一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法和系统，采集方法基于ZigBee协议建立无线传感网，无线传感网络中的各个传感器节点采集屠宰过程工艺参数数据；采集系统包括上位机、与上位机通信的数据库、与上位机通信的协调器节点、与协调器节点通信的各路由节点、与路由器节点通信的各标号读写节点及各传感器节点。此种采集方法和系统在现有的屠宰生产线基础上，实现屠宰工艺参数的实时采集和无线传输，可使屠宰工艺参数与生猪个体一一对应，便于进行追溯，有利于保障肉品质量，方便实现屠宰工艺的改进。
【专利说明】 一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明属于数据采集领域，特别涉及一种对影响猪肉品质的屠宰工艺参数的采集方法，具体是一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法和系统。
【背景技术】
[0002]猪肉是日常生活中常见的食品，肉品的品质广泛受到社会的关注。生猪屠宰是影响肉品质量安全的关键环节。不合理的屠宰工艺参数会产生PSE肉(白肌肉)和DFD肉(主要表现为质地粗硬、切面干燥、色泽深暗)等劣质肉，严重降低了猪肉的品质。因此建立对猪肉的屠宰工艺参数的追溯系统对猪肉品质的提高能产生积极的作用。
[0003]在目前实际情况中，大多数屠宰线是不进行对于屠宰工艺参数的采集工作。而且进行猪肉屠宰工艺参数采集的屠宰线多采用PLC/0PC技术实现数据采集。但使用PLC进行实时现场数据采集有线路长、采集模块扩展困难的特点，不适合实际生产线的扩充。因此追溯工艺参数的系统中采用一个扩展性好、低功耗、低成本的数据采集方法尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，在于提供一种实现生猪屠宰工艺参数的采集方法，可实现屠宰工艺参数的采集与传输，并可使屠宰工艺参数与生猪个体一一对应，便于进行追溯，有利于肉品品质的提闻。
[0005]为了实现上述功能，本发明的解决方案包括以下步骤:
[0006](I)传感器节点和协调器节点、标号读写节点、路由节点之间建立无线传感网络进行通信；
[0007](2)标号读写节点读取耳标号或电子标签号，判断屠宰过程即将进行的屠宰工序，唤醒对于区域的传感器节点，并休眠上一区域的传感器节点，并将耳标号及电子标签号数据经路由节点发送至协调器节点；所述屠宰工序包括致晕阶段、放血阶段、烫毛阶段、打毛阶段、燎毛阶段和冷却阶段；
[0008](3)工艺参数数据包括现场参数数据和时间参数数据:传感器节点采集现场参数数据，通过路由节点传送至协调器节点，与耳标号及电子标签号数据对应；所述现场参数包括麻电电压、麻电电流、蒸汽式烫毛压力、打毛速度、燎毛温度及冷却温度；上位机通过致晕区、放血区、烫毛区、打毛区的开始和结束的时间差对应记录时间参数数据，分别对应为:麻电时间、生猪放血时间、烫毛时间和打毛时间；上位机通过致晕区、放血区、烫毛区、打毛区的开始和结束的时间差对应记录时间参数数据，分别对应为:麻电时间、生猪放血时间、烫毛时间和打毛时间；
[0009](4)协调器节点收集传感器节点发送的现场参数数据及射频读取的耳标号及电子标签号数据，并发送至上位机；
[0010](5)屠宰过程离开该屠宰工序时，标号读写节点将该工序传感器节点获得的现场参数数据的特征值写入耳标或电子标签中存储；
[0011](6)上位机运行上位机程序获得耳标号、电子标签号数据及对应的工艺参数数据，并将数据在界面上显示，并创建数据库进行工艺参数数据的存储；
[0012](7)重复步骤(2)-(6)直至屠宰完成。
[0013]所述步骤(I)中，无线传感网络是基于ZigBee协议建立的，无线传感网络的各个节点存在休眠唤醒机制且可以互相发送消息。
[0014]所述步骤(2)中，传感器节点的休眠唤醒通过接受休眠唤醒指令实现的:其具体实现是通过标号读写节点发送消息给协调器节点，协调器节点判断消息类型后发送指令给相应传感器节点，实现传感器节点休眠/唤醒工作。
[0015]所述步骤(5)中，所述特征值包括采集的现场参数数据的平均值和异常值。
[0016]所述步骤￠)中，无线传感网络将采集的各个现场参数数据通过串口通信传送至上位机，而后采用ADO技术将数据发送到工艺参数数据库中。
[0017]一种用于所述的生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法的系统，它包括可创建数据库的上位机、与上位机通信的协调器节点、与协调器节点通信的各路由节点、与路由器节点通信的各标号读写节点及各传感器节点，所述各标号读写节点及各传感器节点分别布置在屠宰线的相应区域，所述传感器节点连接多个传感器。
[0018]作为一种优选的实施方式，所述路由节点共6个，所述传感器节点共6个依次分别布置在屠宰线的致晕区、放血区、烫毛区、打毛区、燎毛区、冷却库；所述标号读写节点共7个依次分别布置在屠宰线的致晕区、放血区、烫毛区、打毛区、燎毛区、冷却库的端处，相邻区域公用一个标号读写节点。
[0019]作为进一步的优选的实施方式，第一传感器节点和第二传感器节点与第二路由器节点对应通信，第三传感器节点和第四传感器节点与第四路由器节点对应通信，第五传感器节点和第六传感器节点与第五路由器节点对应通信；第一标号读写节点和第二标号节点与第一路由节点对应通信，第三标号读写节点和第四标号读写节点和第五标号读写节点与第三路由节点通信，第六标号读写节点和第七标号读写节点与第六路由节点通信。
[0020]所述标号读写节点由无线传感模块接射频读写设备组成。
[0021]有益效果:
[0022](I)本发明的数据采集方法扩展性好、低功耗、低成本；
[0023](2)提高了肉品屠宰过程工艺参数采集的宽度和深度，并通过对生猪屠宰工艺过程的全程在线监控，有利于肉品质量的提高；
[0024](3)为屠宰过程关键工序设备的工作状况和故障隐患的监控和预防提供了技术保障，以避免重大质量安全事故的发生；
[0025](4)所采集的数据作为每头生猪屠宰过程的质量信息档案，为“政府一生产者——消费者”三位一体的肉品质量安全追溯监管体系提供了信息；
[0026](5)特征数据电子标签存储和远程数据库存储相结合的冗余存储机制，避免了由于无线传输失效而造成的信息丢失，提高了数据安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明中工艺参数方法实现最小单元原理图
[0028]图2是本发明中现场工作示意图
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0030]无线传感网络(WSN)指的是包含很多传感器节点并且使用无线通信技术经过自组织而构成的一种网络，是一种新的传感器网络，它逐步发展和日趋成熟的应用将会覆盖到人们生活和企业生产的方方面面，产生深刻而长远的影响。WSN使用的ZigBee技术是一种短距离，低能耗，简单，传输速率低，低成本的双向无线通信技术，主要用于在近程或间歇连接的通信设备的数据传输，满足生猪屠宰现场的实际要求。
[0031]数据库存储的采集的影响猪肉的品质的工艺参数(本申请中分为现场参数和时间参数:现场参数通过各传感器节点采集；时间参数通过上位机记录子屠宰工序时间差获得)对象有麻电电压、麻电电流、麻电时间、生猪放血时间、蒸汽式烫毛压力、烫毛时间、打毛时间及打毛速度、燎毛温度及冷却温度，其对猪肉品质的影响如下:麻电电压、电流过大，容易把生猪电死，不易放血，太小不能把猪电晕，需要二次电麻；放血时间要保证猪体内血液较完全地放出，否则猪体内过多的血红蛋白残留，会影响肉的色泽，还会加速肉中微生物的生长繁殖，使肉的品质下降；烫毛温度要保证有较好的褪毛效果，如果水温过高和烫毛时间过长，导致打毛时皮肤开裂、翻转，皮下脂肪外露和皮肤变红，严重影响猪胴体的外观、品质和口感；打毛时间过长，会将猪皮打烂，影响产品品质，而打毛时间太短，会导致较多的猪毛残留，不利于后续操作；猪肉冷却温度在0-2°C发生PSE肉的频率最低，升高冷却温度PSE肉发生的频率上升等。
[0032]如图1所示，本发明的屠宰工艺参数采集及无线传输系统硬件上包括上位机、协调器节点、路由节点、标号读写节点和传感器节点，其中无线传感网节点均支持ZigBee通信协议且可互相发送消息，上位机为可进行界面及串口通讯开发的PC机。屠宰车间中的传感器节点通过接口连接各个传感器实现现场参数数据的采集，标号读写节点连接RFID射频读写设备用于对每头生猪进行识别及特征值的写入，上位机用于现场的实时监控显示及屠宰工艺参数的数据库存储。整个系统运行过程如下:
[0033](I)传感器节点和协调器节点、标号读写节点、路由节点之间建立无线传感网络进行通信；
[0034](2)标号读写节点读取耳标号或电子标签号，判断屠宰过程即将进行的屠宰工序，唤醒对于区域的传感器节点，并休眠上一区域的传感器节点，并将耳标号及电子标签号数据经路由节点发送至协调器节点；所述屠宰工序包括电晕阶段、放血阶段、烫毛阶段、打毛阶段、燎毛阶段和冷却阶段；
[0035](3)传感器节点采集现场参数数据，通过路由节点传送至协调器节点，与耳标号及电子标签号数据对应；所述屠宰现场参数包括麻电电压、麻电电流、蒸汽式烫毛压力、打毛速度、燎毛温度及冷却温度；
[0036](4)协调器节点收集传感器节点发送的现场参数数据及射频读取的耳标号及电子标签号书库，并发送至上位机；
[0037](5)屠宰过程离开该屠宰工序时，标号读写节点将该工序传感器节点获得的现场参数数据的特征值写入耳标或电子标签中存储；
[0038](6)上位机运行上位机程序获得耳标号、电子标签号数据及对应的工艺参数数据，并将数据在界面上显示，并创建数据库进行工艺参数数据的存储；
[0039](7)重复步骤(2)-(6)直至屠宰完成。
[0040]传感器采集数据后存储在节点系统芯片的寄存器中，各个WSN节点通过判断接受数据类型进行相应的发送消息操作，接受消息的节点进行消息判断进行数据存储及消息发送的操作。最终通过消息传递的方式将数据传送至协调器节点。上位机与协调器节点的通信和上位机程序对数据库的读写操作采用C++语言的标准接口函数实现，其中串口数据传输使用VC++提供的串口控件实现，数据库读写使用ADO方式进行连接，总体可以采用Visual Stud1 2008软件实现编程。WSN中各个节点之间的通信及获得传感器数据使用IAR Embedded Workbench软件进行编程,该软件是IAR Systems公司为微处理器开发的一个集成开发环境，具有程序编写及修改方便的特点。
[0041]如图2所示，其中各个传感器节点接多个传感器。工艺参数数据采集前需要对每头猪进行识别，使各个工艺参数都与相应的猪个体对应，方便追溯；工艺参数数据采集后需要将工艺参数数据特征值写入耳标及电子标签，进行数据的冗余存储。说明如下:
[0042](I)射频读写节点由无线传感网模块和射频读写设备组成，完成参数采集控制及特征值存储操作；
[0043](2)实际屠宰线进行参数参数采集的区域包括致晕区、放血区、烫毛区、打毛区、燎毛区及冷却库，分别对应采集数据的传感器节点1-6，各区域的端处对应标号读写节点1-7。第一传感器节点和第二传感器节点与第二路由器节点对应连接,第三传感器节点和第四传感器节点与第四路由器节点对应连接，第五传感器节点和第六传感器节点与第五路由器节点对应连接；第一标号读写节点和第二标号节点与第一路由节点对应连接，第三标号读写节点和第四标号读写节点和第五标号读写节点与第三路由节点连接，第六标号读写节点和第七标号读写节点与第六路由节点连接。针对影响猪肉品质的屠宰工艺参数，采用每个传感器节点接一个到多个传感器的形式进行:第一传感器节点接电压传感器、电流传感器；第三传感器节点接温度传感器、压力传感器；第四传感器节点接速度传感器；第五传感器节点和第六传感器节点均接温度传感器；时间参数包括麻点时间、放血时间、烫毛时间、打毛时间的测量由开始和结束对应操作时上位机的时间差获得。传感器节点根据所接传感器的类型进行相应工艺参数数据的采集及传递，完成整个系统的采集及无线传输工作。
[0044]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法，其特征在于包括如下步骤: (1)传感器节点和协调器节点、标号读写节点、路由节点之间建立无线传感网络进行通?目; (2)标号读写节点读取耳标号或电子标签号，判断屠宰过程即将进行的屠宰工序，唤醒对于区域的传感器节点，并休眠上一区域的传感器节点，并将耳标号及电子标签号数据经路由节点发送至协调器节点；所述屠宰工序包括致晕阶段、放血阶段、烫毛阶段、打毛阶段、燎毛阶段和冷却阶段； (3)工艺参数数据包括现场参数数据和时间参数数据:传感器节点采集现场参数数据，通过路由节点传送至协调器节点，与耳标号及电子标签号数据对应；所述现场参数包括麻电电压、麻电电流、蒸汽式烫毛压力、打毛速度、燎毛温度及冷却温度；上位机通过致晕区、放血区、烫毛区、打毛区的开始和结束的时间差对应记录时间参数数据，分别对应为:麻电时间、生猪放血时间、烫毛时间和打毛时间； (4)协调器节点收集传感器节点发送的现场参数数据及射频读取的耳标号及电子标签号数据，并发送至上位机； (5)屠宰过程离开该屠宰工序时，标号读写节点将该工序传感器节点获得的现场参数数据的特征值写入耳标或电子标签中存储； (6)上位机运行上位机程序获得耳标号、电子标签号数据及对应的工艺参数数据，并将数据在界面上显示，并创建数据库进行工艺参数数据的存储； (7)重复步骤(2)-(6)直至屠宰完成。
2.如权利要求1所述的一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法，其特征在于:所述步骤(I)中，无线传感网络是基于ZigBee协议建立的，无线传感网络的各个节点存在休眠唤醒机制且可以互相发送消息。
3.如权利要求1所述的一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法，其特征在于:所述步骤(2)中，传感器节点的休眠唤醒通过接受休眠唤醒指令实现的:其具体实现是通过标号读写节点发送消息给协调器节点，协调器节点判断消息类型后发送指令给相应传感器节点，实现传感器节点休眠/唤醒工作。
4.如权利要求1所述的一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法，其特征在于:所述步骤(5)中，所述特征值包括采集的现场参数数据的平均值和异常值。
5.如权利要求1所述的一种生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法，其特征在于:所述步骤￠)中，无线传感网络将采集的各个现场参数数据通过串口通信传送至上位机，而后采用ADO技术将数据发送到工艺参数数据库中。
6.一种用于实现权利要求1所述的生猪屠宰工序中屠宰工艺数据采集方法的系统，其特征在于它包括可创建数据库的上位机、与上位机通信的协调器节点、与协调器节点通信的各路由节点、与路由器节点通信的各标号读写节点及各传感器节点，所述各标号读写节点及各传感器节点分别布置在屠宰线的相应区域，所述传感器节点连接多个传感器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于所述路由节点共6个，所述传感器节点共6个依次分别布置在屠宰线的致晕区、放血区、烫毛区、打毛区、燎毛区、冷却库；所述标号读写节点共7个依次分别布置在屠宰线的致晕区、放血区、烫毛区、打毛区、燎毛区、冷却库的端处，相邻区域公用一个标号读写节点。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于第一传感器节点和第二传感器节点与第二路由器节点对应通信，第三传感器节点和第四传感器节点与第四路由器节点对应通信，第五传感器节点和第六传感器节点与第五路由器节点对应通信；第一标号读写节点和第二标号节点与第一路由节点对应通信，第三标号读写节点和第四标号读写节点和第五标号读写节点与第三路由节点通信，第六标号读写节点和第七标号读写节点与第六路由节点通信。
9.根据权利要求6-8所述的任一种系统，其特征在于所述标号读写节点由无线传感模块接射频读写设备组成。
【文档编号】G05B19/418GK104331043SQ201410550717
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】牛军, 楼佩煌, 王赟, 马万太, 黄勤钊, 黄磊, 李新福 申请人:南京卓润环保科技有限公司, 南京航空航天大学