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摘要：针对种鸡养殖过程中精确测定每只种鸡饲料转化率难的问题，本文提出一种基于物联网技术的种鸡进食量测定系统。结合物联网技术和射频识别技术，将系统分为三个部分进行设计和研究，包括种鸡身份识别、料盘称重以及信息传输及处理。该系统具有自动测量种鸡进食量的功能，并且测得数据可经网络上传至计算机，。
关键词：物联网，射频识别技术，饲料转化率
1 引言
养殖业中，饲料转化率（Feed Conversion Ratio）是衡量生产效率的一个重要指标，是指消耗单位饲料重量与所得到的动物产品重量的比值，也称作料肉比。料肉比越低，即生产单位重量动物产品所消耗的饲料越低，生产效率也就越高。对于肉鸡养殖而言，饲料的配方、禽舍的环境和养殖过程中的科学化管理，这些因素都会影响到最终的饲料转化率；而另一个重要的影响因素就是肉鸡的品种，在外部条件完全一致的情况下，自身的基因因素起着决定性作用。因此在种鸡的育种过程中，饲料转化率是一个重要的选种指标，种鸡饲料转化率直接影响着下游企业的生产效率，尤其是对于大型养殖企业而言，饲料消耗量巨大，在饲养水平已达到较高水准的前提下，种鸡品质的优化就显得尤为重要。这就要求在育种过程中就要进行精确地筛选淘汰。为了精确测定每一只种鸡的饲料转化率，文本提出在饲养过程中采用物联网技术，赋予每一只鸡一个独特的身份信息，并对其进食量进行准确测定，再根据自身体重的变化就可以精确计算种鸡的饲料转化率。
2 物联网概述
2.1 物联网
物联网，英文“Internet of Things （IoT）”，顾名思义，就是物物相连的互联网。这一概念包含两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息[1]。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，也是“信息化”时代的重要发展阶段，被认为将是下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继通信网之后的另一个万亿级市场。
2016年中央一号文件提出：加速促进“互联网+”现代农业，使用物联网、移动互联、大数据、云计算等现代信息技术，有利于农业全产化链的改造升级[2]。物联网与农业结合的应用越来越多，例如养殖业中的家禽家畜的身份识别、种植大棚的环境控制系统等。
2.2 射频识别
目前能够实现物与互联网“连接”功能的技术，包含红外技术、地磁感应技术、射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）、条码识别技术、视频识别技术、无线通信技术等，可以将物以信息形式连接到互联网中。而所有这些技术中，射频识别技术相较于其他识别技术，在准确率、感应距离、信息量等方面具有非常明显的优势。
RFID，即射频识别，是20世纪90年代开始兴起的一项技术，又称无线射频识别。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别标识对象标签并获得有关数据，识别工作不需要人工操作，可应用于各种各样的外界环境[3]。在国家标准“物品电子编码基于射频识别的贸易项目代码编码规则”中RFID技术的定义是：在频谱的射频部分，通过电磁耦合或感应耦合，利用各种编码方案，读写器与电子标签进行通信，并读取电子标签的信息的技术。一个基础的RFID系统有硬件和软件两部分组成，硬件主要由电子标签、读写器和天线组成，其配置如图1所示。软件则有读写器软件、应用系统软件及中间件等软件组成。
图1 RFID系统示意图
当电子标签在读写器天线福射范围，即进入读写系统的磁场后，能够接收到读写器发出的射频信号，这时标签发送存储在标签芯片中的数据；读写器读取到标签发送的数据，经过解码送至应用管理系统；应用系统再对读写器发送来的数据进行相应的处理和发送控制命令，从而实现RFID系统的基本功能。其中电子标签分有源的主动标签和无源的被动标签两种，这两种标签在不同条件下发送数据。有源主动标签在接收到信号后主动发送存储在标签芯片中的数据；无源被动标签凭感应电流所获得的能量发出存储在标签芯片中的数据。
RFID与其它自动识别技术相比最明显的优点是非接触识别，并且具有可同时识读多标签、远距离读取、受环境影响小等特点。电子标签采用具有存储信息功能的芯片加封装，可以有效防水防尘防油污，受外界环境影响小；只要电子标签进入到读写器识读范围内，可同时识读多个标签，不需要像条形码一样遂一扫描标签，且自动识别，无需人为操作，速度快，效率高；电子标签不需要处在识别器视线之内，通过射频耦合，读取的距离较其它识别技术远；电子标签存储的信息量大，并可重复利用。当今众多物联网系统中，RFID起关键性作用，实现“物”与“网”的联接。近年来，RFID技术紧跟着物联网产业蓬勃发展。RFID作为物联网产业链的排头兵，因适应各种行业，倍受市场关注，被列为21世纪十大重要技术之一。目前RFID技术已在很多领域中得到广泛应用，如：智能制造、仓储物流、医疗管理、动物跟踪、身份认证、设备管理等。
3 系统设计
基于RFID技术的种鸡进食量测定系统主要可以分为以下几个部分：1、RFID身份识别系统，用以确定当前正在进食的种鸡的身份信息；2、料盘称重系统，在每一只种鸡进食开始与结束时，两次测量料盘的重量，根据料盘重量的变化，确定该种鸡本次进食的重量；3、信息传输及处理系统，负责数据的汇总、处理并最终生成报表。
3.1 RFID身份识别系统
在种鸡鸡苗入栏时，为每一只鸡配备一个RFID电子标签，目前常见的标签有两种，安装于鸡脚上的扎带式标签和安装于鸡翅上的钉式标签。每一个电子标签在安装之前，由专用的标签写入装置写入种鸡的身份信息，每一个标签所包含的信息都是独一无二的，并且标签信息可擦除可重写。
为了确保RFID天线在检测到正在进食的种鸡的标签的同时，屏蔽掉未进食的种鸡，种鸡进食的料位设计为一个半封闭金属通道，如下图所示：
（a）侧视图 （b）俯视图
图2 进食料位通道示意图
料位通道的最内侧是一个携带称重传感器的料盘，种鸡进食时就站立在料位通道内，头部伸入料盘内啄食饲料。每一个料位通道的宽度可以随着鸡体型的变化进行调节，以保证同时只能有一只鸡在进行采食。布置在料位内的RFID天线发出射频信号，整个料位内部即是一个识别磁场，当种鸡携带标签进入时，无源电子标签受天线磁场激发，发射出包含身份信息的射频信号，天线接收信号并通过馈线传递至读写器，读写器再将身份信息传送至上位机处理。由于金属的电磁特性，可以起到隔绝RFID磁场的作用，这样能够避免天线检测到料位之外的标签。当种鸡进食时，身处在料位通道之中，天线始终可以读取到标签发出的信号，一旦天线丢失标签信号超过1秒，即标志着种鸡结束进食离开料位。
3.2 料盘称重系统
如上文所述，每一个料位内的料盘都具有称重功能，其核心部件是一只悬臂梁式称重传感器。传感器一端固定，一端安装料盘，加载工作电压之后，传感器内部应变片的电阻值随加载重量的变化而产生变化，通过内部的电桥将其转化为电压信号。该电压信号是一个毫伏级的模拟信号，还需经过处理才能被上位机读取，处理流程如下图所示：
图3 称重信号处理流程
3.3 信息传输及处理系统
根据种鸡养殖的规模，以一厅养殖10000只种鸡计算，每个料位供养10只种鸡，则一个养殖厅内所包括的采食料多达1000个。上述的RFID信息与称重信息如果直接接入计算机系统，节点数过多，既不利于软件的通信处理，也不利于现场的接线施工。因此，将8个料位作为一组进行初始处理，每8个料位的RFID天线接入一个8通道的读写器，并配一个单片机作为处理单元，对RFID信息与称重信息进行初步的汇总，再将信息上传到计算机系统。该单片机的具体功能包括：
（1）与8通道RFID读写器进行485通信以接受RFID信息，并判断种鸡进食开始、结束的时刻；
（2）通过SPI或者串口轮训接受称重数字信号，实时更新每个料盘的重量；
（3）通过485或者以太网将种鸡每一次进食的进食量上传至计算机。
计算机的软件对接受的信息进行整合处理，即可得到每一只种鸡在生长过程中的进食总量，结合体重，即可得到饲料转化率。
4 结束语
为了能够在种鸡养殖过程中准确测量种鸡的饲料转化率，本文设计出了一种基于物联网技术的种鸡进食量测定系统。该系统主要包括了三个部分，主要实现了三个功能，即RFID身份识别、料盘称重以及信息传输及处理。该系统能够自动完成种鸡的进食量测量，并且数据可经由网络上传至计算机进行处理与显示，实现了养殖业的自动化和信息化。
参考文献
[1]唐亮.我国物联网产业发展现状与产业链分析[D].北京邮电大学,2010.
[2]郭雷风.面向农业领域的大数据关键技术研究[J].2017.
[3]罗春彬,彭龑,易彬.RFID技术发展与应用综述[J].通信技术,2009,42(12):112-114.
论文作者:苏翔宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/20
标签：种鸡论文; 标签论文; 技术论文; 射频论文; 称重论文; 信息论文; 饲料论文; 《基层建设》2018年第14期论文;