專利名稱:一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，包括微處理器，及與所述微處理器相連的數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、顯示模塊和打印模塊，其特征在于：所述數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)以高低頻RFID為核心，配合相應(yīng)耳標(biāo)構(gòu)成；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以GPRS為核心，經(jīng)移動網(wǎng)絡(luò)完成相關(guān)數(shù)據(jù)的接收發(fā)送；在硬件基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)采用基于時隙ALOHA協(xié)議的動態(tài)調(diào)整幀長算法，有效避免了多個標(biāo)簽相互干擾的情況出現(xiàn)。
【專利說明】
-種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種產(chǎn)業(yè)鏈信息管理系統(tǒng)，尤其設(shè)及一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承 及交互終端系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國從2002年起開始實行動物免疫標(biāo)識制度，《中華人民共和國畜牧法》明確規(guī) 定養(yǎng)殖者必須為畜禽建立養(yǎng)殖檔案，進行標(biāo)識，2006年國家農(nóng)業(yè)部67號令頒布的《畜禽 標(biāo)識和養(yǎng)殖檔案管理辦法》正式啟動建設(shè)"動物標(biāo)識與疫病可追溯體系"，并于2007年起進 行全國范圍的推廣，2009年頒布并實施的《中華人民共和國食品安全法》則從制度上對肉 食品的安全監(jiān)管體系、風(fēng)險監(jiān)測、安全事故的處置和評估等進行了進一步補充和完善；國際 上，各國也都在將食品安全作為國家戰(zhàn)略，制定了嚴格的畜牧信息管理法規(guī)，強制為牲畜佩 戴二維碼及RFID電子耳標(biāo)，基本形成了活體牲畜的信息化管理。
[0003] 目前國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)主對畜禽的標(biāo)識大部分采用的是二維耳標(biāo)和一維條碼相結(jié)合的 方式，在讀取的準確性、讀取速度、可讀寫性等方面還有所欠缺，部分使用RFID耳標(biāo)方案的 畜禽養(yǎng)殖企業(yè)大多存在易受干擾、掃描距離不足、標(biāo)準不統(tǒng)一和中間環(huán)節(jié)缺失等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系 統(tǒng)，通過本終端系統(tǒng)可對禽畜信息進行及時更新、查詢，實現(xiàn)從養(yǎng)殖到屠宰再到銷售的有效 追蹤，并且在實際應(yīng)用過程中消除碼間干擾、相互沖突等問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端 系統(tǒng)。
[0006] 畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，包括上位機系統(tǒng)，所述的上位機 系統(tǒng)包括微處理器，與微處理器連接有數(shù)據(jù)感知裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、電源、顯示模塊W及 打印機；
[0007] 所述的數(shù)據(jù)感知裝置包括固定在畜禽上的耳標(biāo)，W及與耳標(biāo)配合的定向接收天 線，定向接收天線通過；
[000引數(shù)據(jù)感知裝置連接數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置包括基于GPRS的無線發(fā)射 模塊，與無線發(fā)射模塊連接有無線接收模塊，其中無線發(fā)射模塊直接去定向接收天線連接； 而無線接收模塊與微處理器連接；
[0009] 其中定向接收天線位于畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)，與定向接收天線連接的無線發(fā)射模塊位于 畜禽養(yǎng)殖舍外；
[0010] 所述顯示模塊包括可觸摸式LCD顯示屏、蜂鳴器和提示燈，所述蜂鳴器和提示燈在 設(shè)定條件下同時工作。
[0011] 所述的耳標(biāo)外包括耳標(biāo)體，耳標(biāo)體上部設(shè)有一個外凸的固定圈，固定圈的內(nèi)側(cè)上 端設(shè)有一個內(nèi)環(huán)圈，設(shè)有一個與內(nèi)環(huán)圈配合的卡圈，卡圈的外側(cè)設(shè)有卡爪，卡爪上設(shè)有外凸 的掛鉤，掛鉤與內(nèi)環(huán)圈配合后形成卡環(huán)。
[0012] 在硬件構(gòu)成基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)采用基于時隙ALOHA協(xié)議的動態(tài)調(diào)整帖長算法；
[0013] 畜禽養(yǎng)殖技術(shù)交互終端系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整帖長過程：
[0014] 設(shè)定帖長f的初始值；
[001引識別標(biāo)簽；
[0016] 當(dāng)前帖是否有標(biāo)簽相應(yīng);如果有根據(jù)標(biāo)簽相應(yīng)，估算未識別的標(biāo)簽數(shù)目n，設(shè)置下 一帖優(yōu)化帖長f，然后進入上一步的"設(shè)別標(biāo)簽"；如果沒有標(biāo)簽相應(yīng)，結(jié)束；
[0017] 基于貝葉斯概率模型計算最優(yōu)帖長過程：
[0018] 設(shè)定標(biāo)簽相應(yīng)的概率分布函數(shù)；
[0019] 根據(jù)標(biāo)簽相應(yīng)的概率分布函數(shù)，計算下一帖能夠識別的標(biāo)簽數(shù)目期望值；
[0020] 最大化該期望值，計算最優(yōu)帖長f;
[0021] 對比當(dāng)前帖長f是否等于最優(yōu)帖長:如果是，根據(jù)前面各帖和當(dāng)前帖已知的響應(yīng)間 隙，計算下一時隙分別為空時隙、但時隙、沖突時隙的條件概率;如果不是，結(jié)束當(dāng)前帖，設(shè) 置下一帖帖長f=n;然后進入:根據(jù)前面各帖和當(dāng)前帖已知的響應(yīng)間隙，計算下一時隙分別 為空時隙、但時隙、沖突時隙的條件概率；
[0022] 根據(jù)當(dāng)前時隙的標(biāo)簽響應(yīng)狀態(tài)，根據(jù)實際獲取的時隙轉(zhuǎn)臺和預(yù)估值概率，更新下 一帖標(biāo)簽相應(yīng)的分布情況；
[0023] 然后進入到標(biāo)簽相應(yīng)的概率分布函數(shù)
[0024] 作為優(yōu)化，所述微處理器為MSP430F5438微處理器，其指令運行速度快，能耗低、可 擴展。
[00劇作為優(yōu)化，顯示模塊采用LCD顯示屏，采用32位ARM處理器+FPGA雙核控制架構(gòu)，加 強圖像處理功能，為用戶提供質(zhì)量更好的顯示界面，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生蜂鳴和閃燈提 示，并且支持觸摸控件，方便用戶進行操作。
[0026] 作為優(yōu)化，打印模塊采用集成忍片MAX3232,有串口形式的接口，穩(wěn)定性好，提供用 戶進行打印機的調(diào)用。
[0027] 作為優(yōu)化，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用的H7210 GPRS DTU，適應(yīng)了遠距離數(shù)據(jù)傳輸通訊的 要求，尤其適合數(shù)據(jù)采集點分散、位置偏遠、有線通訊安裝施工不便、成本高的行業(yè)，極大提 高了數(shù)據(jù)通訊能力，節(jié)約人力物力成本，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊的跨越。
[00%]作為優(yōu)化，電源系統(tǒng)采用12V蓄電池、SX2639忍片與相關(guān)電路實施運行保障，有較 強的穩(wěn)定性。
[0029]本發(fā)明有益效果是:在畜禽屠宰環(huán)節(jié)采用高低頻高效轉(zhuǎn)換方式，實現(xiàn)了由畜禽個 體到分解后多個肉體的標(biāo)識，便于追蹤禽畜來源，實現(xiàn)從養(yǎng)殖到屠宰再到銷售的有效追蹤； 采用新型的算法協(xié)議，有效的解決了多個易受干擾、掃描距離不足、標(biāo)準不統(tǒng)一和中間環(huán)節(jié) 缺失等問題，在屠宰和銷售環(huán)節(jié)，系統(tǒng)支持批量檢測標(biāo)簽個體認證，防止標(biāo)簽的偽造;可在 單機、聯(lián)網(wǎng)兩種模式下使用模式，單機模式下，通過掃描獲取耳標(biāo)碼，為在網(wǎng)絡(luò)條件不佳的 情況下提供一種備選方案，提高了該系統(tǒng)的可用性，聯(lián)網(wǎng)模式下，可W進而獲取畜禽的溯源 碼，輸入添加相關(guān)畜禽信息并上傳至畜禽的服務(wù)器端。
【附圖說明】

[0030] 圖I為定向天線前向鏈路能量消耗示意圖；
[0031] 圖2為高低頻傳遞信號轉(zhuǎn)換示意圖；
[0032] 圖3為時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)結(jié)構(gòu)；
[0033] 圖4為高頻標(biāo)簽存儲結(jié)構(gòu)；
[0034] 圖5為禽養(yǎng)殖技術(shù)交互終端系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整帖長過程圖；
[0035] 圖6為基于貝葉斯概率模型計算最優(yōu)帖長過程圖；
[0036] 圖7為耳標(biāo)體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖8為卡圈結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0039] 一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，包括微處理器、數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、顯示模塊和打印模塊，其中微處理器選用了 MSP430F5438微處理 器，該型微處理器為16位精簡指令集架構(gòu)，內(nèi)置256KBFLA細存儲器，16KBRAM，具有4個 USART，指令運行速度快、功耗低、可擴展，為方便進行系統(tǒng)設(shè)計和擴展，其核屯、板配置了復(fù) 位電路、高低頻晶振及定義好的標(biāo)準I/O接口，所述的數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)W高低頻RFID為核屯、， 配合相應(yīng)耳標(biāo)構(gòu)成，由高低頻RFID讀取到耳標(biāo)相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到微處理器構(gòu)成信息感知網(wǎng) 絡(luò)，為提高RFID讀取范圍，本發(fā)明設(shè)計了新的定向接收天線和根據(jù)實際需求計算出來的標(biāo) 簽激活能量，如圖1所示，新設(shè)計的定向天線，初始能量值為Iw的傳輸信號，并使得標(biāo)簽位于 定向天線增益最大的方向上時，讀取器所能達到的范圍獲得增加。
[0040] 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用H7210 GPRS DTU，適應(yīng)了遠距離數(shù)據(jù)傳輸通訊的要求，尤其適 合數(shù)據(jù)采集點分散、位置偏遠、有線通訊安裝施工不便、成本高的行業(yè)，極大提高了數(shù)據(jù)通 訊能力，節(jié)約人力物力成本，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊的跨越;電源系統(tǒng)采用12V蓄電池、SX2639忍片 與相關(guān)電路實施運行保障，有較強的穩(wěn)定性;顯示模塊采用C系列彩屏V2.1.1，采用32位ARM 處理器+FPGA雙核控制架構(gòu)，加強圖像處理功能，為用戶提供質(zhì)量更好的顯示界面；當(dāng)接收 到數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生蜂鳴和閃燈提示，并且支持觸摸控件，方便用戶進行操作;打印模塊采用 集成忍片MAX3232,有串口形式的接口，穩(wěn)定性好，提供用戶進行打印機的調(diào)用。
[0041] 在屠宰階段，畜禽個體被分解為多個部分，為實現(xiàn)由養(yǎng)殖階段到屠宰銷售階段的 連接，本發(fā)明設(shè)計了高低頻轉(zhuǎn)換器件;屠宰前，由低頻讀取器讀取畜禽個體身上的標(biāo)簽，之 后交予高頻寫入器進行標(biāo)簽寫入，如圖2所示的高低頻信號轉(zhuǎn)換示意圖，低頻讀寫器讀取 到低頻信號后首先存儲到輸入數(shù)據(jù)寄存器，數(shù)據(jù)信號在處理過程中為避免受噪聲影響而產(chǎn) 生的失真或者延遲現(xiàn)象，數(shù)據(jù)信號在經(jīng)過均衡器后，需要進行時鐘恢復(fù)，即對數(shù)據(jù)重新定 位，時鐘恢復(fù)電路檢測所接收的數(shù)據(jù)的跳變沿并根據(jù)一定的算法調(diào)整本地采樣時鐘的相 位;數(shù)據(jù)定位電路利用調(diào)相后的時鐘對受到噪聲污染的接收數(shù)據(jù)進行采樣，輸出正確的數(shù) 據(jù)，并且保證恢復(fù)出的數(shù)據(jù)和恢復(fù)出的時鐘在相位上保持特定的關(guān)系，如果傳輸?shù)拇袛?shù) 據(jù)連續(xù)"0"或者"r過多，一方面會導(dǎo)致數(shù)據(jù)跳變沿的目太少影響接收器的相位判斷結(jié)果， 另一方面也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的直流電平過低(連續(xù)0太多）或者過高(連續(xù)1太多），因此，系 統(tǒng)采用8B/10B編碼電路進行編解碼。
[0042] 為保證在屠宰和銷售環(huán)節(jié)標(biāo)簽的不被修改，保證整個養(yǎng)殖屠宰銷售環(huán)節(jié)信息的統(tǒng) 一性，在高頻標(biāo)簽設(shè)計的存儲結(jié)構(gòu)如圖4所示，存儲結(jié)構(gòu)分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊(塊 0、塊1、塊2、塊3)組成，每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。具 體結(jié)構(gòu)如下：
[0043]
[0044] 每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可W根據(jù)實際需要設(shè)定各自的密碼及存 取控制，存取控制為4個字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊(包括數(shù)據(jù)塊和控制塊)的存取條 件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應(yīng)的=個控制位，定義如 下：
[0045]
=個控制位W正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權(quán)限（如進 行減值操作必須驗證KEY A，進行加值操作必須驗證KEY B，等等）。^個控制位在存取控 制字節(jié)中的位置，數(shù)據(jù)塊的存取控制如下：
[0046]
[0047] 其中KA表示密碼A，肺表示密碼B，KAIKB表示密碼A或者B成立即可，N表示不允許此 操作，KA&KB表示密碼A和密碼B同時成立，'邸表示不能使用密碼B，比如當(dāng)塊1的存取控制位 為101時，必須驗證密碼A和密碼B才能進行讀取操作。
[0048] 屠宰之后的高頻階段采用基于時隙ALOHA協(xié)議的動態(tài)調(diào)整帖長的算法，提高RFID 標(biāo)簽的識別效率，如圖2所示的動態(tài)調(diào)整帖長過程，系統(tǒng)在養(yǎng)殖階段使用的低頻RFID采用貝 葉斯策略計算最優(yōu)帖長，在該協(xié)議中，最優(yōu)的帖長是W最大化信道利用率為目的，根據(jù)標(biāo)簽 概率分布函數(shù)計算的，如圖3所示，當(dāng)某一帖能夠使得下一帖識別的標(biāo)簽數(shù)目最多，即該帖 長為最優(yōu)帖長，運種協(xié)議算法在實際養(yǎng)殖階段能夠獲取較好的讀取速率。
[0049] 在實際屠宰和銷售環(huán)節(jié)，系統(tǒng)提供了可W在對畜禽產(chǎn)品的認證功能，該認證功能 不同于傳統(tǒng)的對標(biāo)簽逐一識別的方式，而是采用基于輪詢方式的批處理機制，無需通過逐 個識別來認證，極大地降低了認證掃描時間，在認證初始化時，微處理器通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 和服務(wù)器建立連接，獲取來自服務(wù)器的一些基本參數(shù)該批標(biāo)簽的數(shù)量n，給定的錯誤容忍度 e，置信區(qū)間1-8,帖長f和隨機數(shù)r.在檢索階段，標(biāo)簽不是根據(jù)自身ID選擇時隙，而是根據(jù)密 鑰計算響應(yīng)時隙的化Sh函數(shù)，通過參數(shù)密鑰和隨機數(shù)和進行選擇，讀取器根據(jù)標(biāo)簽的響應(yīng) 獲取一個ES向量，該向量分別包括空時隙、單時隙和沖突時隙，在認證過程中，該向量被發(fā) 往服務(wù)器，服務(wù)器在中的密鑰中選取n個密鑰構(gòu)造該向量，如果該構(gòu)造向量和接收到的向量 一致，則該批標(biāo)簽有效，否則無效。
[0050] 所述的耳標(biāo)外包括耳標(biāo)體，耳標(biāo)體上部設(shè)有一個外凸的固定圈，固定圈的內(nèi)側(cè)上 端設(shè)有一個內(nèi)環(huán)圈，圖7所示，設(shè)有一個與內(nèi)環(huán)圈配合的卡圈，卡圈的外側(cè)設(shè)有卡爪，卡爪上 設(shè)有外凸的掛鉤，圖8所示，掛鉤與內(nèi)環(huán)圈配合后形成卡環(huán)。
[0051] W上所述僅是本申請的優(yōu)選實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申 請，對運些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可W在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)，因此，本申請 將不會被限制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機系統(tǒng)，所 述的上位機系統(tǒng)包括微處理器，與微處理器連接有數(shù)據(jù)感知裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、電源、顯 示模塊以及打印機； 所述的數(shù)據(jù)感知裝置包括固定在畜禽上的耳標(biāo)，以及與耳標(biāo)配合的定向接收天線，定 向接收天線通過； 數(shù)據(jù)感知裝置連接數(shù)據(jù)傳輸裝置，所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置包括基于GPRS的無線發(fā)射模 塊，與無線發(fā)射模塊連接有無線接收模塊，其中無線發(fā)射模塊直接去定向接收天線連接;而 無線接收模塊與微處理器連接； 其中定向接收天線位于畜禽養(yǎng)殖舍內(nèi)，與定向接收天線連接的無線發(fā)射模塊位于畜禽 養(yǎng)殖舍外； 所述顯示模塊包括可觸摸式LCD顯示屏、蜂鳴器和提示燈，所述蜂鳴器和提示燈在設(shè)定 條件下同時工作。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，其特征在 于:所述的耳標(biāo)外包括耳標(biāo)體，耳標(biāo)體上部設(shè)有一個外凸的固定圈，固定圈的內(nèi)側(cè)上端設(shè)有 一個內(nèi)環(huán)圈，設(shè)有一個與內(nèi)環(huán)圈配合的卡圈，卡圈的外側(cè)設(shè)有卡爪，卡爪上設(shè)有外凸的掛 鉤，掛鉤與內(nèi)環(huán)圈配合后形成卡環(huán)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種畜禽產(chǎn)業(yè)鏈信息采集、傳承及交互終端系統(tǒng)，其特征在 于:所述微處理器為MSP430F5438微處理器。
【文檔編號】G06K17/00GK205721853SQ201620204406
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】柳平增, 閆茂玲, 范林強, 王姍姍, 崔寧寧, 徐琳, 徐劍, 葛慶寶
【申請人】山東農(nóng)業(yè)大學(xué)