智能型種豬測定系統(tǒng)的軟件設(shè)計

麥永強

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

智能型種豬測定系統(tǒng)的軟件設(shè)計

麥永強

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)將RFID射頻識別技術(shù)、單片機自動控制技術(shù)應(yīng)用到種豬生長性能測定中，能不間斷地對測定豬的采食行為進行監(jiān)控，自動記錄、分析采食數(shù)據(jù)，自動計算日增重和飼料報酬，并生成分析報告，使種豬生長測定實現(xiàn)智能化、自動化，為種豬的遺傳選育提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

性能測定 采食量 飼料轉(zhuǎn)化 單片機 RFID 電子耳牌

0 引言

近年來，中國的種豬市場基本上被美系、法系和丹系種豬所占領(lǐng)，美國、法國和丹國等國的種豬業(yè)之所以如此發(fā)達，主要是他們幾十年來十分注重種豬的優(yōu)選優(yōu)育，建立了科學(xué)規(guī)范的育種體系，在設(shè)備上得益于先進的種豬自動化的生長性能測定系統(tǒng)。

按照種豬生產(chǎn)性能測定規(guī)程，30～100 kg平均日增重（ADG，g）、飼料轉(zhuǎn)化率（FCR）是兩個必測的重要性能指標(biāo)[1]。我國目前測定選育手段、技術(shù)及設(shè)備都比較落后，普遍采用磅秤或電子秤等人工手段進行總量測算，這種手工測定模式存在很大的不足：測定中容易發(fā)生主觀錯誤，影響測定的精確性；不能對測定豬生長速度進行連續(xù)記錄，手工測定中對種豬稱重是一個煩瑣和費力的過程，每次稱重必將對測定豬造成應(yīng)激并對測定豬生長發(fā)育造成不利影響；測定模式?jīng)Q定了測定數(shù)據(jù)的客觀偏差。例如手工測定中測定豬必須采取定時定量的采食方式，其采食方式、采食時間以及采食量與實際生產(chǎn)狀況下自由采食模式有偏差[2]。

此外，目前國內(nèi)基本上還是要借助人工經(jīng)驗來判斷種豬的優(yōu)劣，缺乏科學(xué)準(zhǔn)確地依據(jù)進行判斷，從而嚴重阻礙了我國種豬的選種、育種的發(fā)展。但直接大量進口國外的種豬生長性能測定系統(tǒng)設(shè)備不太現(xiàn)實，不僅設(shè)備比較昂貴，而且服務(wù)和維護均不到位，軟件操作不便，使許多國內(nèi)種豬場望而卻步。

很多業(yè)內(nèi)專家都指出提高我國養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)水平的關(guān)鍵是發(fā)展良種繁育體系[3，4]。應(yīng)當(dāng)建立現(xiàn)代豬育種技術(shù)體系，采用現(xiàn)代化設(shè)備和技術(shù)，提高種豬選育效率，加快品種的遺傳改良[4]。為了改變國內(nèi)種豬育種技術(shù)的不利現(xiàn)狀，廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所研制出符合我國國情的高性能、低價格的種豬生長性能測定系統(tǒng)設(shè)備，受到國內(nèi)種豬育種企業(yè)的歡迎。

該智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件主要是測定站，包括供料裝置、射頻讀卡器、單片機智能控制器、飼料稱重裝置和豬體重稱重裝置等等；軟件主要由智能現(xiàn)場控制器自動控制程序和上位PC主機用戶管理軟件。本文主要針對智能型種豬生長性能系統(tǒng)軟件設(shè)計進行分析探討。圖1和圖2分別是種豬生產(chǎn)性能測定系統(tǒng)總體布局圖和種豬測定站功能示意圖。

圖1 種豬生長性能測定系統(tǒng)總體布局圖

圖2 種豬測定站功能示意圖

1 智能型種豬生長性能測定工作原理

智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)利用RFID射頻無源電子耳牌的識別技術(shù)，能從一個群體中識別出每個個體的身份，并對采食行為進行動態(tài)測定和記錄。測定系統(tǒng)中每個測定欄安裝一臺測定站，每個測定站最多可以飼養(yǎng)12～15頭測定豬。當(dāng)帶有電子耳牌的測定種豬進入測定站采食時，立即識別出測定種豬的電子耳牌號碼，當(dāng)這一采食過程結(jié)束后，系統(tǒng)會自動記錄測定種豬進入和退出測定站的時間、測定豬進入前及退出后料槽重量變化，在測定種豬采食的同時，個體秤重秤將記錄該測定豬本次采食時的體重值，并記錄每個個體每天的采食次數(shù)、采食開始時間、采食結(jié)束時間等。

2 智能型測定系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的設(shè)計

智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)的核心是智能現(xiàn)場控制器所構(gòu)建的自動控制系統(tǒng)，測定系統(tǒng)通過智能現(xiàn)場控制器監(jiān)控所有個體豬只的采食活動，采集和記錄豬只每次采食活動所產(chǎn)生的采食量和體重數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定值自動判斷和執(zhí)行添料動作，所以智能現(xiàn)場控制器主控程序是測定系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

測定系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的另一重要部分是安裝在上位PC機Windows XP中的用戶測定管理軟件，用戶可以通過管理軟件進行測定站的設(shè)置、檢測和測定豬的數(shù)據(jù)管理和報表分析。PC主機通過分析采集的數(shù)據(jù)，對每頭被測豬只的生長性能進行比較分析，并對數(shù)據(jù)進行匯總，輸出報表和曲線圖。

2.1 智能現(xiàn)場控制器主控程序

種豬測定自動控制系統(tǒng)通過RFID射頻讀卡器天線感應(yīng)讀取佩帶電子耳標(biāo)的采食豬只的號碼，并通過電子稱體重傳感器采集該豬只的體重數(shù)據(jù)，當(dāng)進食完畢，佩帶電子耳標(biāo)豬只離開，讀卡器信號消失，控制器執(zhí)行另一工作，稱出食槽剩余飼料質(zhì)量，如剩余飼料不足，自動供料裝置的加料電機工作，補充完飼料，再次稱飼料質(zhì)量，然后進入下一次工作循環(huán)。智能現(xiàn)場控制器既可以通過觸摸屏直接調(diào)整各種控制參數(shù)和顯示測量結(jié)果，也可以通過有線通信模塊與主機實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信，在主機上控制系統(tǒng)的運行。

智能現(xiàn)場控制器主控程序用單片機專用匯編語言編寫，結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠。主控程序主流程如圖3所示。

智能現(xiàn)場控制器主控程序要實現(xiàn)以下多種功能：監(jiān)控管理，總線控制及地址分配，建立與上位機、電子秤、RFID的通訊，送料馬達的驅(qū)動及管理，顯示器驅(qū)動及鍵盤的掃描等程序組成。軟件采用模塊化編程，按不同功能包括：RFID電子耳牌與讀卡器軟件模塊、種豬行為的數(shù)模軟件、控制器數(shù)據(jù)采集及處理軟件模塊、通信模塊。

2.2 上位PC機用戶管理軟件

圖3 控制系統(tǒng)主流程圖

上位電腦管理軟件在Windows XP環(huán)境下運行，界面簡潔美觀、人機界面友好。采用“模塊化程序設(shè)計”(modular pro-gramming)模式，把系統(tǒng)或程序作為一組模塊集合來開發(fā)[5]，具體由主控程序和若干功能模塊組成，功能包括：建立數(shù)據(jù)庫、建立有關(guān)采食活動、飼料消耗量、增重、生長速度、料肉比等的數(shù)學(xué)模型，接收控制器發(fā)送來的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)文件，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和所建立的種豬測定的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)據(jù)文件進行處理，將處理結(jié)果顯示和送控制器進行相關(guān)控制。其軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2.1 主控模塊

主控模塊全面負責(zé)其他功能模塊的調(diào)用，對全部運行狀態(tài)進行管理。主界面如圖5所示。

圖4 管理軟件功能結(jié)構(gòu)圖

圖5 用戶管理軟件主界面

2.2.2 監(jiān)控操作模塊

監(jiān)控操作模塊包括傳送數(shù)據(jù)、測定控制、監(jiān)控測定站、測定站狀況、數(shù)據(jù)處理程序5個功能子模塊。

傳送數(shù)據(jù)是把選擇的全部或部分測定站的智能現(xiàn)場控制器所記錄貯存的測定豬采食事件數(shù)據(jù)傳送到主電腦；測定控制可設(shè)定測定開始日期和終止日期，更改豬的電子耳標(biāo)和更改測定豬號碼，如有測定豬需要轉(zhuǎn)移到別的測定站，也可在此完成設(shè)置；監(jiān)控測定站指實時監(jiān)控所有測定站的工作狀態(tài)，每秒更新一次，狀態(tài)監(jiān)視界面顯示電子耳標(biāo)號、進入測定站時間、退出時間、采食前料重、采食后料重和測定豬體重；測定站狀況可以顯示各個測定站的連接狀況，通過觀察測定站通訊連接狀況，也可作為一個故障診斷的方法；數(shù)據(jù)處理程序可以從外部文件中導(dǎo)入數(shù)據(jù)、導(dǎo)出每日數(shù)據(jù)或事件數(shù)據(jù)到文件，數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)，刪除數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)重新索引等功能。其中備份數(shù)據(jù)界面如圖6所示。

圖6 備份數(shù)據(jù)界面

2.2.3 分析報告

本功能模塊主要查詢、顯示和匯總各種相關(guān)的數(shù)據(jù)、報表和圖形，各種報告都可以以報表或圖表的形式打印出來，供用戶直觀分析或瀏覽，是供用戶對種豬擇優(yōu)汰劣的重要依據(jù)。

種豬日生長性能報告：顯示了每頭測定豬的各項詳細測定數(shù)據(jù)，包括每日數(shù)據(jù)欄、匯總欄和曲線圖三種顯示，詳細體現(xiàn)了該測定豬的電子耳標(biāo)號、總采食量、總采食次數(shù)、總采食時長、平均日增重

和總增重等。

我們通過測定系統(tǒng)軟件的分析報告菜單下的種豬日生長性能報告功能可生成完整的種豬生長性能報告文檔。

表1是385號種豬的生長性能報告匯總，記錄了所有有關(guān)的數(shù)據(jù)，如起始體重和測定結(jié)束時的體重、測定時間、采食次數(shù)、采食時間等，以及計算出的平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率等。

圖7體現(xiàn)了種豬385每天的飼料消耗量，表明其采食情況良好，基本沒有太大的波動。

比較穩(wěn)定、規(guī)律的數(shù)據(jù)也從側(cè)面反映了這段時間385豬的健康狀態(tài)是不錯的，從圖8的生長曲線圖也驗證了這一點，385豬這段時間的生長曲線平滑，發(fā)育、增重良好。

表1 種豬385生長性能報告匯總表

圖7 種豬385飼料消耗量柱形圖

圖8 種豬385生長曲線圖

數(shù)據(jù)類總報告：將測定豬的日記錄數(shù)據(jù)進行類總，然后可以對測定豬的生產(chǎn)性能進行比較。也可以設(shè)定各種限制條件，得到篩選后的符合條件的測定豬的數(shù)據(jù)。

測定站內(nèi)種豬性能報告：列出某天中某個測定站內(nèi)所有測定豬的測定數(shù)據(jù)，便于用戶了解該測定站的測定豬狀況。

預(yù)警報告：通過設(shè)置最低采食量參數(shù)，可方便地在測定豬采食量低或不采食時，提供早期預(yù)警，防止影響測定豬的健康。對當(dāng)天那些采食量低于最低值的豬突出顯示，方便用戶進行進一步檢查。

測定站數(shù)據(jù)匯總：通過測定站數(shù)據(jù)的匯總報告，可以檢查測定站運行情況和測定豬在測定站內(nèi)的采食情況。顯示每個測定站的飼料投放總量、總采食時間、總采食次數(shù)、平均體重等，便于檢查采食量和體重的變化趨勢，如圖9所示。

圖9 測定站數(shù)據(jù)匯總

事件數(shù)據(jù)：顯示各測定站的事件數(shù)據(jù)，事件數(shù)據(jù)是各種報告的基本信息來源，代表測定豬每次的采食情況和測定站自身的運轉(zhuǎn)情況。

2.2.4 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置模塊主要是設(shè)置測定系統(tǒng)通信端口，對測定站的運轉(zhuǎn)活動進行自動或手工診斷，以及校準(zhǔn)每個測定站的料稱、體稱，以及設(shè)置一些其他預(yù)設(shè)值。每次測定站使用前都應(yīng)進行校準(zhǔn)，以保證測定站測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。日志文件包括喂料日志和錯誤日志，智能現(xiàn)場控制器在每次有效加料動作后，記錄該次加料事件，檢查這些記錄可以監(jiān)視測定站的內(nèi)部運轉(zhuǎn)狀況，當(dāng)測定站加料失敗時，智能現(xiàn)場控制器會記錄出錯信息，并顯示出錯代碼和錯誤描述。

2.2.5 在線幫助

提供在線幫助，通過網(wǎng)絡(luò)，工程師對用戶使用中產(chǎn)生的各種問題進行分析、解答，幫助用戶快速掌握設(shè)備和軟件的正確使用方法。

3 結(jié)論

本課題研發(fā)的系統(tǒng)操作軟件均是中文平臺，功能設(shè)計全面合理，滿足了種豬選育的生產(chǎn)要求，人機對話界面友好，簡單易用，種豬場的育種人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)，即可輕松使用。

智能型種豬生長性能測定系統(tǒng)的研制，將RFID射頻識別技術(shù)、單片機自動控制技術(shù)、計算機通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫分析應(yīng)用到種豬生長性能測定中，使種豬測定實現(xiàn)智能化、自動化，大大減輕了飼養(yǎng)員的勞動強度，提高了工作效率，提高了效益，促進了種豬遺傳育種的發(fā)展，提高了我國養(yǎng)豬生產(chǎn)水平。種豬測定系統(tǒng)有助于豬行為學(xué)、采食量性狀和精準(zhǔn)飼料配方的研究，使其應(yīng)用不僅僅局限于種豬中心測定站或大型育種公司[6]。

[1]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 822-2004種豬

生產(chǎn)性能測定規(guī)程[S].北京，中國農(nóng)業(yè)出版社，2004.

[2]劉敬順，施景橙.精確化飼養(yǎng)技術(shù)在現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)中的應(yīng)用[OL].[2014-04-08].http://www.china breed.com/pig/manage/2006/08/2006082980992. shtml.

[3]陳清明，王連純.現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4]王愛國.我國生豬良種繁育體系的建設(shè)[J].中國牧業(yè)通訊，2007（22）：64-66

[5]童時中.模塊化與計算機軟件設(shè)計[J].標(biāo)準(zhǔn)化報道，1997（4）.

[6]劉敬順，劉小紅.全自動種豬測定系統(tǒng)（F.I.R. E）在豬育種中的研究和應(yīng)用[J].今日養(yǎng)豬業(yè)，2004（3）：73-75.

麥永強（1972—），男，漢族，廣東高明人，碩士，機電工程師。主要從事現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖機械設(shè)備的研究。