孫玉曉 焦佳旺 王立業(yè) 尤麗雅

摘 要：近年來我國的蛋種雞存有量較大，但是優(yōu)質(zhì)蛋種雞只所占比例較小。為解決此問題我國的散養(yǎng)蛋種雞育種開始從傳統(tǒng)的家系選育法向個體選育法過渡，個體選育的實現(xiàn)可以極大地提高蛋種雞的生產(chǎn)效益。優(yōu)質(zhì)蛋種雞選育主要面臨著：數(shù)據(jù)復(fù)雜，勞動強(qiáng)度大，準(zhǔn)確度低等問題，嚴(yán)重影響選種的精度和效率。未來蛋種雞的主要養(yǎng)殖方式是大規(guī)模散養(yǎng)，如何在散養(yǎng)條件下實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)蛋種雞選育很重要。散養(yǎng)蛋種雞育種的關(guān)鍵在于如何在散養(yǎng)的條件下，對每只蛋種雞所產(chǎn)蛋進(jìn)行標(biāo)記。準(zhǔn)確篩選出優(yōu)良個體，培養(yǎng)出飼料轉(zhuǎn)化率和死亡率更低的個體。為此研究出了一套能夠?qū)崿F(xiàn)散養(yǎng)蛋種雞種蛋智能收集和標(biāo)記系統(tǒng)，分別對上位機(jī)和下位機(jī)設(shè)置相應(yīng)的組網(wǎng)拓?fù)鋱D和邏輯控制算法。該研究可為散養(yǎng)蛋種雞生產(chǎn)過程中個體產(chǎn)蛋行為分析和種蛋信息的自動收集提供參考。

關(guān)鍵詞：標(biāo)記;溯源;自動化;物聯(lián)網(wǎng);上位機(jī);下位機(jī);傳感器;RFID

近年來如何培育出優(yōu)良的蛋種雞，困擾著當(dāng)代蛋雞養(yǎng)殖業(yè)的研究人員。產(chǎn)生優(yōu)良的蛋種雞需要對蛋種雞產(chǎn)蛋時間、產(chǎn)蛋時長、產(chǎn)蛋個數(shù)、產(chǎn)蛋質(zhì)量進(jìn)行記錄分析。但是養(yǎng)殖業(yè)從業(yè)人員雇傭成本高、勞動力缺乏。同時人工記錄信息誤差較大，雞只易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。但是，如今的飼養(yǎng)產(chǎn)業(yè)仍然被溯源過程中的“這是誰下的蛋”，養(yǎng)殖場中“誰下了多少蛋”的問題所困擾。蛋雞養(yǎng)殖業(yè)是第一大家禽養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，是中國農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)來源，市場需要成熟期短、蛋料比高、抗病能力強(qiáng)的新品系蛋雞。因此亟待開發(fā)一款自動化程度高、人工成本低、自動識別標(biāo)記，實現(xiàn)蛋的有跡可循、有源可溯的智能系統(tǒng)。為解決此問題，研發(fā)了一種以區(qū)塊鏈為首要溯源技術(shù)，在種雞養(yǎng)殖、加工制造、銷售物流各個環(huán)節(jié)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器設(shè)備的基本框架。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 工作流程

基于RFID的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)主要由蛋雞識別，動作判斷，種蛋收集，種蛋標(biāo)記四個環(huán)節(jié)組成。當(dāng)雞只位于壓力傳感器踏板上時，讀取RFID并記錄信息到計算機(jī)，然后雞只進(jìn)入雞籠進(jìn)行產(chǎn)蛋行為，下位機(jī)這時會收到蛋感應(yīng)紅外光電傳感器產(chǎn)生有蛋無蛋的標(biāo)記。當(dāng)無蛋時，計算機(jī)標(biāo)記此雞無產(chǎn)蛋行為，當(dāng)有蛋時，計算機(jī)進(jìn)行蛋、雞信息匹配，同時雞蛋輸送帶排列，噴碼器按收到的數(shù)據(jù)在對應(yīng)雞蛋上進(jìn)行標(biāo)記。

每只蛋種雞的腳踝處都會裝置RFID讀卡器，當(dāng)?shù)胺N雞經(jīng)過產(chǎn)蛋箱入口時，會被紅外線光電傳感器識別，上位機(jī)程序會接收到由產(chǎn)蛋箱提供的蛋種雞信息。然后由壓力傳感器來識別，當(dāng)有物體從入口經(jīng)過紅外線光電傳感器時，就根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)與設(shè)定的蛋雞的重量的范圍比較的結(jié)果，則設(shè)置為有雞或者無雞狀態(tài)，這時上位機(jī)程序接收壓力傳感器發(fā)送的狀態(tài)碼，并判斷狀態(tài)信息，若狀態(tài)置為有雞狀態(tài)，上位機(jī)程序向下位機(jī)發(fā)送落蛋指令，當(dāng)產(chǎn)蛋箱下位機(jī)收到落蛋指令后，則執(zhí)行落蛋，使雞蛋滾落到傳送帶上。下位機(jī)這時會收到蛋感應(yīng)紅外光電傳感器產(chǎn)生有蛋無蛋的標(biāo)記。然后上位機(jī)會收到有蛋的產(chǎn)蛋箱下位機(jī)回復(fù)有蛋的信息，下位機(jī)并上傳產(chǎn)蛋的雞的編號。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送噴碼的編號隊列并使噴碼機(jī)按順序噴碼打印。該系統(tǒng)利用噴碼觸發(fā)紅外光電傳感器的信號對所有的種蛋逐個進(jìn)行標(biāo)記。

上位機(jī)和產(chǎn)蛋箱使用傳輸層的TCP協(xié)議進(jìn)行連接，成功建立面向連接后，在相同的時間間隔內(nèi)，上位機(jī)向下位機(jī)詢問并讀取的產(chǎn)蛋箱狀態(tài)，然后上位機(jī)對產(chǎn)蛋箱的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如果為有雞狀態(tài)則實施有雞指令，如果為無雞狀態(tài)則實施無雞指令。不同的狀態(tài)對應(yīng)不同的指令使此系統(tǒng)能夠流暢的運(yùn)行。同時上位機(jī)會將產(chǎn)蛋箱收集得到的蛋種編號，蛋的質(zhì)量等數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，然后噴碼打印機(jī)讀取要打印的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。

2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）電子標(biāo)簽選擇的是具有防水功能的高頻率13.56mHZ的環(huán)式電子標(biāo)簽，此標(biāo)簽在增加抗同頻的性的同時也減少了近距離內(nèi)RFID讀卡器相互之間的干擾，產(chǎn)生的誤差可以忽略不計，很好的解決了因為同頻干擾而造成的電子腳環(huán)漏讀問題。（2）蛋雞進(jìn)行產(chǎn)蛋的場所采用分體式結(jié)構(gòu)，能夠自由組裝。同時在產(chǎn)蛋箱內(nèi)安裝了電推桿，很好的控制了活動底板的傾斜度，可以讓種蛋按照人為設(shè)定的方向滾落。（3）在集蛋區(qū)可以將梯形凹槽和海綿觸面結(jié)合，降低了種蛋的破損率，使種蛋能夠安全的滾落到傳送帶上。（4）種蛋滾落到噴碼區(qū)時方向難以確定，為保證噴印效果，通過梯形凹槽和姿態(tài)調(diào)整裝置，實現(xiàn)種蛋長軸與傳送帶中軸線的平行和距離無接觸噴碼打印裝置小于等于10毫米。采用了圖2的裝置，以保證噴碼的最佳效果。

3 基于RFID的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)試驗

試驗用產(chǎn)蛋雞10只，散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)一套。記錄10只雞十天內(nèi)的相關(guān)信息。

（1）蛋雞正確產(chǎn)蛋識別率達(dá)到100%，通過讀取RFID標(biāo)簽記錄蛋種雞進(jìn)入產(chǎn)蛋箱時間和蛋種雞產(chǎn)蛋時長。

（2）噴碼合格率達(dá)到97.6%，試驗得到蛋型較小姿態(tài)調(diào)整誤差較大會影響噴碼合格率。

（3）經(jīng)分析數(shù)據(jù)得產(chǎn)蛋時間主要集中于上午09：00～14：00。

4 結(jié)論

基于RFID的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)屬于新型育種輔助裝備，利用RFID技術(shù)解決蛋種雞個體識別問題;利用射頻技術(shù)和紅外光電傳感器技術(shù)，解決了蛋種雞的動作判斷難題;利用無接觸噴碼打印技術(shù)，實現(xiàn)了在無應(yīng)激條件下對散養(yǎng)蛋種雞長時間的信息的自動記錄。它對于散養(yǎng)本交育種提供了技術(shù)裝備對散養(yǎng)本交育種有著非凡的價值?，F(xiàn)如今養(yǎng)殖業(yè)中提倡“動物福利化”的發(fā)展趨勢，這套的基于RFID的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)很好的適應(yīng)了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢;在經(jīng)濟(jì)效益方面生物特性和動物本能得到了充分的利用，使得雞只本身的優(yōu)勢得以遺傳，有助于培育出優(yōu)良的蛋種雞。目前來開該市場屬于空白狀態(tài)，如果此時進(jìn)軍該市場將會得到空前的優(yōu)勢。同時此系統(tǒng)還可以應(yīng)用于其他散養(yǎng)的家禽。此外，該系統(tǒng)還可以培育商品蛋雞，高端肉雞等。該系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是實現(xiàn)了雞只的標(biāo)記與溯源，可以精準(zhǔn)找到每一枚蛋產(chǎn)自哪一只雞，有助于蛋雞科研事業(yè)的發(fā)展。

同時該系統(tǒng)實現(xiàn)了在無應(yīng)激散養(yǎng)條件下蛋種雞個體與所產(chǎn)雞蛋的一一對應(yīng)，為進(jìn)一步研究單只蛋種雞個體的產(chǎn)蛋性能奠定基礎(chǔ)。在技術(shù)方面，實現(xiàn)了記錄自動化，解決了人為記錄準(zhǔn)確度低、人力成本高的問題，提高了標(biāo)記的準(zhǔn)確性。豐富了蛋種雞個體選育的技術(shù)手段，突破了蛋種雞家系選育法的局限性與不確定性，建成了科學(xué)的現(xiàn)代化蛋種雞繁育體系，同時為家禽養(yǎng)殖業(yè)提供了可行的技術(shù)支持，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)信息化的深度應(yīng)用。

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基金項目：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項目（2020），項目名稱，基于智慧感知的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)（s202010086008）