平养条件下种鸡种蛋的标记与溯源系统
孙玉晓 尤丽雅 王立业 焦佳旺
摘 要：目前，我国蛋种鸡的饲养方式有平养和笼养两种。随着饲养环境和条件的变化，以及一些新疫情的发生，蛋种鸡笼养的缺点逐渐暴露。笼养限制了蛋种鸡的活动范围，蛋种鸡的抵抗力下降易患病，因此蛋种鸡平养或许会成为未来蛋种鸡的主要养殖方式。蛋种鸡平养最大的难题在于无法将蛋种鸡和种蛋一一对应，无法确定高产高质量蛋种鸡个体，从而只能采用家系选育法而不能采用个体选育法。因此，亟待开发一种能连续追踪、识别每只蛋种鸡产蛋情况并标记蛋种鸡个体与其所产种蛋的智能溯源系统。本文以蛋种鸡为研究对象，提出并设计了一种平养条件下蛋种鸡和种蛋的收集和标记系统框架。该系统采用射频技术和红外光电传感器技术的融合，完成了蛋种鸡产蛋个体的准确识别，采用连续油墨喷码的方式，精确记录并在种蛋上标记与其对应蛋种鸡的个体编号信息，解决了无应激自动记录蛋种鸡与种蛋信息对应的难题。
关键词：自动化;产蛋收集;RFID;红外光电传感器;喷码标记;无应激
目前我国约有20亿只蛋种鸡，鸡蛋总产虽多，但是单产水平、效率、效益与先进水平相比差距都不小。在蛋种鸡平养的育种中，目前条件下只能采用家系选育法。该方法存在的问题是工作复杂、劳动强度大、准确度低、世代间隔长、遗传进展缓慢。造成这一问题的根本原因在于不能智能地识别和标记蛋种鸡个体及其后代，因此在平养条件下，如何实现个体选育法是目前蛋种鸡生产领域的一个工作难点。
本文提出了一种平养条件下能够完成蛋种鸡和种蛋的收集和标记的智能系统，可以在无应激的情况下智能地连续记录蛋种鸡个体产蛋行为，识别并标记蛋种鸡个体与其所产种蛋。
1 系统结构及工作流程
1.1 系统结构
1.2 工作流程
平养条件下种鸡种蛋的标记和溯源系统主要分为种鸡个体识别，产蛋动作判断，是否产蛋识别和种蛋收集与标记四个环节。具体环节如下：事先给每一只蛋鸡佩戴好一枚唯一的RFID电子标签用于种鸡个体识别。当蛋种鸡通过产蛋箱入口时，入口处的RFID读卡器读取蛋种鸡的电子标签值，当红外光电传感器检测到物体经过入口并在产蛋箱停留十秒以上时读取压力传感器的信息，如果符合为一只蛋种鸡的重量，则产蛋鸡将“有鸡”的状态码发送给上位机，上位机将产蛋箱状态置为“有鸡”并下发指令关闭产蛋箱门，防止有其他蛋种鸡进入产蛋箱产蛋。系统通过压力传感器进行是否产蛋识别。当红外线光电传感器检测到蛋种鸡离开产蛋箱后，利用压力传感器检测重量，如果符合一只蛋的重量，则将“有蛋”的状态码及读卡器读取的蛋种鸡标签值信息发送给上位机，上位机将状态置为“有蛋”。如果不符合一只蛋的重量，则将状态置为“无鸡无蛋”，产蛋箱回归为原始状态。种蛋收集通过上位机下发指令打开产蛋箱下方的活动底板并使其倾斜，种蛋通过活动底板滚落到传送带上完成收集。通过传送带把种蛋传送到喷码打印下位机处，其中设置滑触式种蛋姿态导向装置，保证蛋壳长轴截面作为喷印面，采用连续油墨喷码的方式在种蛋上标记上位机传来的相对应的蛋种鸡信息，完成种蛋的标记。
2 关键技术
射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，本系统选用的是高频1356MHz的脚环式电子标签，该电子标签具有轻便防水的特点，可大大减少环境因素对电子标签识别准确度的影响，脚环的大小可随蛋鸡的生长调节。同时高频电子标签抗同频干扰能力强，消除了近距离读卡器之间因同频干扰而造成电子脚环标签误读的问题，且读卡速度快能够满足流水性处理的需要。
为保证蛋壳长轴截面作为喷印面，在种蛋到达喷码区之前放置了种蛋姿态调整装置，经过团队人员测试，通过该装置的種蛋姿态合格率非常的高，可以获得喷码的最佳效果。
种蛋喷码标识是将蛋种鸡和种蛋一一对应，完成种蛋溯源的重要一环。本系统采用非接触式连续油墨喷码的方式在种蛋上进行蛋种鸡编号（标签值）标记。喷码机在工作时，油墨通过油泵形成的推力作用进入喷嘴，喷嘴通过晶振器振动喷出固定间隔的油墨点，利用电脑使墨点在通过充电极时被充上不同的电荷，在高电压磁场下发生不同的偏移，飞出喷嘴落在移动的种蛋表面，形成点阵式字符。不充电的墨点不会发生偏移，直接喷入回收槽，被回收再使用。喷印内容可根据上机位传来的蛋种鸡信息自动变化。
3 创新点及应用
系统在蛋种鸡无应激条件下连续记录了蛋种鸡的产蛋行为，自动收集蛋种鸡的产蛋信息，应用RFID射频技术、红外光电传感器实现了对蛋种鸡的精准识别。通过RFID标签和非接触喷码标记技术，精确记录并在种蛋上标记与其对应蛋种鸡的个体编号信息，解决了无应激自动记录蛋种鸡与种蛋信息对应的难题，为个体精准选育提供技术手段。
该系统的创新性主要表现在：（1）首次实现蛋与鸡的精准对应关系。通过蛋与鸡的自动信息匹配，为育种场、种禽研究所提供了更加准确的参考数据，提高了种禽研究、选育遗传度精度。（2）采用13.56mHz脚环式电子标签和读卡器，消除了近距离读卡器之间因同频干扰而造成电子脚环标签误读的问题，便于集中布置多个产蛋箱，减少了传送带长度，同时使RFID标签识别的准确性不受环境的影响。（3）通过滑触式种蛋姿态导向装置，保证蛋壳长轴截面作为喷印面，并采用连续式油墨喷码方式完成了蛋种鸡个体与种蛋对应关系的标记。（4）产蛋箱将每一只蛋种鸡的产蛋数量、产蛋时间和产蛋质量精确上传至数据库（如图4），计算机通过数据库数据准确筛选出高产蛋种鸡个体。
该系统为育种场优良选育、禽类研究中心提供参考数据，加快禽类科研事业的发展。新型产蛋箱的应用，智能化地进行蛋的收集与信息记录，实现蛋与鸡之间信息的自动匹配，改变了原有的工作复杂、劳动强度大、准确率低、时代间隔长、遗传进展缓慢的家系选育法，通过产蛋箱进行的蛋与鸡信息的自动匹配为平养蛋鸡个体选育研究提供先进技术和设施，与互联网相结合收集数据丰富了蛋鸡选育的技术手段，突破以往的蛋鸡选留的盲目性，提高了育种的准确率，可以促进建成科学的现代化蛋鸡繁育体系，加快蛋鸡科研事业的发展。
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基金项目：河北农业大学创新训练项目（2020），项目名称，基于智慧感知的散养禽蛋标记与溯源系统（s202010086008）
