基于RFID的畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、基于 RFID 的畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設計摘要針對目前畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，尤其是養(yǎng)羊產(chǎn)業(yè)，提出了一種基于RFID的畜牧業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設計方法。在某種條件下，RFID會自動識別和獲取羊群的數(shù)據(jù)信息并傳送給監(jiān)控中心。同時結合 GPRSJ術對羊群進行遠程監(jiān)控。實踐表明， 該系統(tǒng)不僅可以監(jiān)控羊群的信息， 還可以對羊群起到防盜預警的作用， 更能滿足 牧主的需求。關鍵詞：RFID GPRS監(jiān)控、防盜預警第 2 頁 共 8 頁The design of monitoring system for the animal husbandryIo T based on RFIDAbstractA design of

2、 the monitoring system was proposed for the animal husbandry based on RFID regarding to animal husbandry IoTsystem，s especially sheep breeding industry Under certain conditions，the RFID will automatically identify and obtain information about sheep transmitted to the monitoring center At the same ti

3、me ， GPRS technology can monitor the the sheep remotely. Practice shows that the system can not only monitor the sheep but also play the role of antitheft warnin，g better meeting the needs of herd ownersKey words: GPRS; Monitoring; Anti-theft warning據(jù)調查，現(xiàn)在大多數(shù)牧民采用 RFID技術加強對羊群的飼養(yǎng)，定期檢查羊群 的健康，從而保障羊肉的安全。

4、但是并沒有加強對羊群安全的管理， 本文所設計 的RFID畜牧業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)不僅能很好的管理羊群還能保護羊群的安全。尤其針對 牧民因疏于防范監(jiān)控羊群而使盜賊有機可趁并利用交通工具把羊運送出去的情 況。結合內蒙古羊場的實際情況，該系統(tǒng)的設計還采用了GPRSJ術，使得該監(jiān)控系統(tǒng)更可靠，更完善。無線射頻識別 RFID是一種非接觸式自動識別技術，無 需人工干預，可快速地進行物品識別和數(shù)據(jù)交換。通用分組無線服務GPR克一種基于全球移動通信系統(tǒng) GSM的無線分組交換技術，用戶不受地理位置的約束， 可以進行無線傳輸數(shù)據(jù)，能起到遠程監(jiān)控羊群的作用。1系統(tǒng)總體設計如圖1所示為系統(tǒng)的總體構架圖，其中黑色圓點代表檢測站點

5、。檢測站點是 指羊場出入公路關卡處，監(jiān)控中心主要作用是利用計算機軟件對傳來的羊群信息 進行記錄、統(tǒng)計，查詢，報警等功能。在羊場出入口安裝RFID閱讀器、遠距離讀卡天線、GPR模塊、主控MCU模塊、聲光報警模塊。在監(jiān)控中心安裝管理軟 件。系統(tǒng)硬件結構框架圖如圖2所示。圏I系統(tǒng)的總體構架圏系統(tǒng)硬件結構框架圏羊耳上打上RFID無源電子標簽（羊耳標），該電子標簽讓每只羊具有唯一的 ID號。當羊群通過羊場出入時，RFID閱讀器自動對羊標簽號進行讀取， 主控MCU 將存儲該羊標簽信息并將數(shù)據(jù)通過 GPRSg塊傳到監(jiān)控中心的計算機進行羊只數(shù) 的統(tǒng)計，確保羊的安全放牧。如果放牧的羊只數(shù)不正確則視為羊處于不安全

6、狀態(tài)， 則發(fā)出報警聲音，引起管理員的注意。如果羊有被賣和屠宰的情況，系統(tǒng)自動對 羊耳標進行注銷登記。同樣對公路重點關卡處布置該監(jiān)控系統(tǒng)聲光報警模塊除外。正常情況下，羊 在草原上進行活動，如果公路關卡處的系統(tǒng)檢測到有羊的標簽號，系統(tǒng)會通過 GPRS模塊，把路口號和羊標簽號發(fā)送到監(jiān)控中心，讓管理員隨時掌握丟失羊的 動向并監(jiān)控盜賊所走的路線。這樣不僅提高了管理員的工作效率而且減少了警方 的調查時間，減少了警力的投入，更好的保護羊群。2系統(tǒng)硬件設計監(jiān)控系統(tǒng)硬件主要有 MCI模塊、RFID模塊、GPRSg塊和聲光報警模塊組 MCU 模塊選用的是STM32單片機，它是意法拉半導體ST公司推出的基于 ARM

7、-Cortex-M3系列最高配置芯片 STM32F103ZET為核心組成的，具有功能強， 功耗低，通信串口多，對外圍設備可進行擴展等優(yōu)點，因此在此基礎上加入了 GPR模塊，報警模塊等外圍設備。2.1 RFID 模塊最基本的RFID系統(tǒng)由電子標簽，閱讀器和天線組成。考慮到羊群羊只數(shù)多， RFID閱讀器讀取距離等問題，羊耳標選用無源電子標簽。RFID模塊選用基于奧地利微電子公司AS3992芯片的超高頻RFID系統(tǒng)。它的無源電子標簽穩(wěn)定讀取距 離可達5m且具有防沖突，能同時讀取多張電子標簽的功能。RFID系統(tǒng)結構圖如圖3所示。AS3992時頻模映:上配jrtltk外設接口如TTIUARIhrcri功

8、率at大剜rtL ran低通圖3 KF1D系統(tǒng)結構圖AS3992射頻芯片通過自身的振蕩器產(chǎn)生某種頻率的射頻信號，通過天線發(fā)送給電子標簽產(chǎn)生引導電流，當引導電流到達天線工作區(qū)的時候， 電子標簽被激活 并通過內部天線發(fā)送接收到的信號。天線收到電子標簽發(fā)出的信號并發(fā)送給射頻 模塊對信號進行解調、譯碼，并將解調和譯碼后的信號發(fā)送給 MCI主控模塊進行 讀取和處理。2.2 GPRS 模塊GPRSg塊采用 SIMCO公司的 SIM900A模塊，SIM900A是一個雙頻 GSM/GPRS 模塊，工作頻率為EGSM900MHZ DCS1800M，內嵌TCP/IP協(xié)議，可提供無縫、 直接的網(wǎng)絡連接GPR模塊通過

9、AT指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送和發(fā)送報警短信的作用， AT指令集如表1所示。表1 AT指令集Tiiblv 1 AT inst met ion ,wt指令功能描述AT + CMGF= PDU模式,1是文本模盤AT + CMCS設計發(fā)送短消息的手機號碼AT + CPIN杳詢劇M 卡的狀態(tài)AT 卜 CSV畳詢信號AT + COIS住詢S!M卡移動提供向AT 卜 CLPORT指定本地端口AT + CIPSTART建工TCP連接AT + CIPSEND發(fā)送數(shù)據(jù)AT +(；IPCIdSE關1引夜動場liC3系統(tǒng)軟件設計該監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計分為羊群信息管理和羊群防盜預警兩部分設計。3.1羊群信息管理監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)

10、庫存儲羊群的基本信息，可以查詢羊的出生日期、體重、 體高、體長、品種等信息，讓牧主隨時能了解羊群的生長狀況。每只羊所攜帶的 電子耳標被激活之后，在進出羊場出入口時，RFID閱讀器會讀取羊標簽的ID號， 監(jiān)控中心的計算機系統(tǒng)可以根據(jù)讀取的羊的ID號，查詢到有關此羊的信息并顯示出來。該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對 RFID標簽的讀取、查詢、修改、刪除，存儲、統(tǒng) 計等功能。本系統(tǒng)使用VisualC+語言編寫軟件，開發(fā)環(huán)境 windowsXP系統(tǒng)，采 用SQLServer2008作為數(shù)據(jù)庫平臺用來存儲羊群等的信息，數(shù)據(jù)庫的連接使用 ODBC區(qū)動來實現(xiàn)，其羊群信息管理如圖 4所示。TZ P 第7頁共8頁It. !r

11、rriU-nEMJOi fr LOT Sill CTjij.!|E ii“iFF訴Vd I 助 jESlltMI-or歩Hmi r-WmrfZULMiM.ifii|-WWW4WI i *S*56j. I LJ M 4i msMcugwsHgn i m q的cw琢s環(huán)崗曰 3Mjh耳Ptcii)60cKkaMJHNnti iddoHKncamiMauiOi iMm jhmmTtcTeJn 4 JI J s H -t +1 a I%豐號1VLIi.也屮世81 哥卻甲L地tnmai.aBEll蘋鼻工罕I4C5sjvavmNHW IM XIlitt寸日最蕓科4$疵IBfi毛著號【1=齋_nivwrfj

12、rmwifiv m imij- -ni -*rtRVRIIJf*mEOtWEOOSCWXl 就蚊阿-gOttOlJOttJZftfiM-SlU KlgL2Ul-QL -1_的亦BOUIOeHeflMAjiI*v dT7 味 MFW事J I :丨丨丨；，i 頭羊信息是記錄頭羊的ID號、體重、體長、體高、品種、所在羊群羊只數(shù)、 所在棚舍等信息。周圍羊信息是記錄周圍羊的ID號、所在頭羊的ID號、體重、體高、體長等 信息。棚舍信息是記錄所在頭羊的ID號、管理員號、羊群只數(shù)等信息。3.2羊群防盜預警當羊群通過檢測站點時，RFID閱讀器可以讀取羊的標簽號并通過 GPRS模塊 數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對

13、接收的數(shù)據(jù)進行處理， 若數(shù)據(jù)滿足軟件設計的 正常規(guī)則時，該系統(tǒng)視為羊的活動一切正常。羊場出入口軟件設計的正常規(guī)則為 當RFID閱讀器讀到羊的標簽號時，若 S時間內讀取的羊標簽總數(shù)與數(shù)據(jù)庫所存 羊的總只數(shù)一致，則可視為羊處于正常放牧狀態(tài)。S時間內通過N只羊，它們之間所建立的關系可以通過實驗數(shù)據(jù)進行最小二乘法分段直線擬合得到。公路關 卡處的RFID讀不到羊標簽號則視為羊處于正常狀態(tài)。若羊的活動不滿足軟件設 計的規(guī)則時，則發(fā)出報警聲音或發(fā)送報警短信提醒管理人員羊發(fā)生異常情況，讓管理人員及時采取措施去觀察羊的動向或調用安裝在羊棚舍的攝像頭去觀察羊 是生病了還是走丟了。系統(tǒng)總程序流程圖如圖 5所示。 刖

14、;-匕圖，系統(tǒng)總程序流程圖3.2.1 RFID模塊程序設計主控單片機通過不斷地向外發(fā)送讀標簽命令，對處于其天線覆蓋范圍內的標 簽進行掃描讀取。一旦讀取到羊的標簽號，則單片機控制SIM900A將被識別的羊 標簽號通過GPR測絡發(fā)送至監(jiān)控中心。程序設計時，首先進行串口初始化，設 置AS3992芯片的工作頻率，發(fā)射頻率，然后發(fā)送讀標簽命令進行標簽的讀取并 使用防沖突算法進行驗證，保障讀卡的正確性和快速性。RFID模塊讀取標簽程序流程圖如圖6所示。切始化疑小功能麗ZZXL進入工作模制團6 RHI）模塊講取標簽乍序吮程國322 GPRS模塊程序設計考慮到系統(tǒng)功耗問題，GPRSg塊通常情況下處于休眠狀態(tài)（

15、最小功能模式）, 該模式下GPRSg塊只有串口處于工作狀態(tài)。如果RFID模塊檢測到有羊的標簽號 時，則單片機通過發(fā)送命令 AT+CFUN=f使 GPRSS塊進入工作模式，然后通過 AT 指令集，完成網(wǎng)絡監(jiān)測，啟動分組數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡，利用其內部集成的TCP/IP協(xié)議棧完成數(shù)據(jù)包封裝，最后調用數(shù)據(jù)發(fā)送命令 AT+CIPSEN將標簽號發(fā)送至具有 公網(wǎng)IP的監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)接收到的羊標簽號， 對其進行相應處理。GPRS 模塊發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖如圖7所示。閤7 站呂模塊發(fā)送數(shù)據(jù)澆涯閹于制系統(tǒng)的設計與研究PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響 烯統(tǒng)的研制）調節(jié)器/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)于于-口濁度儀的研制控制面板的研制采集與處理技術的研究研究與開發(fā)線切割 機床短循環(huán)走絲方式研究 與測研儀究的研制 制 應制用 系制統(tǒng)的研制血壓計的設計的研究應用研究于片究一基s基單基P基基基 基基單基基. . . . . . .0123456789012 234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789 001222 34 4 55 5 66 788 8 999 11究究污染測量儀的研制計備與的實數(shù)現(xiàn)控改造計制與器實的現(xiàn)研制在線監(jiān)測技術議轉換器制器的設計究