無(wú)線(xiàn)動(dòng)物識別和跟蹤管理系統的設計

引言

瘋牛病、口蹄疫、禽流感和人-豬鏈球菌等動(dòng)物疾病在全世界范圍內發(fā)生之后，人們越來(lái)越重視對動(dòng)物疾病的控制、監督和預防。其中，動(dòng)物監管的重要措施之一是對動(dòng)物的飼養、運輸、屠宰及其產(chǎn)品的加工和流通等環(huán)節實(shí)施全過(guò)程、全方位的有序管理和監控。

動(dòng)物身份識別的實(shí)踐表明，射頻識別(RFID)在動(dòng)物管理中起著(zhù)越來(lái)越重要的作用。RFID利用射頻通信實(shí)現的非接觸式自動(dòng)識別，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，以跟隨動(dòng)物生長(cháng)的整個(gè)過(guò)程。開(kāi)發(fā)一個(gè)性能優(yōu)異的RFID系統進(jìn)行動(dòng)物識別與跟蹤具有十分重要的意義，本文提出了基于EM4469的設計方案，以滿(mǎn)足人對動(dòng)物的非接觸管理、戶(hù)外長(cháng)時(shí)間和低功耗的動(dòng)物識別和跟蹤中的各種要求。

系統組成及工作原理

系統的組成

基于RFID技術(shù)的動(dòng)物識別和跟蹤管理系統主要由射頻電子標簽、便攜式手持讀寫(xiě)器以及計算機網(wǎng)絡(luò )及數據庫管理軟件組成。系統組成如圖1所示。

(1)射頻電子標簽。在本設計中，射頻電子標簽即為內嵌EM4469射頻芯片的動(dòng)物用耳標。用于記錄動(dòng)物的ID、基本生長(cháng)信息、免疫、檢疫信息以及其他管理信息。每個(gè)射頻電子標簽都有自己唯一的編碼，在動(dòng)物身體上進(jìn)行標識。射頻電子標簽具有智能讀寫(xiě)和加密通信的功能，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波與便攜式手持讀寫(xiě)器進(jìn)行數據傳輸。EM4469是無(wú)源的射頻芯片，工作所需要的全部能量來(lái)自于便攜式手持讀寫(xiě)器。

(2)便攜式手持讀寫(xiě)器。實(shí)現對射頻標簽EM4469的ID號識別、密碼修改以及用戶(hù)數據的讀寫(xiě)操作。主要由天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、控制模塊以及接口電路組成。

(3)計算機網(wǎng)絡(luò )及數據庫管理軟件。主要實(shí)現與便攜式手持讀寫(xiě)器的相互通信以及數據信息的交換，從而將獲得的動(dòng)物相關(guān)信息及各種記錄、統計報表等內容保存在數據庫中，實(shí)現數據的計算機管理。

系統工作原理

當便攜式手持讀寫(xiě)器準備讀射頻電子標簽時(shí)，讀寫(xiě)器會(huì )發(fā)射固定頻率的電磁波，從而在讀寫(xiě)器的天線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生高頻的交變磁場(chǎng)。當帶有RFID射頻電子標簽的動(dòng)物進(jìn)入便攜式手持讀寫(xiě)器發(fā)射的射頻場(chǎng)范圍內時(shí)，射頻電子標簽中的天線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生感應電流，并經(jīng)內部升壓電路升壓后作為射頻芯片EM4469的電源，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。EM4469的數據解壓器不斷探測來(lái)自天線(xiàn)端的信號，將帶有信息的感應電流進(jìn)行解碼，并提取數字信號進(jìn)入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理，最后發(fā)送給便攜式手持讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器讀取信息并解碼后，將其送至信息系統進(jìn)行相關(guān)的數據處理并保存。寫(xiě)標簽時(shí)，讀寫(xiě)器把處理后的信息重新寫(xiě)入EM4469芯片中。

當有多個(gè)射頻電子標簽進(jìn)入便攜式手持讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)時(shí)，由于EM4469具有防沖突認證機制，使得便攜式手持讀寫(xiě)器在識讀范圍內只保留一個(gè)射頻電子標簽處于活動(dòng)狀態(tài)和數據通信狀態(tài)。

系統硬件設計

本系統以動(dòng)物身份識別和跟蹤為目的，應用RFID技術(shù)進(jìn)行射頻發(fā)射及讀寫(xiě)系統的相關(guān)硬件設計，其中主要包括射頻電子標簽和便攜式手持讀寫(xiě)器的設計兩大部分。

射頻電子標簽的選擇

目前，用于動(dòng)物識別的電子標簽形式主要有耳釘式、項圈式、植入式和藥丸式，這幾種形式各有其特點(diǎn)和適用范圍。本系統采用耳釘式射頻電子標簽簡(jiǎn)稱(chēng)耳標，它具有存儲數據多、抗污以及防水等特點(diǎn)。

使用專(zhuān)用耳標鉗將內嵌EM4469射頻卡的耳標釘穿入動(dòng)物耳朵，并用耳標帽固定。耳標釘中存儲動(dòng)物出生以后的整個(gè)生命周期的相關(guān)信息，這些信息可用便攜式手持讀寫(xiě)器進(jìn)行讀寫(xiě)。

射頻電子標簽的選擇