基于手持设备的养殖场数据采集系统设计与实现

王 佳，高引春，姜 茸，杨 明

(1.云南财经大学 教务处；2.云南财经大学 公共管理学院；3.云南财经大学 信息学院，云南 昆明 650221)

基于手持设备的养殖场数据采集系统设计与实现

王 佳1，高引春2，姜 茸3，杨 明3

(1.云南财经大学 教务处；2.云南财经大学 公共管理学院；3.云南财经大学 信息学院，云南 昆明 650221)

采用开发工具Visual Studio 2010中的C#开发语言，设计并开发出以手持设备或者智能手机为载体，以Windows Mobile6.0为嵌入式操作系统，以SQL Server CE为嵌入式数据库的养殖场数据采集系统，手持设备与服务器之间采用客户端/服务器架构。系统对RFID(Radio Frequency Identifacation)、数据同步、嵌入式数据库等技术进行集成应用，通过手持设备实现对肉牛及肉羊基本信息和养殖信息的实时采集，采用合并复制技术实现手持设备与服务器之间数据同步，采用RFID实现对被识别对象的自动识别，并为实现畜产品的可追溯性打下良好基础。

手持设备；数据采集；数据同步；嵌入式数据库

0 引言

近年来，畜牧产业在西南地区迅速发展，目前已成为西南地区畜牧业和农村经济的支柱产业。西南地区是农村经济相对落后的地区，肉牛及肉羊饲养仍然以散养为主，其养殖方式落后且组织化程度低，导致标准化饲养管理难以推行和信息化管理程度相对较低，给养殖增益和农民增收带来了严重影响，制约了畜牧业的进一步发展。同时，随着人民生活水平的迅速提高，食品的卫生安全问题被提到了前所未有的高度[1]。特别是最近，食品安全事故频发，给人们的身体健康带来了严重危害。因此，畜牧产品的规范化养殖问题，引起了各方的广泛重视，畜牧产品的质量溯源问题也引起了相关部门的高度重视。

随着物联网的广泛应用及网联网实时操作系统的普及，在企业的计算和应用环境中，嵌入式设备已经成为一个主流的终端之一。移动和手持设备广泛应用于各种不同的商业环境中，它们为访问本地信息和网络信息以及收集、处理和转交现场数据提供了极大便利[2]。但在畜牧业中的应用相对较少，特别是近几年由于食品安全引发的问题促使畜牧业加快信息化步伐，手持设备在畜牧业中的应用逐步开展起来。在东部发达地区开始利用无线射频识别系统开展肉牛精确饲养等方面的试验，在中部地区，开始实施从生猪养殖链到屠宰销售等生命周期的无线射频识别管理。上述养殖链管理方式适用于大规模、现代信息化管理较高的企业，同时成本投入较大。

1 关键技术

1.1 嵌入式数据库

嵌入式移动数据库系统是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管理系统，数据库系统、操作系统和具体业务需求集成在一起，运行在各种智能型嵌入式设备或移动设备上[3]。其中，在移动设备上嵌入数据库系统需要使用数据库技术、分布式计算技术、“互联网+”技术和网络通讯技术等多个计算机相关领域，目前已经成为非常热门和成熟的理论研究和实际应用领域——嵌入式移动数据库[4]。

嵌入式移动数据库需要满足在地点和时间没有限制的情况下，通过上传、下载或者混合的方式对客户端的数据与服务器段的数据建立对应关系，进行数据的操作、交换和更新。在进行数据的操作、交换和更新过程中，就需要应用程序的手持设备端与服务器端建立同步，实现数据操作、交换和更新的同步控制。保存现场采集的数据，通过数据同步技术实现其与中心数据库的数据同步，并实现数据采集与传输的无缝连接，确保所采集数据的真实性。甚至某些或全部应用前端、中间也要进行数据同步。目前，嵌入式数据库使用的数据同步技术为远程数据访问和合并复制。

(1)远程数据访问使用 SQL Server CE数据库中的数据库引擎、数据库客户代理和数据库服务器代理并利用Internet信息服务进行客户端与服务器端的数据通信如图1所示[4]。

(2)SQL Server CE中的合并复制是基于SQL Server 数据库支持的合并复制。合并复制使用SQL Server CE数据库引擎、SQL Server CE客户端代理、SQL Server CE服务器端代理和SQL Server CE复制提供者并利用Internet信息服务进行通信如图2所示[4]。

图1 RDA架构及数据通信

图2 合并复制架构及数据通信

1.2 RFID技术及应用

RFID无线射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它是利用无线射频信号的空间耦合特性，实现对被识别对象的自动识别[5]。它利用无线电波传送识别信息，不受空间限制。RFID无线射频识别系统主要由射频识别标签、无线信号读写器和发射无线信号的天线3部分组成；RFID系统的基本工作方法是将射频识别标签安装在被识别对象上，当被标识对象进入无线信号读写器的读取范围时，标签和读写器之间建立起无线方式的通信链路，标签向读写器发送自身信息，读写器接受这些信息并进行解码，然后传送给计算机处理，从而完成整个信息处理过程，如图3所示。

图3 RFID架构

2 系统整体架构

2.1 系统硬件结构

由于该系统主要是现场对肉牛和肉羊管理过程中各种基本数据的采集和录入，为供养殖场进行信息化管理和监控提供支撑。同时使用了嵌入式数据库，而嵌入式数据库的典型应用就是客户端/服务器结构，因此本系统采用客户端/服务器结构，服务器上安装SQL Server 2005数据库和Internet信息服务，手持设备上安装应用软件和SQL Server CE 2005数据库。手持设备或智能手机可以是一台或多台，耳标用于肉牛和肉羊的个体识别和跟踪，条形码扫描器用于养殖质量监控，计算机网络用于数据同步。系统硬件结构如图4所示。

图4 系统硬件结构

2.2 系统环境结构

手持设备的操作系统选择当今嵌入式领域应用最为广泛和最具竞争力的WinCE 或Windows Mobile作为开发平台，选择对开发平台有很好兼容性的SQL Server 2005 Compact Editon作为嵌入式数据库。SQL Server CE数据库是典型的客户端/服务器结构，它作为基于Windows CE或Windows Mobile的嵌入式移动设备上的客户端数据库，通过HTTP协议来实现在连接或脱离服务器的情况下与服务器上的数据库保持同步。HTTP协议既可以通过以太网直接建立客户端与服务器的HTTP通信，在没有以太网连接的情况下，也可以通过USB、串行口和Activesync连接来建立客户端与服务器的HTTP通信。系统实现环境结构如图5所示。

图5 系统实现环境结构

2.3 系统数据同步结构

数据库引擎、客户端代理、服务器代理和复制提供合并复制程序的支持。合并复制的依据是记录变化，这些变化包括插入、更新和删除，数据库引擎的日志可以为合并复制提供这些记录变化的信息[6]。客户端代理提供的Replication对象接口可以使得应用程序控制合并复制。SQL Server CE 客户端代理发出的HTTP请求由运行IIS服务器上的服务器代理来处理。在IIS服务器上运行着协调器、服务器工具和复制提供程序，协调器调用提供程序。协调器将发布服务器上的合并代理与订阅进行关联。系统实现环境结构如图6所示。

图6 系统数据同步结构

3 系统功能与实现

3.1 系统功能

该系统主要完成肉牛及肉羊的基本信息管理、养殖信息管理、用户信息管理和数据同步四大主要功能。

肉牛及肉羊的基本信息管理可以实现基础查询、RFID查找、牛羊转舍、牛羊免疫和牛羊离场5个子功能。其中，牛羊离场又包括养殖过程、离场检疫和离场登记3个子功能；查询子功能实现牛羊基本信息的查询；RFID查找通过读取耳标对牛羊进行识别和跟踪，并对新耳标进行牛羊佩戴前的写数据；牛羊转舍管理牛羊在场内不同舍间转移相关信息，记录牛羊成长过程中的转移情况；牛羊免疫记录牛羊养殖过程中的检疫信息，是牛羊监控管理的重要信息；牛羊离场记录牛羊出栏重量、出栏价格、出栏日期、离场类型等信息，并更新牛羊信息表，以便核算牛羊的养殖收益。RFID查找是本系统的一个重要功能，它对肉牛及肉羊的识别跟踪提供了重要依据。耳标号要符合根据《畜禽标识和养殖档案管理办法》(2006年农业部令第67号)制定的《牲畜耳标技术规范》，耳标号由主编码、副编码两部分组成。其中，主编码由7位数字组成，第1位代表牲畜种类，后6位是县(区)行政区域代码，主编码代表牲畜种类和产地；副编码由8位字符构成，是以县为单位的连续编码，代表牲畜个体。

养殖管理是系统的核心功能，包括牛羊称重、饲料投喂 、隔离观察和疾病治疗4个子功能。牛羊称重子功能实现牛羊称重信息的录入和修改，饲料投喂子功能实现饲料投喂信息的录入和修改，隔离观察子功能实现对牛羊异常情况的记录，疾病治疗子功能实现牛羊疾病治疗信息的录入和修改。

用户信息管理功能实现用户密码修改，且用户只能修改自己的密码。用户输入的新密码和确认密码一致后才能成功修改密码。

数据同步是保持手持设备和服务器数据一致性的核心，此项功能实现手持设备和服务器数据同步。

3.2 系统实现

3.2.1 牛羊信息管理功能实现

用户在主界面点击牛羊基本信息管理按钮后，即可进入牛羊信息管理界面，在此界面可以查询牛羊的基本信息，还可以对牛羊RFID查找、牛羊转舍、牛羊免疫、牛羊离场、养殖过程、离场检疫和离场登记等信息进行查询、修改和操作，如图7所示。

3.2.2 牛羊转舍实现

牛羊转舍实现了牛羊转舍(从当前栏到目标栏)相关情况记录，同时记录移动人员、移动原因和移动日期。还允许用户对现有的记录进行查询、删除和修改，如图8所示。

3.2.3 养殖过程实现

养殖过程实现对牛羊各养殖阶段所用饲料配方和饲养员信息的记录，其中饲料具体包括粗料、精料、青贮料和添加剂等。用户可以添加新记录，也可以对现有的记录进行查询、删除和修改，如图9所示。

3.2.4 离场检疫实现

离场检疫实现牛羊离场前的检疫信息记录，并记录相关检疫人员和单位信息。用户可以添加新记录，也可以对现有记录进行查询、删除和修改，如图10所示。

3.2.5 数据同步实现

数据同步实现手持设备和服务器端的数据交换，保持了数据的一致性。用户登录到系统后就可以点击数据同步按钮，以完成手持设备和服务器的数据同步，从而使手持设备端的数据库是最新的数据库。用户退出系统之前应该进行数据同步，将修改后的数据库表上传到服务器上，实现服务器端数据库的修改，如图11所示。

图7 牛羊基本信息管理 图8 转舍信息添加 图9 养殖过程信息添加

图10 离场检疫信息添加 图11 数据同步

4 结语

本系统主要实现养殖场肉牛及肉羊的养殖信息、场内移动、疾病免疫、疾病诊断、离场检疫、离场登记等相关数据的录入、修改和删除等操作。通过RFID身份识别模块识别肉牛及肉羊个体，通过数据同步功能模块实现手持设备与远程服务器之间数据的实时同步，从而实现养殖场信息化管理，为生产效率及畜产品品质提升提供了信息化技术支撑。同时，本系统改变了目前肉牛及肉羊养殖信息传统的手工纸质记录方式，实现了数据的快速、准确采集与传输，使养殖场实现数据采集自动化、实时化和信息化管理，进而促进养殖场增收和特色畜牧业的发展。本系统的开发将有利于提高养殖场的管理水平，提高肉牛和肉羊质量和整体效益，从而为养殖场创造更大的效益。同时，本系统还为实现畜牧产品的可追溯性打下了良好基础。

[1] 乔光华.我国乳业安全可追溯体系的构建研究[J].中国流通经济，2009, 23(4):33-36.

[2] 占小军.基于Windows CE 5的手机木马入侵的研究[D].广州：中山大学，2009.

[3] 许志清, 赵博.精通SQL Server 2005 数据库系统管理[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4] 张冬泉, 谭南林.Windows CE 开发实力精粹[M].北京：电子工业出版社，2008.

[5] 董丽华. RFID技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2008.

[6] 查显锋.病毒进化遗传算法及其在机车检修系统工单调度中的应用研究[D].兰州：兰州交通大学，2011.

(责任编辑：孙 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

云南省科技创新人才计划项目(2015HB038)；云南省科技计划第二批项目(2016FD060)

王佳(1985-)，男，四川通江人，硕士，云南财经大学教务处助教，研究方向为嵌入式系统架构、信息熵在软件领域的应用；高引春(1983-)，女，宁夏固原人，硕士，云南财经大学公共管理学院助教，研究方向为公共管理；姜茸(1978-)，男，云南昆明人，博士后，云南财经大学信息学院教授，研究方向为云计算、信息管理、经济学；杨明(1987-)，男，云南昭通人，博士，云南财经大学信息学院讲师，研究方向为数据挖掘。

10.11907/rjdk.162493

TP319

A

1672-7800(2017)003-0068-04