜的健康状态进行检测，方便牧场的经营管理。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；所在饲养场内布置多个读写器及天线，每个农畜身体部分别布置参考标签，参考标签可独立向读写器及天线发送信息，由读写器读取参考标签的信息通过定位算法，确定标签所在位置；并通过天线将计算后的参考标签所在位置传输至中央信息系统进行数据管理。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；所述定位算法如下：
步骤一、多个读写器将要发送的信息经编码后，形成载波信号经天线向外发送；
步骤二、当携带参考标签的农畜进入发射天线工作区域后，收到读写器发出的射频信号；参考标签对射频信号进行调制、解码、解密，并对命令请求、密码、权限进行判断；
步骤三、基于步骤二中通过调制、解码后参考标签将自身信息反射回射频信号中发送给读写器；
步骤四、天线接收到参考标签所反馈的自身信息后传送至读写器，读写器读对接收的信号进行解调和解码后，将其送至中央信息系统进行数据处理。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；步骤三中参考标签反馈的信息为经过信息比较及定位算法确定的参考标签所在方位信息。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；步骤四中，饲养场所的管理人员可通过中央信息系统得到的参考标签反馈信息作出处理。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；所述的读写器为RFID读写器；定位算法采用LARNDMARC定位算法。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法的定位标签，定位标签由标签主体及RFID标签模块组成。
本发明所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法的定位标签，所述的RFID标签模块包括耦合元件，用以实现长距离读写，还有其他若干芯片模块组成；其芯片模块包括天线模块、调制解调器模块、编码发生器模块、控制器模块、时钟模块、存储器模块；
所述的天线模块的信号接收端与调制解调器模块的信号输出端相连，天线模块的信号输出端与控制器模块的信号输入端相连；
所述的控制器模块信号输出端与存储器模块的信号输入端相连，存储器模块的信号输出端与编码发生器模块的信号输入端相连；
所述的时钟模块与编码发生器模块的信号输入端相连；
所述的编码发生器模块信号输出端与调制解调器模块的信号输入端相连。
源模块采用纸电池供电方式，纸电池通过与控制模块相连实现电源的供给。纸电池是用纸张作为载体的电池，是由银和碳纳米材料制成的特殊墨水，涂在纸张上制成"纸电池"。电极分别是加入纤维素中的碳纳米管和覆盖在纤维素制成的薄膜上的金属锂；而电解液就是六氟磷酸锂溶液。纸电池的额定电压为1.5v-3v，额定容量为15mAh-100mAh。本发明中，通过收集装置收集太阳能，储存在纸电池中，即可实现无源供电。
收集装置是微光能量收集系统，它可以采集微光并且通过储能装置储存在纸电池中，此系统需对光能的收集有较高的效率，当储存的电能达到一定的要求，将储能装置中储存的电能通过释放电路释放并通过稳压电路输出稳定电压，从而达到电源的要求。
收集装置采用多晶硅太阳能电池作为室内光能的采集部分，电容作为能量的存储部分，最大功率点跟踪电路在采集和存储两部分之间，目的是提高纸电池的充电效率。纸电池的能量最终通过能量瞬时释放电路和稳压电路释放。
在太阳能板的伏安特性曲线中，当环境温度一定时，在不同的光照强度下，输出最大功率的点所对应的输出电压基本相同，即只要保持太阳能板的输出端电压为恒定电压，就可以保证在该温度下光照强度不同时，太阳能板输出最大功率。
CN3791太阳能板最大功率点跟踪端MPPT管脚的电压被调制在1.205V,配合片外的两个电阻(图4中的电阻r和电阻R)构成的分压网络，可以实现对太阳能板最大功率点进行跟踪。太阳能板最大功率点电压VMPPT由下式决定:
VMPPT＝1.205×(1+r/R)
电源模块通过与供电电源控制模块，即过圧过流保护电路的输入与外部电源的输出相连，过圧过流保护电路的一路输出与开关控制电路连接，另一路输出依次通过高压监测电路、开关控制电路和升压电路与滤波电路连接，滤波电路电源输出与RFID设备的电源端口连接，以此来实现电源模块的供电。
有益效果
本发明提供适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法及定位标签，采用该智能农畜定位标签可以大大提高养殖场的管理效率，降低养殖场的管理成本。同时可以提高养殖场工作人员的工作效率，降低日常的工作量。由于智能农畜定位标签采用纸电池驱动，可以增强材料的环保性，做到绿色清洁。
附图说明
图1是本发明的定位设备信息架构示意图；
图2是本发明的参考标签的结构示意图；
图3是本发明的RFID标签模块结构示意图；
图4是本发明微光能量收集装置示意图；
图5是CN3791控制器管脚示意图；
图6是CN3791的充电电流和充电电压示意图；
图7是本发明的电源模块供电过程示意图；
图8是本发明电源供电接线示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：一种适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；所在饲养场内布置多个读写器及天线，每个农畜身体部分别布置参考标签，参考标签可独立向读写器及天线发送信息，由读写器读取参考标签的信息通过定位算法，确定标签所在位置；并通过天线将计算后的参考标签所在位置传输至中央信息系统进行数据管理。定位算法如下：
步骤一、多个读写器将要发送的信息经编码后，形成载波信号经天线向外发送；
步骤二、当携带参考标签的农畜进入发射天线工作区域后，收到读写器发出的射频信号；参考标签对射频信号进行调制、解码、解密，并对命令请求、密码、权限进行判断；
步骤三、基于步骤二中通过调制、解码后参考标签将自身信息反射回射频信号中发送给读写器；通过在养殖场内布置多个读写器天线和参考标签，读取智能农畜定位标签的信息，通过与参考标签信息比较，通过定位算法，确定标签所在位置。
步骤四、天线接收到参考标签所反馈的自身信息后传送至读写器，读写器读对接收的信号进行解调和解码后，将其送至中央信息系统进行数据处理。过接收到的定位信息判断标签位置，确认好位置后终端系统判断农畜的位置，并给出相关信息反馈。养殖人员根据系统反馈做出相应的处理。
本发明使用LARNDMARC定位算法，设计的思想是采用额外的辅助参考标签，这些参考标签在该定位系统中作为参考点使用，通过参考点的信号强度值与待定位标签的信号强度值之间的比较，计算出待定位标签的坐标。由于读写器获取到的相邻标签的也是相近的，所以LARNDMARC算法通过比较读写器接收到的待定位标签与参考标签信号强度值的大小来求得离待定位标签距离最近的几个参考标签，然后根据这几个最邻近参考标签的坐标，并结合它们的权重，用经验公式计算出待定位标签的坐标。
如图2、图3所示：RFID标签由耦合元件及芯片组成，包括天线、调制解调器、编码发生器、时钟及存储器如图所示)，用于与信息读取设备间通信。通过电感稱合或电磁反向散射原理与读写器进行通信。每个标签都含有一个储存数据的小集成电路和一个像天线一样从读写器收发信号的微型铜线圈，都分配唯一的电子编码。当标签进入读写器的作用区域后，可以根据通信协议从存储器中读写信息，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。数据读出时，编码发生器把存储器中存储的数据编码，调制器接收由编码发生器编码后的信息，并通过天线电路将此信息发射反射至读写器。数据写入时，由控制器控制，将天线接收到的信号解码后写入存储器。
如图4所示：收集装置是微光能量收集系统，它可以采集微光并且通过储能装置储存在纸电池中，此系统需对光能的收集有较高的效率，当储存的电能达到一定的要求，将储能装置中储存的电能通过释放电路释放并通过稳压电路输出稳定电压，从而达到电源的要求。此收集装置是以多晶硅太阳能电池作为室内光能的采集部分，纸电池作为能量的存储部分，最大功率点跟踪电路(本发明使用的MPPT控制器为CN3791控制器)在采集和存储两部分之间，目的是提高纸电池的充电效率。纸电池的能量最终通过能量瞬时释放电路和稳压电路释放。
纸电池的额定电压为1.5v-3v，额定容量为15mAh-100mAh。本发明中，通过收集装置收集太阳能，储存在纸电池中，即可实现无源供电。
图5与图6所示：CN3791控制器是一款太阳能板供电的PWM降压型单节纸电池充电管理集成电路，具有涓流，恒流和恒压充电模式。恒流充电电流由CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻Rcs设置。在恒压充电模式，恒压充电电压为4.2V，精度为1％。当输入电源的电流输出能力降低时，CN3791内部电路能够自动跟踪太阳能板的最大功率点，CN3791采用恒电压法跟踪太阳能板的最大功率点。在太阳能板的伏安特性曲线中，当环境温度一定时，在不同的光照强度下，输出最大功率的点所对应的输出电压基本相同，即只要保持太阳能板的输出端电压为恒定电压，就可以保证在该温度下光照强度不同时，太阳能板输出最大功率。
CN3791太阳能板最大功率点跟踪端MPPT管脚的电压被调制在1.205V,配合片外的两个电阻(图4中的r和R)构成的分压网络，可以实现对太阳能板最大功率点进行跟踪。太阳能板最大功率点电压由下式决定:
VMPPT＝1.205×(1+r/R)
公式中r和R为分压电阻，Vmppt为可太阳能板最大功率点电压。
用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用太阳能板的输出功率，非常适合利用太阳能板供电的应用。
VCC管脚电压大于低电压锁存阈值，大于电池电压并且MPPT管脚电压大于1.23V时，CN3791正常工作。如果电池电压低于涓流充电阈值，充电器自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的17.5％。当电池电压大于涓流充电阈值，充电器进入恒流充电模式，此时充电电流由内部的120mV基准电压和一个外部电阻Rcs设置，即充电电流为120mV/Rcs。当电池电压继续上升接近恒压充电电压时，充电器进入恒压充电模式，充电电流逐渐减小。在充电状态，漏极开路输出CHRG管脚内部的晶体管导通，输出低电平,以指示充电状态。当充电电流减小到恒流充电电流的16％时，充电结束，DRV管脚输出高电平。漏极开路输出CHRG管脚内部的晶体管关断，输出为高阻态；另一个漏极开路输出DONE管脚内部的晶体管导通，输出低电平，以指示充电结束状态。在充电结束状态，如果断开输入电源，再重新接入，将开始一个新的充电周期。如果电池电压下降到再充电阈值，那么也将自动开始新的充电周期。CN3791采用恒电压法跟踪太阳能电池最大功率点，最大功率点电压通过两个电阻分压后反馈到MPPT管脚，在最大功率点跟踪状态，MPPT管脚电压被调制在1.205V。当输入电压掉电时，CN3791自动进入睡眠模式，内部电路被关断。CN3791内部还有一个过压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时，如果BAT管脚电压上升到恒压充电电压的1.07倍时，过压比较器动作，关断片外的P沟道MOS场效应晶体管，充电器暂时停止，直到BAT管脚电压回复到恒压充电电压的1.02倍以下。在某些情况下，比如在电池没有连接到充电器上，或者电池突然断开，BAT管脚的电压可能会达到过压保护阈值，此为正常现象。
下表为CN3791的针脚接口说明：
| 管脚序号 | 名称 | 说明 |
| 1 | VG | 内部电压调制器输出 |
| 2 | GND | 地 |
| 3 | CHRG | 充电状态指示端 |
| 4 | DONE | 充电结束指示端 |
| 5 | COM | 回路补偿输入端 |
| 6 | MPPT | 太阳能最大功率点跟踪端 |
| 7 | BAT | 电池正极连接端和充电电流检测负输入端 |
| 8 | CPS | 充电电流检测正输入端 |
| 9 | VCC | 外部电源正极输入端 |
| 10 | DRV | 栅极驱动端 |
如图7、图8所示：电源模块采用纸电池供电方式，纸电池通过与控制模块相连实现电源的供给。纸电池是由银和碳纳米材料制成的特殊墨水，涂在纸张上制成"纸电池"。与传统电池相同，这种新型电池的组成部分也包括电极、电解液和隔离膜。具体而言，这种新型的纸电池是由植入了电极和电解液的纤维素纸构成，其中纤维素纸就起到了隔离物的作用。电极分别是加入纤维素中的碳纳米管和覆盖在纤维素制成的薄膜上的金属锂；而电解液就是六氟磷酸锂溶液。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；其特征在于：所在饲养场内布置多个读写器及天线，每个农畜身体部分别布置参考标签，参考标签可独立向读写器及天线发送信息，由读写器读取参考标签的信息通过定位算法，确定标签所在位置；并通过天线将计算后的参考标签所在位置传输至中央信息系统进行数据管理。
2.根据权利要求1所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；其特征在于：所述定位算法如下：
步骤一、多个读写器将要发送的信息经编码后，形成载波信号经天线向外发送；
步骤二、当携带参考标签的农畜进入发射天线工作区域后，收到读写器发出的射频信号；参考标签对射频信号进行调制、解码、解密，并对命令请求、密码、权限进行判断；
步骤三、基于步骤二中通过调制、解码后参考标签将自身信息反射回射频信号中发送给读写器；
步骤四、天线接收到参考标签所反馈的自身信息后传送至读写器，读写器读对接收的信号进行解调和解码后，将其送至中央信息系统进行数据处理。
3.根据权利要求1所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；其特征在于：其特征在于：步骤三中参考标签反馈的信息为经过信息比较及定位算法确定的参考标签所在方位信息。
4.根据权利要求1所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；其特征在于：步骤四中，饲养场所的管理人员可通过中央信息系统得到的参考标签反馈信息作出处理。
5.根据权利要求1所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法；其特征在于：所述的读写器为RFID读写器；定位算法采用LARNDMARC定位算法。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法的定位标签，其特征在于：定位标签由标签主体及RFID标签模块组成。
7.根据权利要求6所述的适用于饲养场所的农畜管理智能定位方法的定位标签，其特征在于：所述的RFID标签模块包括耦合元件，用来实现长距离读写，还有其他若干芯片模块组成；其芯片模块包括天线模块、调制解调器模块、编码发生器模块、控制器模块、时钟模块、存储器模块；
所述的天线模块的信号接收端与调制解调器模块的信号输出端相连，天线模块的信号输出端与控制器模块的信号输入端相连；
所述的控制器模块信号输出端与存储器模块的信号输入端相连，存储器模块的信号输出端与编码发生器模块的信号输入端相连；
所述的时钟模块与编码发生器模块的信号输入端相连；
所述的编码发生器模块信号输出端与调制解调器模块的信号输入端相连；
所述电源模块通过与供电电源控制模块，即过圧过流保护电路的输入与外部电源的输出相连，过圧过流保护电路的一路输出与开关控制电路连接，另一路输出依次通过高压监测电路、开关控制电路和升压电路与滤波电路连接，滤波电路电源输出与RFID设备的电源端口连接，以此来实现电源模块的供电。
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