基于手持設備的養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王 佳，高引春，姜 茸，楊 明

(1.云南財經(jīng)大學 教務處；2.云南財經(jīng)大學 公共管理學院；3.云南財經(jīng)大學 信息學院，云南 昆明 650221)

基于手持設備的養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王 佳1，高引春2，姜 茸3，楊 明3

(1.云南財經(jīng)大學 教務處；2.云南財經(jīng)大學 公共管理學院；3.云南財經(jīng)大學 信息學院，云南 昆明 650221)

采用開發(fā)工具Visual Studio 2010中的C#開發(fā)語言，設計并開發(fā)出以手持設備或者智能手機為載體，以Windows Mobile6.0為嵌入式操作系統(tǒng)，以SQL Server CE為嵌入式數(shù)據(jù)庫的養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，手持設備與服務器之間采用客戶端/服務器架構(gòu)。系統(tǒng)對RFID(Radio Frequency Identifacation)、數(shù)據(jù)同步、嵌入式數(shù)據(jù)庫等技術(shù)進行集成應用，通過手持設備實現(xiàn)對肉牛及肉羊基本信息和養(yǎng)殖信息的實時采集，采用合并復制技術(shù)實現(xiàn)手持設備與服務器之間數(shù)據(jù)同步，采用RFID實現(xiàn)對被識別對象的自動識別，并為實現(xiàn)畜產(chǎn)品的可追溯性打下良好基礎。

手持設備；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)同步；嵌入式數(shù)據(jù)庫

0 引言

近年來，畜牧產(chǎn)業(yè)在西南地區(qū)迅速發(fā)展，目前已成為西南地區(qū)畜牧業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。西南地區(qū)是農(nóng)村經(jīng)濟相對落后的地區(qū)，肉牛及肉羊飼養(yǎng)仍然以散養(yǎng)為主，其養(yǎng)殖方式落后且組織化程度低，導致標準化飼養(yǎng)管理難以推行和信息化管理程度相對較低，給養(yǎng)殖增益和農(nóng)民增收帶來了嚴重影響，制約了畜牧業(yè)的進一步發(fā)展。同時，隨著人民生活水平的迅速提高，食品的衛(wèi)生安全問題被提到了前所未有的高度[1]。特別是最近，食品安全事故頻發(fā)，給人們的身體健康帶來了嚴重危害。因此，畜牧產(chǎn)品的規(guī)范化養(yǎng)殖問題，引起了各方的廣泛重視，畜牧產(chǎn)品的質(zhì)量溯源問題也引起了相關(guān)部門的高度重視。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用及網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)實時操作系統(tǒng)的普及，在企業(yè)的計算和應用環(huán)境中，嵌入式設備已經(jīng)成為一個主流的終端之一。移動和手持設備廣泛應用于各種不同的商業(yè)環(huán)境中，它們?yōu)樵L問本地信息和網(wǎng)絡信息以及收集、處理和轉(zhuǎn)交現(xiàn)場數(shù)據(jù)提供了極大便利[2]。但在畜牧業(yè)中的應用相對較少，特別是近幾年由于食品安全引發(fā)的問題促使畜牧業(yè)加快信息化步伐，手持設備在畜牧業(yè)中的應用逐步開展起來。在東部發(fā)達地區(qū)開始利用無線射頻識別系統(tǒng)開展肉牛精確飼養(yǎng)等方面的試驗，在中部地區(qū)，開始實施從生豬養(yǎng)殖鏈到屠宰銷售等生命周期的無線射頻識別管理。上述養(yǎng)殖鏈管理方式適用于大規(guī)模、現(xiàn)代信息化管理較高的企業(yè)，同時成本投入較大。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫

嵌入式移動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持移動計算或某種特定計算模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和具體業(yè)務需求集成在一起，運行在各種智能型嵌入式設備或移動設備上[3]。其中，在移動設備上嵌入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、分布式計算技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和網(wǎng)絡通訊技術(shù)等多個計算機相關(guān)領(lǐng)域，目前已經(jīng)成為非常熱門和成熟的理論研究和實際應用領(lǐng)域——嵌入式移動數(shù)據(jù)庫[4]。

嵌入式移動數(shù)據(jù)庫需要滿足在地點和時間沒有限制的情況下，通過上傳、下載或者混合的方式對客戶端的數(shù)據(jù)與服務器段的數(shù)據(jù)建立對應關(guān)系，進行數(shù)據(jù)的操作、交換和更新。在進行數(shù)據(jù)的操作、交換和更新過程中，就需要應用程序的手持設備端與服務器端建立同步，實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作、交換和更新的同步控制。保存現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)同步技術(shù)實現(xiàn)其與中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)臒o縫連接，確保所采集數(shù)據(jù)的真實性。甚至某些或全部應用前端、中間也要進行數(shù)據(jù)同步。目前，嵌入式數(shù)據(jù)庫使用的數(shù)據(jù)同步技術(shù)為遠程數(shù)據(jù)訪問和合并復制。

(1)遠程數(shù)據(jù)訪問使用 SQL Server CE數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)庫引擎、數(shù)據(jù)庫客戶代理和數(shù)據(jù)庫服務器代理并利用Internet信息服務進行客戶端與服務器端的數(shù)據(jù)通信如圖1所示[4]。

(2)SQL Server CE中的合并復制是基于SQL Server 數(shù)據(jù)庫支持的合并復制。合并復制使用SQL Server CE數(shù)據(jù)庫引擎、SQL Server CE客戶端代理、SQL Server CE服務器端代理和SQL Server CE復制提供者并利用Internet信息服務進行通信如圖2所示[4]。

圖1 RDA架構(gòu)及數(shù)據(jù)通信

圖2 合并復制架構(gòu)及數(shù)據(jù)通信

1.2 RFID技術(shù)及應用

RFID無線射頻識別技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它是利用無線射頻信號的空間耦合特性，實現(xiàn)對被識別對象的自動識別[5]。它利用無線電波傳送識別信息，不受空間限制。RFID無線射頻識別系統(tǒng)主要由射頻識別標簽、無線信號讀寫器和發(fā)射無線信號的天線3部分組成；RFID系統(tǒng)的基本工作方法是將射頻識別標簽安裝在被識別對象上，當被標識對象進入無線信號讀寫器的讀取范圍時，標簽和讀寫器之間建立起無線方式的通信鏈路，標簽向讀寫器發(fā)送自身信息，讀寫器接受這些信息并進行解碼，然后傳送給計算機處理，從而完成整個信息處理過程，如圖3所示。

圖3 RFID架構(gòu)

2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

由于該系統(tǒng)主要是現(xiàn)場對肉牛和肉羊管理過程中各種基本數(shù)據(jù)的采集和錄入，為供養(yǎng)殖場進行信息化管理和監(jiān)控提供支撐。同時使用了嵌入式數(shù)據(jù)庫，而嵌入式數(shù)據(jù)庫的典型應用就是客戶端/服務器結(jié)構(gòu)，因此本系統(tǒng)采用客戶端/服務器結(jié)構(gòu)，服務器上安裝SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫和Internet信息服務，手持設備上安裝應用軟件和SQL Server CE 2005數(shù)據(jù)庫。手持設備或智能手機可以是一臺或多臺，耳標用于肉牛和肉羊的個體識別和跟蹤，條形碼掃描器用于養(yǎng)殖質(zhì)量監(jiān)控，計算機網(wǎng)絡用于數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)環(huán)境結(jié)構(gòu)

手持設備的操作系統(tǒng)選擇當今嵌入式領(lǐng)域應用最為廣泛和最具競爭力的WinCE 或Windows Mobile作為開發(fā)平臺，選擇對開發(fā)平臺有很好兼容性的SQL Server 2005 Compact Editon作為嵌入式數(shù)據(jù)庫。SQL Server CE數(shù)據(jù)庫是典型的客戶端/服務器結(jié)構(gòu)，它作為基于Windows CE或Windows Mobile的嵌入式移動設備上的客戶端數(shù)據(jù)庫，通過HTTP協(xié)議來實現(xiàn)在連接或脫離服務器的情況下與服務器上的數(shù)據(jù)庫保持同步。HTTP協(xié)議既可以通過以太網(wǎng)直接建立客戶端與服務器的HTTP通信，在沒有以太網(wǎng)連接的情況下，也可以通過USB、串行口和Activesync連接來建立客戶端與服務器的HTTP通信。系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫引擎、客戶端代理、服務器代理和復制提供合并復制程序的支持。合并復制的依據(jù)是記錄變化，這些變化包括插入、更新和刪除，數(shù)據(jù)庫引擎的日志可以為合并復制提供這些記錄變化的信息[6]。客戶端代理提供的Replication對象接口可以使得應用程序控制合并復制。SQL Server CE 客戶端代理發(fā)出的HTTP請求由運行IIS服務器上的服務器代理來處理。在IIS服務器上運行著協(xié)調(diào)器、服務器工具和復制提供程序，協(xié)調(diào)器調(diào)用提供程序。協(xié)調(diào)器將發(fā)布服務器上的合并代理與訂閱進行關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)主要完成肉牛及肉羊的基本信息管理、養(yǎng)殖信息管理、用戶信息管理和數(shù)據(jù)同步四大主要功能。

肉牛及肉羊的基本信息管理可以實現(xiàn)基礎查詢、RFID查找、牛羊轉(zhuǎn)舍、牛羊免疫和牛羊離場5個子功能。其中，牛羊離場又包括養(yǎng)殖過程、離場檢疫和離場登記3個子功能；查詢子功能實現(xiàn)牛羊基本信息的查詢；RFID查找通過讀取耳標對牛羊進行識別和跟蹤，并對新耳標進行牛羊佩戴前的寫數(shù)據(jù)；牛羊轉(zhuǎn)舍管理牛羊在場內(nèi)不同舍間轉(zhuǎn)移相關(guān)信息，記錄牛羊成長過程中的轉(zhuǎn)移情況；牛羊免疫記錄牛羊養(yǎng)殖過程中的檢疫信息，是牛羊監(jiān)控管理的重要信息；牛羊離場記錄牛羊出欄重量、出欄價格、出欄日期、離場類型等信息，并更新牛羊信息表，以便核算牛羊的養(yǎng)殖收益。RFID查找是本系統(tǒng)的一個重要功能，它對肉牛及肉羊的識別跟蹤提供了重要依據(jù)。耳標號要符合根據(jù)《畜禽標識和養(yǎng)殖檔案管理辦法》(2006年農(nóng)業(yè)部令第67號)制定的《牲畜耳標技術(shù)規(guī)范》，耳標號由主編碼、副編碼兩部分組成。其中，主編碼由7位數(shù)字組成，第1位代表牲畜種類，后6位是縣(區(qū))行政區(qū)域代碼，主編碼代表牲畜種類和產(chǎn)地；副編碼由8位字符構(gòu)成，是以縣為單位的連續(xù)編碼，代表牲畜個體。

養(yǎng)殖管理是系統(tǒng)的核心功能，包括牛羊稱重、飼料投喂 、隔離觀察和疾病治療4個子功能。牛羊稱重子功能實現(xiàn)牛羊稱重信息的錄入和修改，飼料投喂子功能實現(xiàn)飼料投喂信息的錄入和修改，隔離觀察子功能實現(xiàn)對牛羊異常情況的記錄，疾病治療子功能實現(xiàn)牛羊疾病治療信息的錄入和修改。

用戶信息管理功能實現(xiàn)用戶密碼修改，且用戶只能修改自己的密碼。用戶輸入的新密碼和確認密碼一致后才能成功修改密碼。

數(shù)據(jù)同步是保持手持設備和服務器數(shù)據(jù)一致性的核心，此項功能實現(xiàn)手持設備和服務器數(shù)據(jù)同步。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.2.1 牛羊信息管理功能實現(xiàn)

用戶在主界面點擊牛羊基本信息管理按鈕后，即可進入牛羊信息管理界面，在此界面可以查詢牛羊的基本信息，還可以對牛羊RFID查找、牛羊轉(zhuǎn)舍、牛羊免疫、牛羊離場、養(yǎng)殖過程、離場檢疫和離場登記等信息進行查詢、修改和操作，如圖7所示。

3.2.2 牛羊轉(zhuǎn)舍實現(xiàn)

牛羊轉(zhuǎn)舍實現(xiàn)了牛羊轉(zhuǎn)舍(從當前欄到目標欄)相關(guān)情況記錄，同時記錄移動人員、移動原因和移動日期。還允許用戶對現(xiàn)有的記錄進行查詢、刪除和修改，如圖8所示。

3.2.3 養(yǎng)殖過程實現(xiàn)

養(yǎng)殖過程實現(xiàn)對牛羊各養(yǎng)殖階段所用飼料配方和飼養(yǎng)員信息的記錄，其中飼料具體包括粗料、精料、青貯料和添加劑等。用戶可以添加新記錄，也可以對現(xiàn)有的記錄進行查詢、刪除和修改，如圖9所示。

3.2.4 離場檢疫實現(xiàn)

離場檢疫實現(xiàn)牛羊離場前的檢疫信息記錄，并記錄相關(guān)檢疫人員和單位信息。用戶可以添加新記錄，也可以對現(xiàn)有記錄進行查詢、刪除和修改，如圖10所示。

3.2.5 數(shù)據(jù)同步實現(xiàn)

數(shù)據(jù)同步實現(xiàn)手持設備和服務器端的數(shù)據(jù)交換，保持了數(shù)據(jù)的一致性。用戶登錄到系統(tǒng)后就可以點擊數(shù)據(jù)同步按鈕，以完成手持設備和服務器的數(shù)據(jù)同步，從而使手持設備端的數(shù)據(jù)庫是最新的數(shù)據(jù)庫。用戶退出系統(tǒng)之前應該進行數(shù)據(jù)同步，將修改后的數(shù)據(jù)庫表上傳到服務器上，實現(xiàn)服務器端數(shù)據(jù)庫的修改，如圖11所示。

圖7 牛羊基本信息管理 圖8 轉(zhuǎn)舍信息添加 圖9 養(yǎng)殖過程信息添加

圖10 離場檢疫信息添加 圖11 數(shù)據(jù)同步

4 結(jié)語

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)養(yǎng)殖場肉牛及肉羊的養(yǎng)殖信息、場內(nèi)移動、疾病免疫、疾病診斷、離場檢疫、離場登記等相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入、修改和刪除等操作。通過RFID身份識別模塊識別肉牛及肉羊個體，通過數(shù)據(jù)同步功能模塊實現(xiàn)手持設備與遠程服務器之間數(shù)據(jù)的實時同步，從而實現(xiàn)養(yǎng)殖場信息化管理，為生產(chǎn)效率及畜產(chǎn)品品質(zhì)提升提供了信息化技術(shù)支撐。同時，本系統(tǒng)改變了目前肉牛及肉羊養(yǎng)殖信息傳統(tǒng)的手工紙質(zhì)記錄方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速、準確采集與傳輸，使養(yǎng)殖場實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化、實時化和信息化管理，進而促進養(yǎng)殖場增收和特色畜牧業(yè)的發(fā)展。本系統(tǒng)的開發(fā)將有利于提高養(yǎng)殖場的管理水平，提高肉牛和肉羊質(zhì)量和整體效益，從而為養(yǎng)殖場創(chuàng)造更大的效益。同時，本系統(tǒng)還為實現(xiàn)畜牧產(chǎn)品的可追溯性打下了良好基礎。

[1] 喬光華.我國乳業(yè)安全可追溯體系的構(gòu)建研究[J].中國流通經(jīng)濟，2009, 23(4):33-36.

[2] 占小軍.基于Windows CE 5的手機木馬入侵的研究[D].廣州：中山大學，2009.

[3] 許志清, 趙博.精通SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4] 張冬泉, 譚南林.Windows CE 開發(fā)實力精粹[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5] 董麗華. RFID技術(shù)與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6] 查顯鋒.病毒進化遺傳算法及其在機車檢修系統(tǒng)工單調(diào)度中的應用研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2011.

(責任編輯：孫 娟)

Design and Implementation of the Data Collection System Based on the Hand-held Devices

The system uses the Visual studio 2010 as the development tool and C# as the development language, to design and develop the data acquisition system with a hand-held device devices or a Smartphone as the carrier and the Windows CE6.0 as the embedded operating system, and the SQL Server CE as the embedded database. And the system’s primary target is to reduce the costs, save labor, expand the scale of breeding and improve work efficiency and the beef and mutton’s quality and the overall beneficial. Otherwise, we can use the Client/Server architecture between hand-held devices and Server. The system integrates RFID (Radio Frequency Identification), data synchronization and embedded database technologies. The system collects the beef and mutton’s basic information and breeding information through the hand-held devices, and it adopts the merge and replication technique to realize the data synchronization between the computer and the hand-held devices. Besides it use the RFID to automatic identify the object and lay a good foundation for the traceability of livestock.

Hand-held Devices; Data Collection; Data Synchronization; Embedded Database

云南省科技創(chuàng)新人才計劃項目(2015HB038)；云南省科技計劃第二批項目(2016FD060)

王佳(1985-)，男，四川通江人，碩士，云南財經(jīng)大學教務處助教，研究方向為嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)、信息熵在軟件領(lǐng)域的應用；高引春(1983-)，女，寧夏固原人，碩士，云南財經(jīng)大學公共管理學院助教，研究方向為公共管理；姜茸(1978-)，男，云南昆明人，博士后，云南財經(jīng)大學信息學院教授，研究方向為云計算、信息管理、經(jīng)濟學；楊明(1987-)，男，云南昭通人，博士，云南財經(jīng)大學信息學院講師，研究方向為數(shù)據(jù)挖掘。

10.11907/rjdk.162493

TP319

A

1672-7800(2017)003-0068-04