基于物聯網的種雞生產管理系統的設計與實現

于群 柳平增 張艷

摘要 為實現種雞的信息化和標準化管理，提高規模化養殖效率，設計并實現了種雞生產管理系統。系統基于物聯網3級架構，采用C/S開發模式，實現了種雞雞群引入、日常管理、孵化免疫等生產管理功能，并能進行環境精測和溯源跟蹤，實現了各個生產階段的指標直觀量化，可為種雞養殖和品種改良提供數據參考。

關鍵詞 物聯網；農業信息化；種雞生產；溯源

中圖分類號 S818.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）04-0211-04

Design and Implementation of Breeding Hens Production and Management System Based on Internet of Things

YU Qun，LIU Ping-zeng，ZHANG Yan

（College of Information Science and Engineering，Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018）

Abstract In order to achieve the informatization and standardization management of breeding hens， improve the efficiency of large-scale farming， a production and management system of breeding hens was designed and implemented. Based on three-level architecture of Internet of things， adopting the development model of Client/Server（C/S）， the functions of breeding hens production and management were implemented such as the introduction of breeding hens， management， hatching and immunization. The accurate measurement of environment and traceability tracking could be completed. The visual quantization of indicators in every stage of the production was achieved， and this system could provide data basis for the breeding hens culture and breed improvement.

Key words Internet of things；Agricultural informatization；Production of breeding hens；Traceability

傳統家禽養殖生產過程管理信息化水平低，且生產過程中的管理數據大多為手工紙質記錄[1]，信息化程度低，造成養殖成本高、人力資源浪費、投入產出比低等問題。此外，傳統養殖管理效率低下，導致產品質量安全等問題也開始顯現[2]。隨著養禽業規模化和集約化的不斷發展，信息化管理變得日益重要[3]。20世紀70年代，通過數據處理和數據庫開發并將其應用于家禽遺傳育種[4]。美國Timmons等開發了家禽管理專家系統，將家禽生物學模型和雞舍環境控制模型結合到專家系統中；Thorne等[5]研制了蛋雞高濕度日糧飼喂自動化系統。我國雞蛋產量在世界上位居前列，源于其祖代、父母代和商品代產能的支持[6]。如何有效實現種雞的信息化、標準化管理是亟待解決的問題。

物聯網因其能透徹感知可靠傳輸及智能處理等強大功能逐步在各個行業中得到應用。將物聯網應用于農業中，形成了農業物聯網。農業物聯網是運用各類傳感器，廣泛采集大田種植、設施園藝、畜禽水產養殖、農產品物流等相關信息，利用GPRS無線傳感器網絡等，通過智能化操作終端實現信息化管理[7]。基于物聯網的種雞生產管理系統主要針對種雞進行育種[8]、飼養、雞群生產管理[9-10]、質量追溯[11]等信息化建設及相關模式的探索，將農業物聯網技術應用到種雞生產過程中，通過產業信息的采集、傳輸、反饋、控制，加快優質種群選育，實現了各個生產環節的信息化管理。為實現種雞的信息化、標準化管理，提高規模化養殖效率，筆者設計并實現了種雞生產管理系統。系統基于物聯網3級架構，采用C/S開發模式，實現了種雞雞群引入、日常管理、孵化免疫等生產管理功能，并能進行環境精測和溯源跟蹤。

1 系統總體框架設計

1.1 系統組成

系統采用物聯網的3層經典架構模型，分別由感知層、傳輸層和應用層構成。感知層的主要任務是信息采集，包括對信息進行標記，并通過傳感等手段轉化為數字信息，以便處理。傳輸層的主要任務是將采集層采集到的信息通過各種有線網絡和無線網絡進行匯總，將信息整合在一起處理。應用層的主要任務是將匯總的信息進行分析和處理，系統架構如圖1所示。

1.2 平臺功能設計

種雞整個生產流程包括引入、育雛、育成、產蛋、孵化、淘汰等階段，基于物聯網的種雞生產管理系統涵蓋種雞生產的各個流程，實現以下生產管理目標：

①生產管理的數字化。將目前種雞生產過程中涉及到的所有信息及統計數據借助信息化手段進行數字化管理。

②數據分析的快速化。數字化的管理可以將生產各個階段的生產指標進行量化并直觀地進行展示，方便企業分析并解決生產中存在的問題、控制并提高飼養質量。

③輔助決策的智能化。系統內置一系列的生產流程信息以及規范化生產指標的標準數據，將系統所統計的生產數據與內置指標進行對比，系統能夠自動化識別當前生產過程中存在的一些問題，而無需人為干預。

④生產預警的自動化。當系統通過內置的判斷邏輯發現當前生產過程中發生重大問題時，將自動啟動預警機制，將相關信息直接通過手機短息等方式發送給相關人員，以提醒相關人員做出決策，及時控制生產中發生的問題，減小生產問題所帶來的損失。種雞生產管理系統功能如圖2所示。

2 系統實現

整個系統包括軟件部分和硬件部分，硬件部分主要是雞舍環境信息的獲取和控制。軟件部分的核心為數據，包括系統數據、生產數據、用戶授權信息在內的所有數據均保存在MySQL數據庫中，基于數據庫的用戶可以通過不同途徑進行數據的讀寫與處理。

2.1 硬件系統

在種雞的養殖過程中，雞舍環境對于種雞的生長有重要影響，直接影響種雞的體重和產蛋量等指標[12]。養殖階段對于雞舍重要的感知信息包括雞舍的大小、空氣的溫度及濕度、二氧化碳濃度、光照強度、氨氣濃度等信息。可以通過傳感器獲取相應的信息，用于對雞舍環境進行監控及預警。感知核心板是終端的核心，選用MSP430F5438微處理器，它將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在1個芯片上，以提供“單片”解決方案，并且低功耗、運算速度快，適合作為環境監測的主控芯片。環境信息感知系統結構如圖3所示。

2.2 軟件系統

軟件部分的核心是數據，核心數據的獲取如圖4所示。在日常的種雞生產管理中參與最多的是棟舍飼養員，他們可以通過專門的手持終端進行系統訪問，手持終端對應于服務器上的手持終端服務端程序，此程序對用戶的權限進行適當限制，以防止越權訪問等安全問題。然而，物聯網終端節點環境數據采集設備則通過GPRS網絡連接至服務器上相應的環境數據采集服務器端程序，直接將終端所采集的環境數據通過處理后存入數據，以便其他系統的訪問。

利用物聯網透徹感知技術，建立種雞的生產信息采集、溯源標簽生成、溯源信息追溯智能溯源系統。服務器端運行的生產數據采集系統、溯源信息采集系統、生產環境信息傳感采集系統、溯源服務查詢系統以PHP語言編寫，并使用專用數據庫（包括但不限于MySQL、PostgreSQL、Oracle等）及緩存層（包括但不限于Memcached及Redis等），各系統共用數據庫及緩存數據，但其程序文件相互獨立，采用專有的API進行交互通信，同時各個系統的接口獨立，使其可以隨時更換至C/C++語言編寫，以進一步提高數據的處理能力及系統的性能。各系統的邏輯結構如圖5所示。

3 應用實例

以山東泰安海藍種雞養殖公司的種雞養殖需求為例，種雞從雞群引入開始記錄詳細信息。從出生至0～6周齡為育雛期，7～18齡周為育成期，19～72周為產蛋期，此后視具體情況進行淘汰處理。孵化則隨著種蛋的生產不斷進行，主要分為上孵和出孵2個環節進行管理。在種雞生產的每個階段，管理人員均需對雞群進行飼喂、免疫、舍棟消毒、數據統計、疾病防控等工作，其中還穿插有種蛋的收集、分揀、儲存以及孵化、出孵統計、雞苗免疫等多項工作，涉及的工作步驟和統計數據較多，對此以雞群為管理單位，采取按流程、按工作相結合的系統構建方式，以保證數據流的合理走向，同時方便整個系統的使用。基于物聯網的種雞生產管理系統生產管理模塊如圖6所示。

系統每天生成當天的生產數據日報，同時借助曲線圖等手段將一段時間內生產情況的連續變化，并根據系統中存在的各種生產數據對指定雞群的生產性能進行統計，包括產蛋率和蛋料比等指標。圖7為產蛋量的統計折線圖，可以將數據及時匯總，產生相應的日報、月報、年報等。

通過信息感知核心板，獲取部分環境監測數據（表1）。以低日齡雛雞為例，初生雛雞絨毛保溫性差，體溫調節能力差，對環境溫度變化的適應能力差，溫度高低直接影響雛雞的生理機能，易誘發各種疾病。因此，保持適宜的溫度是提高雛雞質量的關鍵。第1周的前3 d 37 ℃，后3 d 35 ℃，此后每周降溫 2 ℃，直至21 ℃脫溫。濕度保持在40%～60%，當氨氣濃度達到10 mg/m3時會影響肺表面結構，當氨氣濃度為20 mg/m3時易感疾病，當氨氣濃度為50 mg/m3時會影響生長；當二氧化碳濃度達到100 mg/m3時會引起缺氧等。管理者可以接收到相應的閾值預警提示信息，采用GSM 模塊將數據以短信形式自動發送預警短信至用戶手機或監控中心，根據雞群日齡及時進行通風、降溫、加濕等處理。

為確保特色種雞個體追溯過程中信息不缺失，溯源信息鏈的完整性是種雞可追溯系統功能實現的關鍵點，采用11 位數字組成的編碼規則，以翅標號的形式跟蹤種雞個體：翅標號=世代號（2位）+家系號（2位）+個體編號（4位）+蛋號（4位）。

借助二維碼信息掃描不僅可以對種蛋進行溯源信息查詢（圖8），而且能通過對雞只個體受精、產蛋、體重、體尺等信息的記錄，根據世代、家系等的選擇進行雞只的系譜分析（圖9），加速優質種群的選育。

4 結語

基于物聯網的種雞生產管理系統針對種雞生產現狀，設計了一套現代化程度高的種雞生產信息化解決方案。通過山東泰安海藍種禽養殖公司試用，不僅解決了生產管理中雞群引入（從父母代1日齡開始引入）、變動（從育雛、育成到產蛋期之間的準群）、生長（從育雛、育成、產蛋期到最終淘汰的各種數據記錄）、產蛋（對種蛋的記錄）等生產數據的管理，還可以通過Web和手機查詢各種相關數據，并提供相應的閾值預警信息；溯源系統不僅能進行種蛋的溯源跟蹤，而且能夠進行父母代的查詢，既加速了品種的選育又有助于品牌的提升。基于物聯網的種雞生產管理系統可為種雞生產企業及整個種雞生產的信息化提供發展動力。

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