基于RFID的畜牧业物联网监控系统的设计

1、基于 RFID 的畜牧业物联网监控系统的设计摘要针对目前畜牧业物联网系统，尤其是养羊产业，提出了一种基于RFID的畜牧业监控系统的设计方法。在某种条件下，RFID会自动识别和获取羊群的数据信息并传送给监控中心。同时结合 GPRSJ术对羊群进行远程监控。实践表明， 该系统不仅可以监控羊群的信息， 还可以对羊群起到防盗预警的作用， 更能满足 牧主的需求。关键词：RFID GPRS监控、防盗预警第 2 页 共 8 页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据调查，现在大多数牧民采用 RFID技术加强对羊群的饲养，定期检查羊群 的健康，从而保障羊肉的安全。

4、但是并没有加强对羊群安全的管理， 本文所设计 的RFID畜牧业监控系统不仅能很好的管理羊群还能保护羊群的安全。尤其针对 牧民因疏于防范监控羊群而使盗贼有机可趁并利用交通工具把羊运送出去的情 况。结合内蒙古羊场的实际情况，该系统的设计还采用了GPRSJ术，使得该监控系统更可靠，更完善。无线射频识别 RFID是一种非接触式自动识别技术，无 需人工干预，可快速地进行物品识别和数据交换。通用分组无线服务GPR克一种基于全球移动通信系统 GSM的无线分组交换技术，用户不受地理位置的约束， 可以进行无线传输数据，能起到远程监控羊群的作用。1系统总体设计如图1所示为系统的总体构架图，其中黑色圆点代表检测站点

5、。检测站点是 指羊场出入公路关卡处，监控中心主要作用是利用计算机软件对传来的羊群信息 进行记录、统计，查询，报警等功能。在羊场出入口安装RFID阅读器、远距离读卡天线、GPR模块、主控MCU模块、声光报警模块。在监控中心安装管理软 件。系统硬件结构框架图如图2所示。圏I系统的总体构架圏系统硬件结构框架圏羊耳上打上RFID无源电子标签（羊耳标），该电子标签让每只羊具有唯一的 ID号。当羊群通过羊场出入时，RFID阅读器自动对羊标签号进行读取， 主控MCU 将存储该羊标签信息并将数据通过 GPRSg块传到监控中心的计算机进行羊只数 的统计，确保羊的安全放牧。如果放牧的羊只数不正确则视为羊处于不安全

6、状态， 则发出报警声音，引起管理员的注意。如果羊有被卖和屠宰的情况，系统自动对 羊耳标进行注销登记。同样对公路重点关卡处布置该监控系统声光报警模块除外。正常情况下，羊 在草原上进行活动，如果公路关卡处的系统检测到有羊的标签号，系统会通过 GPRS模块，把路口号和羊标签号发送到监控中心，让管理员随时掌握丢失羊的 动向并监控盗贼所走的路线。这样不仅提高了管理员的工作效率而且减少了警方 的调查时间，减少了警力的投入，更好的保护羊群。2系统硬件设计监控系统硬件主要有 MCI模块、RFID模块、GPRSg块和声光报警模块组 MCU 模块选用的是STM32单片机，它是意法拉半导体ST公司推出的基于 ARM

7、-Cortex-M3系列最高配置芯片 STM32F103ZET为核心组成的，具有功能强， 功耗低，通信串口多，对外围设备可进行扩展等优点，因此在此基础上加入了 GPR模块，报警模块等外围设备。2.1 RFID 模块最基本的RFID系统由电子标签，阅读器和天线组成。考虑到羊群羊只数多， RFID阅读器读取距离等问题，羊耳标选用无源电子标签。RFID模块选用基于奥地利微电子公司AS3992芯片的超高频RFID系统。它的无源电子标签稳定读取距 离可达5m且具有防冲突，能同时读取多张电子标签的功能。RFID系统结构图如图3所示。AS3992时频模映:上配jrtltk外设接口如TTIUARIhrcri功

8、率at大剜rtL ran低通图3 KF1D系统结构图AS3992射频芯片通过自身的振荡器产生某种频率的射频信号，通过天线发送给电子标签产生引导电流，当引导电流到达天线工作区的时候， 电子标签被激活 并通过内部天线发送接收到的信号。天线收到电子标签发出的信号并发送给射频 模块对信号进行解调、译码，并将解调和译码后的信号发送给 MCI主控模块进行 读取和处理。2.2 GPRS 模块GPRSg块采用 SIMCO公司的 SIM900A模块，SIM900A是一个双频 GSM/GPRS 模块，工作频率为EGSM900MHZ DCS1800M，内嵌TCP/IP协议，可提供无缝、 直接的网络连接GPR模块通过

9、AT指令来实现数据的传送和发送报警短信的作用， 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是文本模盘AT + CMCS设计发送短消息的手机号码AT + CPIN杳询剧M 卡的状态AT 卜 CSV畳询信号AT + COIS住询S!M卡移动提供向AT 卜 CLPORT指定本地端口AT + CIPSTART建工TCP连接AT + CIPSEND发送数据AT +(；IPCIdSE关1引夜动场liC3系统软件设计该监控系统的软件设计分为羊群信息管理和羊群防盗预警两部分设计。3.1羊群信息管理监控中心的数据

10、库存储羊群的基本信息，可以查询羊的出生日期、体重、 体高、体长、品种等信息，让牧主随时能了解羊群的生长状况。每只羊所携带的 电子耳标被激活之后，在进出羊场出入口时，RFID阅读器会读取羊标签的ID号， 监控中心的计算机系统可以根据读取的羊的ID号，查询到有关此羊的信息并显示出来。该系统还可以实现对 RFID标签的读取、查询、修改、删除，存储、统 计等功能。本系统使用VisualC+语言编写软件，开发环境 windowsXP系统，采 用SQLServer2008作为数据库平台用来存储羊群等的信息，数据库的连接使用 ODBC区动来实现，其羊群信息管理如图 4所示。TZ P 第7页共8页It. !r

11、rriU-nEMJOi fr LOT Sill CTjij.!|E ii“iFF诉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环岗曰 3Mjh耳Ptcii)60cKkaMJHNnti iddoHKncamiMauiOi iMm jhmmTtcTeJn 4 JI J s H -t +1 a I%丰号1VLIi.也屮世81 哥却甲L地tnmai.aBEll苹鼻工罕I4C5sjvavmNHW IM XIlitt寸日最芸科4$疵IBfi毛着号【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 头羊信息是记录头羊的ID号、体重、体长、体高、品种、所在羊群羊只数、 所在棚舍等信息。周围羊信息是记录周围羊的ID号、所在头羊的ID号、体重、体高、体长等 信息。棚舍信息是记录所在头羊的ID号、管理员号、羊群只数等信息。3.2羊群防盗预警当羊群通过检测站点时，RFID阅读器可以读取羊的标签号并通过 GPRS模块 数据发送至监控中心，监控中心对

13、接收的数据进行处理， 若数据满足软件设计的 正常规则时，该系统视为羊的活动一切正常。羊场出入口软件设计的正常规则为 当RFID阅读器读到羊的标签号时，若 S时间内读取的羊标签总数与数据库所存 羊的总只数一致，则可视为羊处于正常放牧状态。S时间内通过N只羊，它们之间所建立的关系可以通过实验数据进行最小二乘法分段直线拟合得到。公路关 卡处的RFID读不到羊标签号则视为羊处于正常状态。若羊的活动不满足软件设 计的规则时，则发出报警声音或发送报警短信提醒管理人员羊发生异常情况，让管理人员及时采取措施去观察羊的动向或调用安装在羊棚舍的摄像头去观察羊 是生病了还是走丢了。系统总程序流程图如图 5所示。 刖

14、;-匕图，系统总程序流程图3.2.1 RFID模块程序设计主控单片机通过不断地向外发送读标签命令，对处于其天线覆盖范围内的标 签进行扫描读取。一旦读取到羊的标签号，则单片机控制SIM900A将被识别的羊 标签号通过GPR测络发送至监控中心。程序设计时，首先进行串口初始化，设 置AS3992芯片的工作频率，发射频率，然后发送读标签命令进行标签的读取并 使用防冲突算法进行验证，保障读卡的正确性和快速性。RFID模块读取标签程序流程图如图6所示。切始化疑小功能丽ZZXL进入工作模制團6 RHI）模块讲取标签乍序吮程国322 GPRS模块程序设计考虑到系统功耗问题，GPRSg块通常情况下处于休眠状态（

15、最小功能模式）, 该模式下GPRSg块只有串口处于工作状态。如果RFID模块检测到有羊的标签号 时，则单片机通过发送命令 AT+CFUN=f使 GPRSS块进入工作模式，然后通过 AT 指令集，完成网络监测，启动分组数据连接网络，利用其内部集成的TCP/IP协议栈完成数据包封装，最后调用数据发送命令 AT+CIPSEN将标签号发送至具有 公网IP的监控中心。监控中心根据接收到的羊标签号， 对其进行相应处理。GPRS 模块发送数据流程图如图7所示。閤7 站呂模块发送数据浇涯閹于制系统的设计与研究PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响 烯统的研制）调节器/IP协议栈的实现于于-口浊度仪的研制控制面板的研制采集与处理技术的研究研究与开发线切割 机床短循环走丝方式研究 与测研仪究的研制 制 应制用 系制统的研制血压计的设计的研究应用研究于片究一基s基单基P基基基 基基单基基. . . . . . .0123456789012 234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789 001222 34 4 55 5 66 788 8 999 11究究污染测量仪的研制计备与的实数现控改造计制与器实的现研制在线监测技术议转换器制器的设计究