無線動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-豬鏈球菌等動物疾病在全世界范圍內發生之后，人們越來越重視對動物疾病的控制、監督和預防。其中，動物監管的重要措施之一是對動物的飼養、運輸、屠宰及其產品的加工和流通等環節實施全過程、全方位的有序管理和監控。

動物身份識別的實踐表明，射頻識別(RFID)在動物管理中起著越來越重要的作用。RFID利用射頻通信實現的非接觸式自動識別，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境，以跟隨動物生長的整個過程。開發一個性能優異的RFID系統進行動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，以滿足人對動物的非接觸管理、戶外長時間和低功耗的動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技術的動物識別和跟蹤管理系統主要由射頻電子標簽、便攜式手持讀寫器以及計算機網絡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射頻芯片的動物用耳標。用于記錄動物的ID、基本生長信息、免疫、檢疫信息以及其他管理信息。每個射頻電子標簽都有自己唯一的編碼，在動物身體上進行標識。射頻電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，通過無線電波與便攜式手持讀寫器進行數據傳輸。EM4469是無源的射頻芯片，工作所需要的全部能量來自于便攜式手持讀寫器。

(2)便攜式手持讀寫器。實現對射頻標簽EM4469的ID號識別、密碼修改以及用戶數據的讀寫操作。主要由天線、無線收發模塊、控制模塊以及接口電路組成。

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

系統工作原理

當便攜式手持讀寫器準備讀射頻電子標簽時，讀寫器會發射固定頻率的電磁波，從而在讀寫器的天線周圍產生高頻的交變磁場。當帶有RFID射頻電子標簽的動物進入便攜式手持讀寫器發射的射頻場范圍內時，射頻電子標簽中的天線會產生感應電流，并經內部升壓電路升壓后作為射頻芯片EM4469的電源，使其進入工作狀態。EM4469的數據解壓器不斷探測來自天線端的信號，將帶有信息的感應電流進行解碼，并提取數字信號進入邏輯控制電路進行信息處理，最后發送給便攜式手持讀寫器。讀寫器讀取信息并解碼后，將其送至信息系統進行相關的數據處理并保存。寫標簽時，讀寫器把處理后的信息重新寫入EM4469芯片中。

當有多個射頻電子標簽進入便攜式手持讀寫器的射頻場時，由于EM4469具有防沖突認證機制，使得便攜式手持讀寫器在識讀范圍內只保留一個射頻電子標簽處于活動狀態和數據通信狀態。

系統硬件設計

本系統以動物身份識別和跟蹤為目的，應用RFID技術進行射頻發射及讀寫系統的相關硬件設計，其中主要包括射頻電子標簽和便攜式手持讀寫器的設計兩大部分。

射頻電子標簽的選擇

目前，用于動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和適用范圍。本系統采用耳釘式射頻電子標簽簡稱耳標，它具有存儲數據多、抗污以及防水等特點。

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

射頻電子標簽的選擇