基于RFID的散養(yǎng)禽蛋標(biāo)記與溯源系統(tǒng)

孫玉曉 焦佳旺 王立業(yè) 尤麗雅

摘 要：近年來(lái)我國(guó)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(wèn)題我國(guó)的散養(yǎng)蛋種雞育種開(kāi)始從傳統(tǒng)的家系選育法向個(gè)體選育法過(guò)渡，個(gè)體選育的實(shí)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(dòng)強(qiáng)度大，準(zhǔn)確度低等問(wèn)題，嚴(yán)重影響選種的精度和效率。未來(lái)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(shí)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(duì)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(gè)體，培養(yǎng)出飼料轉(zhuǎn)化率和死亡率更低的個(gè)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(duì)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(guò)程中個(gè)體產(chǎn)蛋行為分析和種蛋信息的自動(dòng)收集提供參考。

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

近年來(lái)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(duì)蛋種雞產(chǎn)蛋時(shí)間、產(chǎn)蛋時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)蛋個(gè)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(dòng)力缺乏。同時(shí)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(guò)程中的“這是誰(shuí)下的蛋”，養(yǎng)殖場(chǎng)中“誰(shuí)下了多少蛋”的問(wèn)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(guó)農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，市場(chǎng)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(kāi)發(fā)一款自動(dòng)化程度高、人工成本低、自動(dòng)識(shí)別標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)蛋的有跡可循、有源可溯的智能系統(tǒng)。為解決此問(wèn)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(gè)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(shí)別，動(dòng)作判斷，種蛋收集，種蛋標(biāo)記四個(gè)環(huán)節(jié)組成。當(dāng)雞只位于壓力傳感器踏板上時(shí)，讀取RFID并記錄信息到計(jì)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(shí)會(huì)收到蛋感應(yīng)紅外光電傳感器產(chǎn)生有蛋無(wú)蛋的標(biāo)記。當(dāng)無(wú)蛋時(shí)，計(jì)算機(jī)標(biāo)記此雞無(wú)產(chǎn)蛋行為，當(dāng)有蛋時(shí)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行蛋、雞信息匹配，同時(shí)雞蛋輸送帶排列，噴碼器按收到的數(shù)據(jù)在對(duì)應(yīng)雞蛋上進(jìn)行標(biāo)記。

每只蛋種雞的腳踝處都會(huì)裝置RFID讀卡器，當(dāng)?shù)胺N雞經(jīng)過(guò)產(chǎn)蛋箱入口時(shí)，會(huì)被紅外線光電傳感器識(shí)別，上位機(jī)程序會(huì)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(lái)識(shí)別，當(dāng)有物體從入口經(jīng)過(guò)紅外線光電傳感器時(shí)，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(wú)雞狀態(tài)，這時(shí)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(shí)會(huì)收到蛋感應(yīng)紅外光電傳感器產(chǎn)生有蛋無(wú)蛋的標(biāo)記。然后上位機(jī)會(huì)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(hào)。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送噴碼的編號(hào)隊(duì)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(hào)對(duì)所有的種蛋逐個(gè)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(shí)間間隔內(nèi)，上位機(jī)向下位機(jī)詢問(wèn)并讀取的產(chǎn)蛋箱狀態(tài)，然后上位機(jī)對(duì)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(shí)施有雞指令，如果為無(wú)雞狀態(tài)則實(shí)施無(wú)雞指令。不同的狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的指令使此系統(tǒng)能夠流暢的運(yùn)行。同時(shí)上位機(jī)會(huì)將產(chǎn)蛋箱收集得到的蛋種編號(hào)，蛋的質(zhì)量等數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)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(jì)，很好的解決了因?yàn)橥l干擾而造成的電子腳環(huán)漏讀問(wèn)題。（2）蛋雞進(jìn)行產(chǎn)蛋的場(chǎng)所采用分體式結(jié)構(gòu)，能夠自由組裝。同時(shí)在產(chǎn)蛋箱內(nèi)安裝了電推桿，很好的控制了活動(dòng)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(shí)方向難以確定，為保證噴印效果，通過(guò)梯形凹槽和姿態(tài)調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)種蛋長(zhǎng)軸與傳送帶中軸線的平行和距離無(wú)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(yàn)

試驗(yàn)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(shí)別率達(dá)到100%，通過(guò)讀取RFID標(biāo)簽記錄蛋種雞進(jìn)入產(chǎn)蛋箱時(shí)間和蛋種雞產(chǎn)蛋時(shí)長(zhǎng)。

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

（3）經(jīng)分析數(shù)據(jù)得產(chǎn)蛋時(shí)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(gè)體識(shí)別問(wèn)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(dòng)作判斷難題;利用無(wú)接觸噴碼打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在無(wú)應(yīng)激條件下對(duì)散養(yǎng)蛋種雞長(zhǎng)時(shí)間的信息的自動(dòng)記錄。它對(duì)于散養(yǎng)本交育種提供了技術(shù)裝備對(duì)散養(yǎng)本交育種有著非凡的價(jià)值。現(xiàn)如今養(yǎng)殖業(yè)中提倡“動(dòng)物福利化”的發(fā)展趨勢(shì)，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(shì);在經(jīng)濟(jì)效益方面生物特性和動(dòng)物本能得到了充分的利用，使得雞只本身的優(yōu)勢(shì)得以遺傳，有助于培育出優(yōu)良的蛋種雞。目前來(lái)開(kāi)該市場(chǎng)屬于空白狀態(tài)，如果此時(shí)進(jìn)軍該市場(chǎng)將會(huì)得到空前的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)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(shì)是實(shí)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(shí)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在無(wú)應(yīng)激散養(yǎng)條件下蛋種雞個(gè)體與所產(chǎn)雞蛋的一一對(duì)應(yīng)，為進(jìn)一步研究單只蛋種雞個(gè)體的產(chǎn)蛋性能奠定基礎(chǔ)。在技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)了記錄自動(dòng)化，解決了人為記錄準(zhǔn)確度低、人力成本高的問(wèn)題，提高了標(biāo)記的準(zhǔn)確性。豐富了蛋種雞個(gè)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(shí)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳永儒.籠飼種雞產(chǎn)蛋自動(dòng)記錄標(biāo)識(shí)系統(tǒng)之研究[D].臺(tái)中：臺(tái)灣中興大學(xué)，2008.

[2]林頌恩.RFID及單片機(jī)應(yīng)用于種雞記錄系統(tǒng)[D].臺(tái)北：中國(guó)臺(tái)灣大學(xué).

[3]王宏文，劉雅敏，劉贊.一種改進(jìn)型的高解析噴碼機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015（03）：122-124+128.

[4]李佳恩，王勝凱，楊寬，等.平養(yǎng)蛋雞種蛋智能收集和標(biāo)記系統(tǒng)[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2019（9）.

基金項(xiàng)目：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（2020），項(xiàng)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）