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研究背景:
新疆是全国畜牧业传统生产基地之一,随着经济的发展和人口的不断增加,以及国家和自治区对传统畜牧业政策的大力扶持,畜牧业取得了飞速发展,牲畜量激增。据不完全统计,目前全疆牲畜存栏数量多达5 000多万头,其中60%~70%在草原放牧。畜群数量大大增加,各种问题随之而来,增加了管理的难度。但在畜牧管理方式上,绝大多数牧民仍然沿袭着传统的管理方式,尤其是游牧转场式放养,牲畜丢失、被盗等时有发生。即使对牲畜采取定点圈养,类似事情也时常发生。如何能够及时准确地掌握牲畜的数量情况,在发现牲畜丢失或被盗时,可及时采取相应措施,将损失挽回到最小程度,是牧民在牲畜管理问题上迫切需要解决的问题。
怎样帮助他们解决这一问题,这始终萦绕在我脑海中。后来受到日常生活中接触到的无线识别系统,如公共汽车的自动刷卡缴费、办公楼的门禁系统,以及GPS定位、GSM通讯等技术的启发,我有了灵感。
研究目标:
我的研究目标是利用无线射频识别(RFlD)技术,实现一套自动清点及辅助定位寻踪系统。在清点系统确认有牲畜丢失时,利用GPS/GSM定位设备,实现牲畜的定位寻踪。这两个系统相结合,可以为牧民朋友在牲畜管理方面长期存在的棘手问题,提供一个较好的解决方案和思路,也是一次积极尝试和探索。
针对牲畜自动清点系统实际的功能需求,我选择系统工作频率为超高频,即频率范围在860MHz~960MHz。在这个工作频率上,电子标签的读取距离可以达到10米以上,可以满足实际需求。另外,由于牲畜数量大,往往是成批的牲畜同时进出圈门,这就要求计数系统在同一时间能够识别多个牲畜目标数量,而超高频RFID系统则具有在识别范围内可以同时识别多个电子标签的性能。
自动清点系统由一台Android智能手机、超高频RFID读写器、读写器天线以及牲畜配带的电子标签组成。智能手机实现人机交互、系统控制、数据处理、统计数据显示等功能。超高频RFID读写器和天线放置在牲畜圈舍大门的一侧,离地面约1米左右,天线方向朝向圈门。每只牲畜的耳朵或脖颈部位都配带一个具有唯一序列号的电子标签。当牲畜进入到天线信号辐射范围内时,电子标签通过耦合读写器天线产生的磁场信号产生感应电流,为电子标签提供能量、时序和数据,将标签的序列号读出,并按照既定协议反馈给读写器。读写器接收到反馈的数据信号后,经过解调、解码等处理后,将数据通过WiFi无线通信方式传输给智能手机,智能手机对接收到的数据进行分析处理,将处理结果显示在界面上。
该系统能够对进出圈舍的牲畜自动计数,并实时显示牲畜的相关信息,同时避免了重复计数的问题。在减轻牧民劳动强度的同时,为牧民及时掌握牲畜数量和相关信息提供依据。
当牧民通过清点设备确认有牲畜丢失时,用GSM手机发送查询短信到牲畜携带的GPS定位器上,定位器接收到短信后,通过GPS系统获取其方位数据信息,然后将数据信息以短信方式发送回手机,牧民根据短信中牲畜方位信息,即可搜寻到丢失的牲畜。
系统中的GPS终端设备采用某公司生产的GPS定位器,该定位器基于GPS定位系统和GSM通讯技术,使用者用手机可以完成定位、追踪、查询状态、查询参数、设置参数等操作。该定位器如同火柴盒大小,配有充电电池,使用起来也较为简单方便。在正常工作时,定位器插入一张移动通讯使用的SIM卡,其卡号作为识别牲畜定位器的唯一标识,这也是GPS与GSM相结合的具体体现,即利用GSM的短信功能完成GPS信息数据的传输。
研究结果:
依照研究目标,我制作了模拟测试系统。该测试系统模拟了牲畜进出圈舍时,对牲畜数量进行清点计数的情况。根据实际测试的情况看,测试系统所实现的功能完全达到了当初设定的目标。在现有定位设备的基础上,我还对定位寻踪演示系统中GPS电池充电方式进行了改进,使用太阳能对其进行充电。从测试结果看,基本达到了预期的目标。但从成本和实用性角度来看,离实际应用还有一定的差距,还有待今后不断地研究和完善。
前景展望:
系统研制完成之后,我前往牧区尝试应用情况,牧民踊跃前来察看效果,试用后有意愿使用和购买者达90%,牛羊大户达100%。不少受访牧民称,只要不超过1 000元,就愿意购买使用。由此可见,该项目在我国游牧区还是有很大的需求量,将会有非常好的发展前景。