平養(yǎng)條件下種雞種蛋的標(biāo)記與溯源系統(tǒng)

孫玉曉 尤麗雅 王立業(yè) 焦佳旺

摘 要：目前，我國蛋種雞的飼養(yǎng)方式有平養(yǎng)和籠養(yǎng)兩種。隨著飼養(yǎng)環(huán)境和條件的變化，以及一些新疫情的發(fā)生，蛋種雞籠養(yǎng)的缺點(diǎn)逐漸暴露。籠養(yǎng)限制了蛋種雞的活動范圍，蛋種雞的抵抗力下降易患病，因此蛋種雞平養(yǎng)或許會成為未來蛋種雞的主要養(yǎng)殖方式。蛋種雞平養(yǎng)最大的難題在于無法將蛋種雞和種蛋一一對應(yīng)，無法確定高產(chǎn)高質(zhì)量蛋種雞個體，從而只能采用家系選育法而不能采用個體選育法。因此，亟待開發(fā)一種能連續(xù)追蹤、識別每只蛋種雞產(chǎn)蛋情況并標(biāo)記蛋種雞個體與其所產(chǎn)種蛋的智能溯源系統(tǒng)。本文以蛋種雞為研究對象，提出并設(shè)計了一種平養(yǎng)條件下蛋種雞和種蛋的收集和標(biāo)記系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)采用射頻技術(shù)和紅外光電傳感器技術(shù)的融合，完成了蛋種雞產(chǎn)蛋個體的準(zhǔn)確識別，采用連續(xù)油墨噴碼的方式，精確記錄并在種蛋上標(biāo)記與其對應(yīng)蛋種雞的個體編號信息，解決了無應(yīng)激自動記錄蛋種雞與種蛋信息對應(yīng)的難題。

關(guān)鍵詞：自動化;產(chǎn)蛋收集;RFID;紅外光電傳感器;噴碼標(biāo)記;無應(yīng)激

目前我國約有20億只蛋種雞，雞蛋總產(chǎn)雖多，但是單產(chǎn)水平、效率、效益與先進(jìn)水平相比差距都不小。在蛋種雞平養(yǎng)的育種中，目前條件下只能采用家系選育法。該方法存在的問題是工作復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、準(zhǔn)確度低、世代間隔長、遺傳進(jìn)展緩慢。造成這一問題的根本原因在于不能智能地識別和標(biāo)記蛋種雞個體及其后代，因此在平養(yǎng)條件下，如何實(shí)現(xiàn)個體選育法是目前蛋種雞生產(chǎn)領(lǐng)域的一個工作難點(diǎn)。

本文提出了一種平養(yǎng)條件下能夠完成蛋種雞和種蛋的收集和標(biāo)記的智能系統(tǒng)，可以在無應(yīng)激的情況下智能地連續(xù)記錄蛋種雞個體產(chǎn)蛋行為，識別并標(biāo)記蛋種雞個體與其所產(chǎn)種蛋。

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

平養(yǎng)條件下種雞種蛋的標(biāo)記和溯源系統(tǒng)主要分為種雞個體識別，產(chǎn)蛋動作判斷，是否產(chǎn)蛋識別和種蛋收集與標(biāo)記四個環(huán)節(jié)。具體環(huán)節(jié)如下：事先給每一只蛋雞佩戴好一枚唯一的RFID電子標(biāo)簽用于種雞個體識別。當(dāng)?shù)胺N雞通過產(chǎn)蛋箱入口時，入口處的RFID讀卡器讀取蛋種雞的電子標(biāo)簽值，當(dāng)紅外光電傳感器檢測到物體經(jīng)過入口并在產(chǎn)蛋箱停留十秒以上時讀取壓力傳感器的信息，如果符合為一只蛋種雞的重量，則產(chǎn)蛋雞將“有雞”的狀態(tài)碼發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將產(chǎn)蛋箱狀態(tài)置為“有雞”并下發(fā)指令關(guān)閉產(chǎn)蛋箱門，防止有其他蛋種雞進(jìn)入產(chǎn)蛋箱產(chǎn)蛋。系統(tǒng)通過壓力傳感器進(jìn)行是否產(chǎn)蛋識別。當(dāng)紅外線光電傳感器檢測到蛋種雞離開產(chǎn)蛋箱后，利用壓力傳感器檢測重量，如果符合一只蛋的重量，則將“有蛋”的狀態(tài)碼及讀卡器讀取的蛋種雞標(biāo)簽值信息發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將狀態(tài)置為“有蛋”。如果不符合一只蛋的重量，則將狀態(tài)置為“無雞無蛋”，產(chǎn)蛋箱回歸為原始狀態(tài)。種蛋收集通過上位機(jī)下發(fā)指令打開產(chǎn)蛋箱下方的活動底板并使其傾斜，種蛋通過活動底板滾落到傳送帶上完成收集。通過傳送帶把種蛋傳送到噴碼打印下位機(jī)處，其中設(shè)置滑觸式種蛋姿態(tài)導(dǎo)向裝置，保證蛋殼長軸截面作為噴印面，采用連續(xù)油墨噴碼的方式在種蛋上標(biāo)記上位機(jī)傳來的相對應(yīng)的蛋種雞信息，完成種蛋的標(biāo)記。

2 關(guān)鍵技術(shù)

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸，本系統(tǒng)選用的是高頻1356MHz的腳環(huán)式電子標(biāo)簽，該電子標(biāo)簽具有輕便防水的特點(diǎn)，可大大減少環(huán)境因素對電子標(biāo)簽識別準(zhǔn)確度的影響，腳環(huán)的大小可隨蛋雞的生長調(diào)節(jié)。同時高頻電子標(biāo)簽抗同頻干擾能力強(qiáng)，消除了近距離讀卡器之間因同頻干擾而造成電子腳環(huán)標(biāo)簽誤讀的問題，且讀卡速度快能夠滿足流水性處理的需要。

為保證蛋殼長軸截面作為噴印面，在種蛋到達(dá)噴碼區(qū)之前放置了種蛋姿態(tài)調(diào)整裝置，經(jīng)過團(tuán)隊人員測試，通過該裝置的種蛋姿態(tài)合格率非常的高，可以獲得噴碼的最佳效果。

種蛋噴碼標(biāo)識是將蛋種雞和種蛋一一對應(yīng)，完成種蛋溯源的重要一環(huán)。本系統(tǒng)采用非接觸式連續(xù)油墨噴碼的方式在種蛋上進(jìn)行蛋種雞編號（標(biāo)簽值）標(biāo)記。噴碼機(jī)在工作時，油墨通過油泵形成的推力作用進(jìn)入噴嘴，噴嘴通過晶振器振動噴出固定間隔的油墨點(diǎn)，利用電腦使墨點(diǎn)在通過充電極時被充上不同的電荷，在高電壓磁場下發(fā)生不同的偏移，飛出噴嘴落在移動的種蛋表面，形成點(diǎn)陣式字符。不充電的墨點(diǎn)不會發(fā)生偏移，直接噴入回收槽，被回收再使用。噴印內(nèi)容可根據(jù)上機(jī)位傳來的蛋種雞信息自動變化。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

系統(tǒng)在蛋種雞無應(yīng)激條件下連續(xù)記錄了蛋種雞的產(chǎn)蛋行為，自動收集蛋種雞的產(chǎn)蛋信息，應(yīng)用RFID射頻技術(shù)、紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)了對蛋種雞的精準(zhǔn)識別。通過RFID標(biāo)簽和非接觸噴碼標(biāo)記技術(shù)，精確記錄并在種蛋上標(biāo)記與其對應(yīng)蛋種雞的個體編號信息，解決了無應(yīng)激自動記錄蛋種雞與種蛋信息對應(yīng)的難題，為個體精準(zhǔn)選育提供技術(shù)手段。

該系統(tǒng)的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在：（1）首次實(shí)現(xiàn)蛋與雞的精準(zhǔn)對應(yīng)關(guān)系。通過蛋與雞的自動信息匹配，為育種場、種禽研究所提供了更加準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)，提高了種禽研究、選育遺傳度精度。（2）采用13.56mHz腳環(huán)式電子標(biāo)簽和讀卡器，消除了近距離讀卡器之間因同頻干擾而造成電子腳環(huán)標(biāo)簽誤讀的問題，便于集中布置多個產(chǎn)蛋箱，減少了傳送帶長度，同時使RFID標(biāo)簽識別的準(zhǔn)確性不受環(huán)境的影響。（3）通過滑觸式種蛋姿態(tài)導(dǎo)向裝置，保證蛋殼長軸截面作為噴印面，并采用連續(xù)式油墨噴碼方式完成了蛋種雞個體與種蛋對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)記。（4）產(chǎn)蛋箱將每一只蛋種雞的產(chǎn)蛋數(shù)量、產(chǎn)蛋時間和產(chǎn)蛋質(zhì)量精確上傳至數(shù)據(jù)庫（如圖4），計算機(jī)通過數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)準(zhǔn)確篩選出高產(chǎn)蛋種雞個體。

該系統(tǒng)為育種場優(yōu)良選育、禽類研究中心提供參考數(shù)據(jù)，加快禽類科研事業(yè)的發(fā)展。新型產(chǎn)蛋箱的應(yīng)用，智能化地進(jìn)行蛋的收集與信息記錄，實(shí)現(xiàn)蛋與雞之間信息的自動匹配，改變了原有的工作復(fù)雜、勞動強(qiáng)度大、準(zhǔn)確率低、時代間隔長、遺傳進(jìn)展緩慢的家系選育法，通過產(chǎn)蛋箱進(jìn)行的蛋與雞信息的自動匹配為平養(yǎng)蛋雞個體選育研究提供先進(jìn)技術(shù)和設(shè)施，與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合收集數(shù)據(jù)豐富了蛋雞選育的技術(shù)手段，突破以往的蛋雞選留的盲目性，提高了育種的準(zhǔn)確率，可以促進(jìn)建成科學(xué)的現(xiàn)代化蛋雞繁育體系，加快蛋雞科研事業(yè)的發(fā)展。

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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）