基于物联网的种鸡生产管理系统的设计与实现

于群 柳平增 张艳

摘要 为实现种鸡的信息化和标准化管理，提高规模化养殖效率，设计并实现了种鸡生产管理系统。系统基于物联网3级架构，采用C/S开发模式，实现了种鸡鸡群引入、日常管理、孵化免疫等生产管理功能，并能进行环境精测和溯源跟踪，实现了各个生产阶段的指标直观量化，可为种鸡养殖和品种改良提供数据参考。

关键词 物联网；农业信息化；种鸡生产；溯源

中图分类号 S818.9 文献标识码 A 文章编号 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

傳统家禽养殖生产过程管理信息化水平低，且生产过程中的管理数据大多为手工纸质记录[1]，信息化程度低，造成养殖成本高、人力资源浪费、投入产出比低等问题。此外，传统养殖管理效率低下，导致产品质量安全等问题也开始显现[2]。随着养禽业规模化和集约化的不断发展，信息化管理变得日益重要[3]。20世纪70年代，通过数据处理和数据库开发并将其应用于家禽遗传育种[4]。美国Timmons等开发了家禽管理专家系统，将家禽生物学模型和鸡舍环境控制模型结合到专家系统中；Thorne等[5]研制了蛋鸡高湿度日粮饲喂自动化系统。我国鸡蛋产量在世界上位居前列，源于其祖代、父母代和商品代产能的支持[6]。如何有效实现种鸡的信息化、标准化管理是亟待解决的问题。

物联网因其能透彻感知可靠传输及智能处理等强大功能逐步在各个行业中得到应用。将物联网应用于农业中，形成了农业物联网。农业物联网是运用各类传感器，广泛采集大田种植、设施园艺、畜禽水产养殖、农产品物流等相关信息，利用GPRS无线传感器网络等，通过智能化操作终端实现信息化管理[7]。基于物联网的种鸡生产管理系统主要针对种鸡进行育种[8]、饲养、鸡群生产管理[9-10]、质量追溯[11]等信息化建设及相关模式的探索，将农业物联网技术应用到种鸡生产过程中，通过产业信息的采集、传输、反馈、控制，加快优质种群选育，实现了各个生产环节的信息化管理。为实现种鸡的信息化、标准化管理，提高规模化养殖效率，笔者设计并实现了种鸡生产管理系统。系统基于物联网3级架构，采用C/S开发模式，实现了种鸡鸡群引入、日常管理、孵化免疫等生产管理功能，并能进行环境精测和溯源跟踪。

1 系统总体框架设计

1.1 系统组成

系统采用物联网的3层经典架构模型，分别由感知层、传输层和应用层构成。感知层的主要任务是信息采集，包括对信息进行标记，并通过传感等手段转化为数字信息，以便处理。传输层的主要任务是将采集层采集到的信息通过各种有线网络和无线网络进行汇总，将信息整合在一起处理。应用层的主要任务是将汇总的信息进行分析和处理，系统架构如图1所示。

1.2 平台功能设计

种鸡整个生产流程包括引入、育雏、育成、产蛋、孵化、淘汰等阶段，基于物联网的种鸡生产管理系统涵盖种鸡生产的各个流程，实现以下生产管理目标：

①生产管理的数字化。将目前种鸡生产过程中涉及到的所有信息及统计数据借助信息化手段进行数字化管理。

②数据分析的快速化。数字化的管理可以将生产各个阶段的生产指标进行量化并直观地进行展示，方便企业分析并解决生产中存在的问题、控制并提高饲养质量。

③辅助决策的智能化。系统内置一系列的生产流程信息以及规范化生产指标的标准数据，将系统所统计的生产数据与内置指标进行对比，系统能够自动化识别当前生产过程中存在的一些问题，而无需人为干预。

④生产预警的自动化。当系统通过内置的判断逻辑发现当前生产过程中发生重大问题时，将自动启动预警机制，将相关信息直接通过手机短息等方式发送给相关人员，以提醒相关人员做出决策，及时控制生产中发生的问题，减小生产问题所带来的损失。种鸡生产管理系统功能如图2所示。

2 系统实现

整个系统包括软件部分和硬件部分，硬件部分主要是鸡舍环境信息的获取和控制。软件部分的核心为数据，包括系统数据、生产数据、用户授权信息在内的所有数据均保存在MySQL数据库中，基于数据库的用户可以通过不同途径进行数据的读写与处理。

2.1 硬件系统

在种鸡的养殖过程中，鸡舍环境对于种鸡的生长有重要影响，直接影响种鸡的体重和产蛋量等指标[12]。养殖阶段对于鸡舍重要的感知信息包括鸡舍的大小、空气的温度及湿度、二氧化碳浓度、光照强度、氨气浓度等信息。可以通过传感器获取相应的信息，用于对鸡舍环境进行监控及预警。感知核心板是终端的核心，选用MSP430F5438微处理器，它将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在1个芯片上，以提供“单片”解决方案，并且低功耗、运算速度快，适合作为环境监测的主控芯片。环境信息感知系统结构如图3所示。

2.2 软件系统

软件部分的核心是数据，核心数据的获取如图4所示。在日常的种鸡生产管理中参与最多的是栋舍饲养员，他们可以通过专门的手持终端进行系统访问，手持终端对应于服务器上的手持终端服务端程序，此程序对用户的权限进行适当限制，以防止越权访问等安全问题。然而，物聯网终端节点环境数据采集设备则通过GPRS网络连接至服务器上相应的环境数据采集服务器端程序，直接将终端所采集的环境数据通过处理后存入数据，以便其他系统的访问。

利用物联网透彻感知技术，建立种鸡的生产信息采集、溯源标签生成、溯源信息追溯智能溯源系统。服务器端运行的生产数据采集系统、溯源信息采集系统、生产环境信息传感采集系统、溯源服务查询系统以PHP语言编写，并使用专用数据库（包括但不限于MySQL、PostgreSQL、Oracle等）及缓存层（包括但不限于Memcached及Redis等），各系统共用数据库及缓存数据，但其程序文件相互独立，采用专有的API进行交互通信，同时各个系统的接口独立，使其可以随时更换至C/C++语言编写，以进一步提高数据的处理能力及系统的性能。各系统的逻辑结构如图5所示。

3 应用实例

以山东泰安海蓝种鸡养殖公司的种鸡养殖需求为例，种鸡从鸡群引入开始记录详细信息。从出生至0～6周龄为育雏期，7～18龄周为育成期，19～72周为产蛋期，此后视具体情况进行淘汰处理。孵化则随着种蛋的生产不断进行，主要分为上孵和出孵2个环节进行管理。在种鸡生产的每个阶段，管理人员均需对鸡群进行饲喂、免疫、舍栋消毒、数据统计、疾病防控等工作，其中还穿插有种蛋的收集、分拣、储存以及孵化、出孵统计、鸡苗免疫等多项工作，涉及的工作步骤和统计数据较多，对此以鸡群为管理单位，采取按流程、按工作相结合的系统构建方式，以保证数据流的合理走向，同时方便整个系统的使用。基于物联网的种鸡生产管理系统生产管理模块如图6所示。

系统每天生成当天的生产数据日报，同时借助曲线图等手段将一段时间内生产情况的连续变化，并根据系统中存在的各种生产数据对指定鸡群的生产性能进行统计，包括产蛋率和蛋料比等指标。图7为产蛋量的统计折线图，可以将数据及时汇总，产生相应的日报、月报、年报等。

通过信息感知核心板，获取部分环境监测数据（表1）。以低日龄雏鸡为例，初生雏鸡绒毛保温性差，体温调节能力差，对环境温度变化的适应能力差，温度高低直接影响雏鸡的生理机能，易诱发各种疾病。因此，保持适宜的温度是提高雏鸡质量的关键。第1周的前3 d 37 ℃，后3 d 35 ℃，此后每周降温 2 ℃，直至21 ℃脱温。湿度保持在40%～60%，当氨气浓度达到10 mg/m3时会影响肺表面结构，当氨气浓度为20 mg/m3时易感疾病，当氨气浓度为50 mg/m3时会影响生长；当二氧化碳浓度达到100 mg/m3时会引起缺氧等。管理者可以接收到相应的阈值预警提示信息，采用GSM 模块将数据以短信形式自动发送预警短信至用户手机或监控中心，根据鸡群日龄及时进行通风、降温、加湿等处理。

为确保特色种鸡个体追溯过程中信息不缺失，溯源信息链的完整性是种鸡可追溯系统功能实现的关键点，采用11 位数字组成的编码规则，以翅标号的形式跟踪种鸡个体：翅标号=世代号（2位）+家系号（2位）+个体编号（4位）+蛋号（4位）。

借助二维码信息扫描不仅可以对种蛋进行溯源信息查询（图8），而且能通过对鸡只个体受精、产蛋、体重、体尺等信息的记录，根据世代、家系等的选择进行鸡只的系谱分析（图9），加速优质种群的选育。

4 结语

基于物联网的种鸡生产管理系统针对种鸡生产现状，设计了一套现代化程度高的种鸡生产信息化解决方案。通过山东泰安海蓝种禽养殖公司试用，不仅解决了生产管理中鸡群引入（从父母代1日龄开始引入）、变动（从育雏、育成到产蛋期之间的准群）、生长（从育雏、育成、产蛋期到最终淘汰的各种数据记录）、产蛋（对种蛋的记录）等生产数据的管理，还可以通过Web和手机查询各种相关数据，并提供相应的阈值预警信息；溯源系统不仅能进行种蛋的溯源跟踪，而且能够进行父母代的查询，既加速了品种的选育又有助于品牌的提升。基于物联网的种鸡生产管理系统可为种鸡生产企业及整个种鸡生产的信息化提供发展动力。

参考文献

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