近年來，瘋牛病、口蹄疫、豬鏈球菌感染、禽流感、三聚氨膠、瘦肉精等重大食品安全事件的爆發引起了全世界的廣泛關注.隨著經濟的全球化，食品跨國界和跨地區流通越來越頻繁，各種食品安全事故和隱患呈迅速擴展和蔓延之勢。如何確保食品安全，已經成為目前迫切需要解決的問題.為了解決食品安全問題，目前，各種先進的信息技術正在被研究和利用，近年來出現的EPC物聯網技術成為當前解決該類問題的最佳選擇.

    在國外，物聯網技術在食品藥品質量監管領域已得到廣泛研究.澳大利亞建立了一個畜牧標示和追溯系統，使用統一的電子耳標對牛羊進行識別管理[2J日本自2001年起建立了食品身份證制度，即農產品履歷制度，用來實現對農產品產銷的追蹤。美國PurduePharma制藥公司已將RFID標簽與單一藥瓶包裝生產線的流程成功整合，將RFID標簽貼在OxyContin(一種麻醉止疼藥)藥品的包裝瓶上，對其進行流向追蹤及監控.北美最大的食品服務營銷和分配組織SYSCO公司，已完成低溫儲運系統的RFID與傳感系統集成測試，結果表明RFID在食品運輸過程中監控溫度、溫度等環境參數的能力很強，可有效保證食品品質和質量安全。

    在國內的食品安全領域，食品識別多采用條形碼技術，RFID技術應用也逐漸成為研究的熱點.基于RFID技術的"安全豬肉監控追溯系統"2005年在上海正式技人使用，該系統將RFID標簽打在豬耳朵上，實時獲取生豬的飼料、病歷、喂藥、轉群、檢疫等信息。

    目前，牛奶工業是各種經濟中的重要組成部分.例如，在美國，牛奶工業估計產值接近350億美元;在意大利，2007年和2008年產值估計115億美元，是整個國民經濟的重點，也關系到每個人的切身利益。

    目前.國內將RFID應用于養殖場的應用很少，而且目前國內的系統主要是針對生豬養殖，沒有專門針對奶牛養殖的系統.保證奶牛所產奶的安全性和可靠性，是一個持續的過程.所以，本文以RFID技術和EPC物聯網為基礎，提出基于EPC的物聯網架構下奶牛養殖和牛奶追蹤系統的基本原理，對其結構和功能進行分析，利用RFID標簽來實現奶牛的跟蹤追溯，降低了奶牛的養殖成本，提高了牛奶的安全性.

    1、EPC物聯網

    近幾年物聯網技術受到了人們的廣泛關注，"物聯網"被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次浪潮.物聯網概念最早出現于比爾·蓋茨1995年出版的《未來之路》一書.自物聯網概念提出以來，相繼引起了美國、歐盟、日韓和中國等各國的重視.物聯網目前并沒有準確的定義，關于物聯網的比較準確的定義是:物聯網是通過各種信息傳感設備及系統(傳感網、射頻識別系統、紅外感應器、激光掃描器等)、條碼及二維碼、全球定位系統，按約定的通信協議，將物與物、人與物、人與人連接起來，通過各種接入網、互聯網進行信息交換，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種信息網絡[8J物聯網已經在環境監控和精細農業、民用安全監控、醫療監控、工業監控、智能交通、物流管理及控制、智能家居領域等方面得到一定程度的應用.物聯網的應用前景非常廣闊.

    基于EPC的物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用全球統→的物品編碼技術、RFID技術、元線數據通信技術等，實現全球范圍內的單件產品的追蹤與追溯.典型的EPC物聯網由信息采集系統、實體描述語言(PhysicalMarkupLanguage,PML)信息服務器、對象名服務器(ONS)和Savant系統4部分組成?EPC物聯網的系統組成如圖1所示.    

    信息采集系統:信息采集系統由產品電子標簽、讀寫器、駐留有信息采集軟件的計算機組成，主要完成產品的識別及EPC的采集和處理.PML信息服務器:PML信息服務器由產品生產商建立并維護，儲存著這個生產商生產的所有商品的文件信息.它根據事先規定的原則對產品進行編碼，并利用標準的PML對產品的相關信息進行描述，從而生成PML文件.在PML文件中，除了包括不會改變的產品信息外，還包括經常性變動的數據和隨時間變動的數據.每個產品的PML文件都被存儲在一個PML信息服務器中，該服務器將配置一個專用的計算機，為其他計算機提供他們所需要的文件.

    ONS:ONS的作用是在各信息采集節點與PML信息服務器之間建立聯系，實現產品EPC到產品PML信息之間的映射.

    Savant系統:Savant系統在物聯網中處于讀寫器和企業應用程序之間，相當于物聯網的神經系統.Savant系統采用分布式結構，層次化地組織、管理數據流，具有數據收集、過濾、整合與傳遞等功能，因此，能將有用的信息傳到企業后端的應用系統或其他Savant系統中.Savant系統需要對數據進行相應的處理，其中，最關鍵的是冗余數據過濾、數據聚合和信息傳遞三方面的處理

2、系統設計

    2.1系統結構

    該系統由信息采集、監控中心、信息服務三部分組成，其系統結構如圖2所示.   

    信息采集:由標簽讀寫器、電子標簽及天線等構成，完成奶牛信息的識別和傳送.

    監控中心:完成對奶牛的自動喂食控制、擠奶過程的控制以及疾病監控的控制.

    信息服務:提供對奶牛信息的存儲和查詢.

    工作過程:當有標簽的奶牛通過設置了RFID讀寫器的大門時，讀寫器讀出該奶牛的EPC編碼，通過無線個人局域網ZigBee技術，在PML專用計算機中找到該EPC編碼，并通過ONS，將該EPC編碼和PML信息服務器中的PML文件建立映射關系，找到該EPC所對應的PML文件后，將該文件中有關該奶牛的信息顯示在計算機屏幕上，并將需要特別注意的奶牛信息在顯示屏中以不同的顏色顯示，以引起飼養員的注意.根據該PML文件中所提供的該奶牛產奶的情況，通過Savant系統，給每頭奶牛自動配置所需的食物，并在喂食的過程中，飼養員將接奶杯和奶牛的乳頭連接起來，擠奶過程自動開始，擠奶過程完成后，將每頭奶牛產奶的相關情況寫回數據庫，完成食物喂養和擠奶后奶牛退出奶場.

    2.2系統實現

    2.2.1信息采集

    該系統采用超高頻的RFID技術，該技術優點在于電子標簽是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境.而超高頻的RFID技術具有較遠的讀寫距離，能夠在比較遠的距離上識別高速運動中的物體，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便.本系統采用符合國際標準的IS018000-6C協議的EPC標簽，目前EPC有64位、96位和256位，其特點是安全、簡單、具有唯一性和分層擴展性.為了降低電子標簽成本，本系統采用64位編碼，其中EPC區數據編碼依據國際(動物射頻識別代碼結構,GB/T20563-2006)，結合實際應用，本標簽采用如圖3所示的編碼結構.   

    在該EPC編碼中，頭部指出了EPC標簽的格式、產品電子碼總長度和EPC的分區信息.全世界總共有224個國家，所以采用8位表示，最多能表示256個國家;省級代碼用6位，最多能表示64個省，足以表示每個國家所有的省;縣市代碼采用6位，能表示64個縣市;養殖場代碼采用16位，每個縣市能夠有65536個養殖場;動物代碼采用20位，每個養殖場能夠養殖1048576頭動物.采用該EPC編碼后，能夠保證全世界每一個動物都有唯一能夠識別的編碼.

    對剛出生o~4天的小牛在右耳放置EPC標簽，設置了EPC標簽的每一頭奶牛都有一個唯一的EPC編碼，對每一頭有標簽的奶牛都在本地數據庫及遠程數據庫中存放該奶牛的相關信息:EPC代碼，出生日期，產奶開始日期，已經產奶天數，產奶量，產奶速度，用藥記錄，體溫.

    在喂養場和擠奶場的大門處設置讀寫器，當奶牛進入該讀寫器的讀寫范圍時，由讀寫器讀出該奶牛的EPC編碼，在ZigBee無線網絡的作用下，并通過ONS在各個奶牛的EPC編碼之間與PML信息服務器之間建立聯系，實現從EPC編碼到PML信息之間的映射，找到對應的PML文件，并將其顯示出來。

2.2.2監控中心

    在計算機顯示器上顯示出相關奶牛的信息，并通過體溫傳感器檢測每頭奶牛的健康狀況，將每頭奶牛所測得的體溫寫入PML文件并將相關信息顯示在擠奶場的大屏幕上，以方便飼養員查看.對于需要特別注意的奶牛以不同的顏色進行標注，比如產奶速度比較慢的奶牛以紅色標識，以便飼養員可以先讓這些奶牛先產奶;對于最新開始產奶的，可以以黃色標注，以便飼養員對它們的情況進行關注;對于新近注射了藥物的奶牛，以綠色標注，以方便飼養員丟棄它們所產的奶;對于所測體溫異常的奶牛，以藍色標注，以便飼養員進一步檢測該奶牛的情況.當進入擠奶室的奶牛數量已經滿了則自動關掉大門.此時可以開始自動喂食，每頭奶牛的食量根據它的產量和泌乳周期進行自動配置，比如上次產奶量達到50L的可以喂食12kg,30L的8kg,20L的6嶺，小于20L的2嶺，當一頭奶牛產奶時間達到300天周期的第150天，它的高產期就已經過了，這個時候應該將食量減少到75%，到250天時，應該將食量減少到50%[7J在喂食的過程中，飼養員將每一頭奶牛的乳頭和杯子連接，此時就可以實現自動產奶，對于產奶量比較大的奶牛，飼養員需要換第二個杯子.飼養員還需要注意的是處理一些特殊情況，比如當完成擠奶時拔掉杯子，對有疾病的奶牛產的奶進行丟棄.當完成擠奶后，操作員需要向乳頭噴灑防感染藥，對病牛使用過的設備進行消毒，打開大門，完成自動擠奶和喂食過程.擠奶過程完成后，由Savant系統將產奶過程中和產奶結束后需要寫回PML文件的數據進行管理，通過冗余數據過濾、數據聚合和信息傳遞完成對數據的管理.最后由飼養員收集牛奶到一個固定的容器，并對其進行密封，對該容器貼上RFID標簽，以備對牛奶的去向和生產過程進行追蹤.

    2.2.3信息服務

    本地信息系統由2臺服務器和數據庫管理系統軟件組成，2臺服務器為主、從配置，數據實時備份，確保數據安全可靠.遠程信息系統由服務商提供.通過信息服務可以實現對奶牛信息和牛奶信息的追蹤和溯源.

    3、結語

    本文主要實現了對奶牛養殖場中奶牛的自動管理，實現對奶牛的自動喂養、自動擠奶、疾病監控自動化過程，減少了勞動力，降低了農場養殖的成本，提高了產奶的質量，并能對每一頭奶牛進行追蹤溯源.本系統主要針對的是奶牛養殖過程中的擠奶自動化和喂食自動化，可以類似地將其推廣至其他畜牧業的養殖過程中.不足之處在于:系統雖然實現了養殖場的自動化管理，但是沒有實現對所生產的牛奶的追蹤和溯源，要實現這一功能，需要對牛奶加工和運輸過程進行控制，這是下一步研究的目標。