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生猪屠宰自动化监管系统的物联网构建

更新时间：2019-12-17 15:50:39 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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生猪屠宰自动化监管系统是应基层动物卫生监督部门的业务需求开发的一套物联网系统.为了实现生猪屠宰监管工作的自动化,必须从生产线上自动采集数据.讨论了该系统的数据采集子系统的整个实现过程,即运用RFID技术、单片机技术构建的整个生产线上的物联网系统;介绍了系统的网络体系结构、数据采集电路的设计和上位机C/S模式应用程序的流程.系统在实际运用中替代了人工监管,并采集了大量的屠宰期间数据,为进一步数据分析、决策制定提供了依据.

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江苏农业科学２０１７年第４５卷第１７期

—１９６—

何

玲，陈长喜．生猪屠宰自动化监管系统的物联网构建［J］．江苏农业科学，２０１７，４５（１７）：１９６－１９９．

doi：１０．１５８８９／j．issn．１００２－１３０２．２０１７．１７．０５３

生猪屠宰自动化监管系统的物联网构建

何

玲，陈长喜

（天津农学院计算机科学与信息学院，天津３００３８４）

摘要：生猪屠宰自动化监管系统是应基层动物卫生监督部门的业务需求开发的一套物联网系统。为了实现生猪

屠宰监管工作的自动化，必须从生产线上自动采集数据。讨论了该系统的数据采集子系统的整个实现过程，即运用

RFID 技术、单片机技术构建的整个生产线上的物联网系统；介绍了系统的网络体系结构、数据采集电路的设计和上位

机 C／S 模式应用程序的流程。系统在实际运用中替代了人工监管，并采集了大量的屠宰期间数据，为进一步数据分

析、决策制定提供了依据。

关键词：自动化；物联网系统；生猪屠宰；数据采集；网络结构；电路设计

中图分类号：TP３１１．５２；S１２６

文献标志码：A

文章编号：１００２－１３０２（２０１７）１７－０１９６－０４

生猪屠宰是猪肉进入市场前的最后环节，把好这最后一

道关，可以杜绝各种问题猪肉流入市场。当前政府对屠宰场

的监管方式主要是人工监督、抽检的方式。监管手段单一，信

息化水平偏低^［１］，监管人力不足以实现全覆盖监管。虽然，

相关部门也认识到生猪屠宰监管的重要性，但是研究内容多

数停留在健全制度、落实责任等政策层面，从技术层面研究此

问题的还不多见^［２］。利用物联网技术，能够从生猪屠宰车间

自动采集数据，降低了监管的人为因素，大大节省了监管人

力，也增强了监管的可信程度。这些自动采集的数据还为监

管者进一步决策提供了基础依据^{［３－４］}。

输给客户端程序，客户端程序安装在屠宰厂办公室的 PC 机

上。客户端程序将这些数据传输给服务器端程序。服务器端

程序安装在动物监督所的服务器中，该服务器同时承担整个

自动化监管系统的 Web 服务器和数据库服务器的功能。这

个系统的网络体系结构如图１所示。

生猪屠宰自动化监管系统是应天津市基层动物卫生监督

所的需求开发的一套生猪屠宰全过程数据采集、判断和呈现

的网络系统。该系统分为２个子系统：一是数据采集子系统，

即由 RFID 读（写）器、电子秤、检测仪、数据采集电路板等装

置组成的物联网系统，负责采集生产线上的各种数据并存入

数据库。二是数据分析显示子系统，即对数据库中的数据进

行分析、判断后，以网页方式呈现给动监部门的监管人员和屠

宰厂管理人员，并能根据判断结果自动打印出厂合格证。数

据采集子系统是整个系统的核心，本研究将介绍数据采集子

系统的设计和实现。

数据采集子系统的物联网体系结构

１．１网络体系结构

数据采集子系统利用数据采集电路板采集电子秤、RFID

读卡器和检测仪上的数据，通过 RS －４８５串行总线将数据传

收稿日期：２０１６－１２－３０

１．２各采集节点的数据需求

生猪进入屠宰厂核查各种检疫合格证明后，进入屠宰程

序，共经过４个环节：待宰观察、屠宰及检测、冷却排酸、灼印

出证^［５］。前３个环节都需要采集监管数据，并依据这些数据

判断该猪是否合格，能否灼印、打印合格证。

基金项目：天津市科学技术委员会科技支撑计划（编号：

１３ZCZDNC０１１００、１４ZCDGNC０００９９）；国家肉鸡产业技术体系建设

专项（编号：CARS －４２－１７）；天津市科技成果转化项目（编号：

２０１３０２０６０）。

１．２．１待宰观察的数据采集活猪进入屠宰厂，首先要进行

１２h 的待宰观察。活猪进入待宰圈时，需要采集入圈时间、

入圈体质量、猪耳标编号数据。将活猪进入待宰圈的通道改

造为仅容１只猪通过的狭窄通道，通道内安装带栅栏门的称

作者简介：何玲（１９７９—），女，天津人，讲师，主要从事农业信息技

术研究。Tel：（０２２）２３７８５７７３；E －mail：１０７８３６９１０＠qq．com。

通信作者：陈长喜，博士，教授，主要从事农业信息技术研究。 Tel：

_{（０２２）２３７}万_８５７方_７３；数_E据_{－mail：changxichen＠１６３．com。}

江苏农业科学２０１７年第４５卷第１７期

—１９７—

猪地秤、固定 RFID 读卡器和数据采集电路板。当１头猪通

集到的数据为该猪的出库数据。冷却排酸时间小于规定数值

过通道时，在猪耳部施加事先写好“耳标编号”的 RFID 标签。（根据冷库具体情况，规定排酸时间）认为不合格。

猪通过地秤时，称得入圈体质量，并通过 RFID 读卡器读出耳

在以上各环节中若该猪编号的数据出现任意一项不合格

标编号，数据采集电路板接收数据，生成入圈时间，并通过（待宰时间不合格、屠宰体质量不合格、某检测项目不合格或

RS －４８５串口总线，将数据传输给上位机客户端程序。在数

排酸时间不合格），都不能为该猪打印出厂合格证。

据库中将猪编号和耳标编号关联起来。

数据采集电路板的设计

１．２．２屠宰前的数据采集待宰观察结束后，将生猪电晕，

倒挂在生产线的屠宰杠（扁担钩）上，准备屠宰。此时需要采

集屠宰时间、屠宰体质量、猪耳标编号数据。“屠宰时间”减

去“入圈时间”小于１２h，认为待宰时间不合格，最后系统不

予打印合格证；“屠宰体质量”大于“入圈体质量”认为屠宰前

数据采集子系统中的数据采集电路板采用 ST（意法半导

体）公司的 STM３２F０７０RB 单片机。该单片机采用３２位处理

器，工作频率４８MHz，具有高速嵌入存储器１６KB SRAM，提

供标准通信接口（２个 I２C，２个 SPI 和４个 UART），７个通用

对猪进行过注水，同样不能出合格证。在挂杠工位上安装电１６位计时器和１个 PWM 定时器^{［７－８］}。整个生猪屠宰系统数

子挂称、固定 RFID 读卡器和数据采集电路板。数据采集电

路板接收质量、耳标编号数据，生成屠宰时间数据，传给上位

机客户端程序。

据采集子系统共在１３个工位上安装了该型号的单片机，用于

自动采集数据。根据上文各数据采集节点的数据需求介绍，

这１３块单片机的电路连接分为５类：第一，连接电子秤和猪

耳标读卡器（RFID １）；第二，连接耳标读卡器（RFID １）和杠

读卡器（RFID ２）；第三：连接杠读卡器（RFID １）和托盘读卡

器（RFID ２）；第四：连接杠读卡器（RFID １）和检测异常开关；

第五：连接托盘读卡器（RFID ２）和检测异常开关。图２说明

了数据采集电路板的电路连接原理。

１．２．３去头、蹄的数据采集生猪宰杀放血后，要去掉头、

蹄，猪耳标不方便从猪耳上快速拆卸下来，因此耳标会与猪体

分离，必须给猪体新的 RFID 标志。每头猪从挂上屠宰杠至

售出不会下杠，始终用１个屠宰杠，因此在同一批屠宰的猪只

中，屠宰杠编号能唯一标志１只猪。改造屠宰杠，在杠上安装

已事先写好“杠编号”的永久性 RFID 标签，该标签耐用、不拆

卸。在去头、蹄工位上安装用于读取耳标标签的 RFID 读卡

器和用于读取杠标签的 RFID 读卡器。数据采集电路板接收

“耳标编号”和“杠编号”，传给上位机客户端程序。在数据库

中将杠编号与猪编号关联起来。

１．２．４屠宰同步检疫的数据采集生猪屠宰过程中需要进

行多方面检测，也叫屠宰同步检疫。这些检测包括头蹄检测、

旋毛虫检测、胴体检测、内脏检测、肉品品质检测、三腺（肾上

腺、甲状腺、病变淋巴结）摘除检测、复检^［６］。发现异常要将

数据采集进入系统。头蹄检测、旋毛虫检测是在去头蹄前，肉

眼观察，如发现异常，需要采集的数据是“耳标编号”。酮体

检测、三腺摘除检测和复检是在猪屠宰后期，肉眼观察，如发

现异常，需要采集的数据是“杠编号”。内脏检测、肉品品质

检测是将检测样本（内脏、猪肉）盛放在托盘上，在检测间进

数据采集电路板向上位机程序传输的１条数据报文为

行检测。托盘挂有事先写好“托盘编号”的 RFID 标签。检测３２字节，包含的信息有时间、工位号（地址编码）、功能编码、

样品采集时，用 RFID 读卡器分别读取杠编号和托盘编号，数

据采集电路接收２个编号，传给上位机程序，在数据库中，将

托盘编号与猪编号关联起来。检测间里，检测员肉眼观察，发

现异常时，需要采集的数据是“托盘编号”。上述各检测工位

来自 UART１的数据、来自 UART２的数据和２位 CRC 校验。

定义数据报文协议如表１所示。

数据采集客户端／服务器端程序设计

的数据采集方式是相同的，只是在不同检测环节采集的编号３．１程序流程

类型不同。在各检测工位上安装固定 RFID 读卡器、数据采

集电路板和按钮，当发现异常时，工人按下按钮，允许 RFID

读卡器读编号（耳标编号、杠编号或托盘编号），数据采集电

路板采集编号，并传给上位机程序。

数据采集电路板将采集的数据存于单片机内存中，上位机

程序定时轮询每块采集电路板。整个数据采集子系统的程序

为客户端／服务器端（C／S）模式。整个程序流程如图３所示。

服务器端程序完成的功能是允许多个屠宰厂客户端同时

登录到服务器端；从网络接收客户端传来的数据；将数据写入

数据库的相应表，并反馈给客户端“写入成功”。

１．２．５冷却排酸的数据采集生猪屠宰完成后，要进行低温

排酸。入冷库前和排酸完成后出冷库需要采集的数据项相

同：入（出）库时间、入（出）库质量、杠编号。在冷库门口安装

固定 RFID 读卡器、电子挂秤和数据采集电路板。数据采集

电路板将接收的质量和生成的时间传给上位机程序。由于入

库、出库经过的是同一套采集设备，因此由程序判断若该猪编

客户端程序完成的主要功能有通过用户名、密码方式登

录到服务器端；登录后，从 RS －４８５串口上轮询各个数据采

集电路板上的数据；收到数据后，通过网络传输给服务器端程

序，并同时将数据及通信状态显示在界面上；收到服务器端数

据“写入成功”的信息后，通知数据采集电路清除该条数据。

万方数据

号首次采集到的数据即为入库数据，若已存在入库数据，又采

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