王 佳,高引春,姜 茸,楊 明
(1.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 教務(wù)處;2.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院;3.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 信息學(xué)院,云南 昆明 650221)
基于手持設(shè)備的養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
王 佳1,高引春2,姜 茸3,楊 明3
(1.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 教務(wù)處;2.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院;3.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 信息學(xué)院,云南 昆明 650221)
采用開發(fā)工具Visual Studio 2010中的C#開發(fā)語(yǔ)言,設(shè)計(jì)并開發(fā)出以手持設(shè)備或者智能手機(jī)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(kù)的養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),手持設(shè)備與服務(wù)器之間采用客戶端/服務(wù)器架構(gòu)。系統(tǒng)對(duì)RFID(Radio Frequency Identifacation)、數(shù)據(jù)同步、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用,通過(guò)手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)肉牛及肉羊基本信息和養(yǎng)殖信息的實(shí)時(shí)采集,采用合并復(fù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)同步,采用RFID實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別對(duì)象的自動(dòng)識(shí)別,并為實(shí)現(xiàn)畜產(chǎn)品的可追溯性打下良好基礎(chǔ)。
手持設(shè)備;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)同步;嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)
近年來(lái),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(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。西南地區(qū)是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)相對(duì)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(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化飼養(yǎng)管理難以推行和信息化管理程度相對(duì)較低,給養(yǎng)殖增益和農(nóng)民增收帶來(lái)了嚴(yán)重影響,制約了畜牧業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。同時(shí),隨著人民生活水平的迅速提高,食品的衛(wèi)生安全問(wèn)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(lái)了嚴(yán)重危害。因此,畜牧產(chǎn)品的規(guī)范化養(yǎng)殖問(wèn)題,引起了各方的廣泛重視,畜牧產(chǎn)品的質(zhì)量溯源問(wèn)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(yīng)用及網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的普及,在企業(yè)的計(jì)算和應(yīng)用環(huán)境中,嵌入式設(shè)備已經(jīng)成為一個(gè)主流的終端之一。移動(dòng)和手持設(shè)備廣泛應(yīng)用于各種不同的商業(yè)環(huán)境中,它們?yōu)樵L問(wèn)本地信息和網(wǎng)絡(luò)信息以及收集、處理和轉(zhuǎn)交現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)提供了極大便利[2]。但在畜牧業(yè)中的應(yīng)用相對(duì)較少,特別是近幾年由于食品安全引發(fā)的問(wèn)題促使畜牧業(yè)加快信息化步伐,手持設(shè)備在畜牧業(yè)中的應(yīng)用逐步開展起來(lái)。在東部發(fā)達(dá)地區(qū)開始利用無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)開展肉牛精確飼養(yǎng)等方面的試驗(yàn),在中部地區(qū),開始實(shí)施從生豬養(yǎng)殖鏈到屠宰銷售等生命周期的無(wú)線射頻識(shí)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(shí)成本投入較大。
1.1 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)
嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是支持移動(dòng)計(jì)算或某種特定計(jì)算模式的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和具體業(yè)務(wù)需求集成在一起,運(yùn)行在各種智能型嵌入式設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備上[3]。其中,在移動(dòng)設(shè)備上嵌入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等多個(gè)計(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域——嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。
嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)需要滿足在地點(diǎn)和時(shí)間沒(méi)有限制的情況下,通過(guò)上傳、下載或者混合的方式對(duì)客戶端的數(shù)據(jù)與服務(wù)器段的數(shù)據(jù)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作、交換和更新。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作、交換和更新過(guò)程中,就需要應(yīng)用程序的手持設(shè)備端與服務(wù)器端建立同步,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)操作、交換和更新的同步控制。保存現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)其與中心數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)臒o(wú)縫連接,確保所采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性。甚至某些或全部應(yīng)用前端、中間也要進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。目前,嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)使用的數(shù)據(jù)同步技術(shù)為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)和合并復(fù)制。
(1)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)使用 SQL Server CE數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、數(shù)據(jù)庫(kù)客戶代理和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器代理并利用Internet信息服務(wù)進(jìn)行客戶端與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信如圖1所示[4]。
(2)SQL Server CE中的合并復(fù)制是基于SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)支持的合并復(fù)制。合并復(fù)制使用SQL Server CE數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、SQL Server CE客戶端代理、SQL Server CE服務(wù)器端代理和SQL Server CE復(fù)制提供者并利用Internet信息服務(wù)進(jìn)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(fù)制架構(gòu)及數(shù)據(jù)通信
1.2 RFID技術(shù)及應(yīng)用
RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它是利用無(wú)線射頻信號(hào)的空間耦合特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別對(duì)象的自動(dòng)識(shí)別[5]。它利用無(wú)線電波傳送識(shí)別信息,不受空間限制。RFID無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由射頻識(shí)別標(biāo)簽、無(wú)線信號(hào)讀寫器和發(fā)射無(wú)線信號(hào)的天線3部分組成;RFID系統(tǒng)的基本工作方法是將射頻識(shí)別標(biāo)簽安裝在被識(shí)別對(duì)象上,當(dāng)被標(biāo)識(shí)對(duì)象進(jìn)入無(wú)線信號(hào)讀寫器的讀取范圍時(shí),標(biāo)簽和讀寫器之間建立起無(wú)線方式的通信鏈路,標(biāo)簽向讀寫器發(fā)送自身信息,讀寫器接受這些信息并進(jìn)行解碼,然后傳送給計(jì)算機(jī)處理,從而完成整個(gè)信息處理過(guò)程,如圖3所示。
圖3 RFID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(chǎng)對(duì)肉牛和肉羊管理過(guò)程中各種基本數(shù)據(jù)的采集和錄入,為供養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行信息化管理和監(jiān)控提供支撐。同時(shí)使用了嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù),而嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的典型應(yīng)用就是客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu),因此本系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu),服務(wù)器上安裝SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)和Internet信息服務(wù),手持設(shè)備上安裝應(yīng)用軟件和SQL Server CE 2005數(shù)據(jù)庫(kù)。手持設(shè)備或智能手機(jī)可以是一臺(tái)或多臺(tái),耳標(biāo)用于肉牛和肉羊的個(gè)體識(shí)別和跟蹤,條形碼掃描器用于養(yǎng)殖質(zhì)量監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的操作系統(tǒng)選擇當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛和最具競(jìng)爭(zhēng)力的WinCE 或Windows Mobile作為開發(fā)平臺(tái),選擇對(duì)開發(fā)平臺(tái)有很好兼容性的SQL Server 2005 Compact Editon作為嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)。SQL Server CE數(shù)據(jù)庫(kù)是典型的客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu),它作為基于Windows CE或Windows Mobile的嵌入式移動(dòng)設(shè)備上的客戶端數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)HTTP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)在連接或脫離服務(wù)器的情況下與服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)保持同步。HTTP協(xié)議既可以通過(guò)以太網(wǎng)直接建立客戶端與服務(wù)器的HTTP通信,在沒(méi)有以太網(wǎng)連接的情況下,也可以通過(guò)USB、串行口和Activesync連接來(lái)建立客戶端與服務(wù)器的HTTP通信。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)實(shí)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(kù)引擎、客戶端代理、服務(wù)器代理和復(fù)制提供合并復(fù)制程序的支持。合并復(fù)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(kù)引擎的日志可以為合并復(fù)制提供這些記錄變化的信息[6]??蛻舳舜硖峁┑腞eplication對(duì)象接口可以使得應(yīng)用程序控制合并復(fù)制。SQL Server CE 客戶端代理發(fā)出的HTTP請(qǐng)求由運(yùn)行IIS服務(wù)器上的服務(wù)器代理來(lái)處理。在IIS服務(wù)器上運(yùn)行著協(xié)調(diào)器、服務(wù)器工具和復(fù)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(wù)器上的合并代理與訂閱進(jìn)行關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)實(shí)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)
3.1 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(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)查詢、RFID查找、牛羊轉(zhuǎn)舍、牛羊免疫和牛羊離場(chǎng)5個(gè)子功能。其中,牛羊離場(chǎng)又包括養(yǎng)殖過(guò)程、離場(chǎng)檢疫和離場(chǎng)登記3個(gè)子功能;查詢子功能實(shí)現(xiàn)牛羊基本信息的查詢;RFID查找通過(guò)讀取耳標(biāo)對(duì)牛羊進(jìn)行識(shí)別和跟蹤,并對(duì)新耳標(biāo)進(jìn)行牛羊佩戴前的寫數(shù)據(jù);牛羊轉(zhuǎn)舍管理牛羊在場(chǎng)內(nèi)不同舍間轉(zhuǎn)移相關(guān)信息,記錄牛羊成長(zhǎng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)移情況;牛羊免疫記錄牛羊養(yǎng)殖過(guò)程中的檢疫信息,是牛羊監(jiān)控管理的重要信息;牛羊離場(chǎng)記錄牛羊出欄重量、出欄價(jià)格、出欄日期、離場(chǎng)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(gè)重要功能,它對(duì)肉牛及肉羊的識(shí)別跟蹤提供了重要依據(jù)。耳標(biāo)號(hào)要符合根據(jù)《畜禽標(biāo)識(shí)和養(yǎng)殖檔案管理辦法》(2006年農(nóng)業(yè)部令第67號(hào))制定的《牲畜耳標(biāo)技術(shù)規(guī)范》,耳標(biāo)號(hào)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(gè)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(gè)子功能。牛羊稱重子功能實(shí)現(xiàn)牛羊稱重信息的錄入和修改,飼料投喂子功能實(shí)現(xiàn)飼料投喂信息的錄入和修改,隔離觀察子功能實(shí)現(xiàn)對(duì)牛羊異常情況的記錄,疾病治療子功能實(shí)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(shí)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(rèn)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(shè)備和服務(wù)器數(shù)據(jù)一致性的核心,此項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備和服務(wù)器數(shù)據(jù)同步。
3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.2.1 牛羊信息管理功能實(shí)現(xiàn)
用戶在主界面點(diǎn)擊牛羊基本信息管理按鈕后,即可進(jìn)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(duì)牛羊RFID查找、牛羊轉(zhuǎn)舍、牛羊免疫、牛羊離場(chǎng)、養(yǎng)殖過(guò)程、離場(chǎng)檢疫和離場(chǎng)登記等信息進(jìn)行查詢、修改和操作,如圖7所示。
3.2.2 牛羊轉(zhuǎn)舍實(shí)現(xiàn)
牛羊轉(zhuǎn)舍實(shí)現(xiàn)了牛羊轉(zhuǎn)舍(從當(dāng)前欄到目標(biāo)欄)相關(guān)情況記錄,同時(shí)記錄移動(dòng)人員、移動(dòng)原因和移動(dòng)日期。還允許用戶對(duì)現(xiàn)有的記錄進(jìn)行查詢、刪除和修改,如圖8所示。
3.2.3 養(yǎng)殖過(guò)程實(shí)現(xiàn)
養(yǎng)殖過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)現(xiàn)有的記錄進(jìn)行查詢、刪除和修改,如圖9所示。
3.2.4 離場(chǎng)檢疫實(shí)現(xiàn)
離場(chǎng)檢疫實(shí)現(xiàn)牛羊離場(chǎng)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(duì)現(xiàn)有記錄進(jìn)行查詢、刪除和修改,如圖10所示。
3.2.5 數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)同步實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備和服務(wù)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(diǎn)擊數(shù)據(jù)同步按鈕,以完成手持設(shè)備和服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步,從而使手持設(shè)備端的數(shù)據(jù)庫(kù)是最新的數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶退出系統(tǒng)之前應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)同步,將修改后的數(shù)據(jù)庫(kù)表上傳到服務(wù)器上,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)程信息添加
圖10 離場(chǎng)檢疫信息添加 圖11 數(shù)據(jù)同步
本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)肉牛及肉羊的養(yǎng)殖信息、場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)、疾病免疫、疾病診斷、離場(chǎng)檢疫、離場(chǎng)登記等相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入、修改和刪除等操作。通過(guò)RFID身份識(shí)別模塊識(shí)別肉牛及肉羊個(gè)體,通過(guò)數(shù)據(jù)同步功能模塊實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步,從而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)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(shí),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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確采集與傳輸,使養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和信息化管理,進(jìn)而促進(jìn)養(yǎng)殖場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)創(chuàng)造更大的效益。同時(shí),本系統(tǒng)還為實(shí)現(xiàn)畜牧產(chǎn)品的可追溯性打下了良好基礎(chǔ)。
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(責(zé)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(jì)劃項(xiàng)目(2015HB038);云南省科技計(jì)劃第二批項(xiàng)目(2016FD060)
王佳(1985-),男,四川通江人,碩士,云南財(cái)經(jīng)大學(xué)教務(wù)處助教,研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)架構(gòu)、信息熵在軟件領(lǐng)域的應(yīng)用;高引春(1983-),女,寧夏固原人,碩士,云南財(cái)經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院助教,研究方向?yàn)楣补芾恚唤?1978-),男,云南昆明人,博士后,云南財(cái)經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院教授,研究方向?yàn)樵朴?jì)算、信息管理、經(jīng)濟(jì)學(xué);楊明(1987-),男,云南昭通人,博士,云南財(cái)經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院講師,研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘。
10.11907/rjdk.162493
TP319
A
1672-7800(2017)003-0068-04