基于RFID的散养禽蛋标记与溯源系统

    孙玉晓 焦佳旺 王立业 尤丽雅

    

    

    

    摘 要：近年来我国的蛋种鸡存有量较大，但是优质蛋种鸡只所占比例较小。为解决此问题我国的散养蛋种鸡育种开始从传统的家系选育法向个体选育法过渡，个体选育的实现可以极大地提高蛋种鸡的生产效益。优质蛋种鸡选育主要面临着：数据复杂，劳动强度大，准确度低等问题，严重影响选种的精度和效率。未来蛋种鸡的主要养殖方式是大规模散养，如何在散养条件下实现优质蛋种鸡选育很重要。散养蛋种鸡育种的关键在于如何在散养的条件下，对每只蛋种鸡所产蛋进行标记。准确筛选出优良个体，培养出饲料转化率和死亡率更低的个体。为此研究出了一套能够实现散养蛋种鸡种蛋智能收集和标记系统，分别对上位机和下位机设置相应的组网拓扑图和逻辑控制算法。该研究可为散养蛋种鸡生产过程中个体产蛋行为分析和种蛋信息的自动收集提供参考。

    关键词：标记;溯源;自动化;物联网;上位机;下位机;传感器;RFID

    近年来如何培育出优良的蛋种鸡，困扰着当代蛋鸡养殖业的研究人员。产生优良的蛋种鸡需要对蛋种鸡产蛋时间、产蛋时长、产蛋个数、产蛋质量进行记录分析。但是养殖业从业人员雇佣成本高、劳动力缺乏。同时人工记录信息误差较大，鸡只易产生应激反应。但是，如今的饲养产业仍然被溯源过程中的“这是谁下的蛋”，养殖场中“谁下了多少蛋”的问题所困扰。蛋鸡养殖业是第一大家禽养殖产业，是中国农村养殖业的主要经济来源，市场需要成熟期短、蛋料比高、抗病能力强的新品系蛋鸡。因此亟待开发一款自动化程度高、人工成本低、自动识别标记，实现蛋的有迹可循、有源可溯的智能系统。为解决此问题，研发了一种以区块链为首要溯源技术，在种鸡养殖、加工制造、销售物流各个环节，结合物联网技术和传感器设备的基本框架。

    1 系统结构及工作流程

    1.1 系统结构

    1.2 工作流程

    基于RFID的散养禽蛋标记与溯源系统主要由蛋鸡识别，动作判断，种蛋收集，种蛋标记四个环节组成。当鸡只位于压力传感器踏板上时，读取RFID并记录信息到计算机，然后鸡只进入鸡笼进行产蛋行为，下位机这时会收到蛋感应红外光电传感器产生有蛋无蛋的标记。当无蛋时，计算机标记此鸡无产蛋行为，当有蛋时，计算机进行蛋、鸡信息匹配，同时鸡蛋输送带排列，喷码器按收到的数据在对应鸡蛋上进行标记。

    每只蛋种鸡的脚踝处都会装置RFID读卡器，当蛋种鸡经过产蛋箱入口时，会被红外线光电传感器识别，上位机程序会接收到由产蛋箱提供的蛋种鸡信息。然后由压力传感器来识别，当有物体从入口经过红外线光电传感器时，就根据压力传感器的数据与设定的蛋鸡的重量的范围比较的结果，则设置为有鸡或者无鸡状态，这时上位机程序接收压力传感器发送的状态码，并判断状态信息，若状态置为有鸡状态，上位机程序向下位机发送落蛋指令，当产蛋箱下位机收到落蛋指令后，则执行落蛋，使鸡蛋滚落到传送带上。下位机这时会收到蛋感应红外光电传感器产生有蛋无蛋的标记。然后上位机会收到有蛋的产蛋箱下位机回复有蛋的信息，下位机并上传产蛋的鸡的编号。上位机向下位机发送喷码的编号队列并使喷码机按顺序喷码打印。该系统利用喷码触发红外光电传感器的信号对所有的种蛋逐个进行标记。

    上位机和产蛋箱使用传输层的TCP协议进行连接，成功建立面向连接后，在相同的时间间隔内，上位机向下位机询问并读取的产蛋箱状态，然后上位机对产蛋箱的状态进行数据分析，如果为有鸡状态则实施有鸡指令，如果为无鸡状态则实施无鸡指令。不同的状态对应不同的指令使此系统能够流畅的运行。同时上位机会将产蛋箱收集得到的蛋种编号，蛋的质量等数据写入数据库中，然后喷码打印机读取要打印的数据进行打印。

    2 关键技术

    （1）电子标签选择的是具有防水功能的高频率13.56mHZ的环式电子标签，此标签在增加抗同频的性的同时也减少了近距离内RFID读卡器相互之间的干扰，产生的误差可以忽略不计，很好的解决了因为同频干扰而造成的电子脚环漏读问题。（2）蛋鸡进行产蛋的场所采用分体式结构，能够自由组装。同时在产蛋箱内安装了电推杆，很好的控制了活动底板的倾斜度，可以让种蛋按照人为设定的方向滚落。（3）在集蛋区可以将梯形凹槽和海绵触面结合，降低了种蛋的破损率，使种蛋能够安全的滚落到传送带上。（4）种蛋滚落到喷码区时方向难以确定，为保证喷印效果，通过梯形凹槽和姿态调整装置，实现种蛋长轴与传送带中轴线的平行和距离无接触喷码打印装置小于等于10毫米。采用了图2的装置，以保证喷码的最佳效果。

    3 基于RFID的散养禽蛋标记与溯源系统试验

    试验用产蛋鸡10只，散养禽蛋标记与溯源系统一套。记录10只鸡十天内的相关信息。

    （1）蛋鸡正确产蛋识别率达到100%，通过读取RFID标签记錄蛋种鸡进入产蛋箱时间和蛋种鸡产蛋时长。

    （2）喷码合格率达到97.6%，试验得到蛋型较小姿态调整误差较大会影响喷码合格率。

    （3）经分析数据得产蛋时间主要集中于上午09：00～14：00。

    4 结论

    基于RFID的散养禽蛋标记与溯源系统属于新型育种辅助装备，利用RFID技术解决蛋种鸡个体识别问题;利用射频技术和红外光电传感器技术，解决了蛋种鸡的动作判断难题;利用无接触喷码打印技术，实现了在无应激条件下对散养蛋种鸡长时间的信息的自动记录。它对于散养本交育种提供了技术装备对散养本交育种有着非凡的价值。现如今养殖业中提倡“动物福利化”的发展趋势，这套的基于RFID的散养禽蛋标记与溯源系统很好的适应了养殖业的发展趋势;在经济效益方面生物特性和动物本能得到了充分的利用，使得鸡只本身的优势得以遗传，有助于培育出优良的蛋种鸡。目前来开该市场属于空白状态，如果此时进军该市场将会得到空前的优势。同时此系统还可以应用于其他散养的家禽。此外，该系统还可以培育商品蛋鸡，高端肉鸡等。该系统最大的优势是实现了鸡只的标记与溯源，可以精准找到每一枚蛋产自哪一只鸡，有助于蛋鸡科研事业的发展。

    同时该系统实现了在无应激散养条件下蛋种鸡个体与所产鸡蛋的一一对应，为进一步研究单只蛋种鸡个体的产蛋性能奠定基础。在技术方面，实现了记录自动化，解决了人为记录准确度低、人力成本高的问题，提高了标记的准确性。丰富了蛋种鸡个体选育的技术手段，突破了蛋种鸡家系选育法的局限性与不确定性，建成了科学的现代化蛋种鸡繁育体系，同时为家禽养殖业提供了可行的技术支持，体现了农业信息化的深度应用。

    参考文献：

    [1]陈永儒.笼饲种鸡产蛋自动记录标识系统之研究[D].台中：台湾中兴大学，2008.

    [2]林颂恩.RFID及单片机应用于种鸡记录系统[D].台北：中国台湾大学.

    [3]王宏文，刘雅敏，刘赞.一种改进型的高解析喷码机控制系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2015（03）：122-124+128.

    [4]李佳恩，王胜凯，杨宽，等.平养蛋鸡种蛋智能收集和标记系统[J].农村实用技术，2019（9）.

    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）