基于物聯(lián)網(wǎng)的智能母豬發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)

劉哲 申東東 朱程林 鐘世然 高妍

摘 要： 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，豬的發(fā)情監(jiān)測需要多人配合，耗時長，讓養(yǎng)殖人捉襟見肘。發(fā)現(xiàn)不及時等人員問題，也隨之出現(xiàn)。只有用技術(shù)代替人工，現(xiàn)代化養(yǎng)殖才可打消后患。本文基于針對母豬發(fā)情鑒定進行一系列的研究，通過現(xiàn)如今的人工智能化監(jiān)測，建立種豬的關(guān)鍵體征參數(shù)（如體溫、運動時長、進食總量、靜臥時長、發(fā)情時間等）與母豬發(fā)情概率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并利用該模型對實際檢測的母豬行為特征進行驗證，實現(xiàn)母豬生理和發(fā)情狀況的及時檢測。彌補了浪費大量人力以及發(fā)現(xiàn)不及時的技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);RFID技術(shù);無線通信技術(shù);傳感器;人工智能算法

目前中小型生豬飼養(yǎng)企業(yè)主要通過人工鑒定母豬發(fā)情，耗費大量人力，出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)不及時的情況，影響產(chǎn)仔率，降低了生產(chǎn)效益。市場上也出現(xiàn)了一系列針對母豬發(fā)情檢測的設(shè)備，但普遍存在價格昂貴、操作復(fù)雜等問題，普及率極低。目前為了有效處理這個問題，許多公司也相繼推出了關(guān)于母豬發(fā)情檢測的產(chǎn)品及監(jiān)控系統(tǒng)，但效果并不明顯。

據(jù)資料調(diào)查發(fā)現(xiàn)，富農(nóng)養(yǎng)殖設(shè)備有限公司發(fā)明了一款智能化母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)，[1]該系統(tǒng)的發(fā)情監(jiān)測器不間斷監(jiān)測母豬的發(fā)情狀況，對于達到系統(tǒng)設(shè)置發(fā)情指標(biāo)的母豬進行噴墨標(biāo)記，實現(xiàn)自動分離;廣西小草信息產(chǎn)業(yè)有限公司推出了一款智能化生豬養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，[2]該系統(tǒng)配置的發(fā)情監(jiān)測器利用“公豬效應(yīng)”原理24小時不間斷監(jiān)測母豬的發(fā)情狀況，記錄母豬的電子耳牌以及與公豬接觸的次數(shù)和接觸持續(xù)時間，將達到預(yù)設(shè)發(fā)情閾值的母豬噴墨標(biāo)記，自動提醒飼養(yǎng)員或管理人員對該母豬進行發(fā)情的人工鑒定?；谝陨涎芯?，發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由智能耳標(biāo)部分以及智能網(wǎng)關(guān)兩大部分構(gòu)成，包含溫度傳感與檢測電路、運動傳感與檢測電路、微處理信號采集存儲電路、無線通信電路及其他電路等。

1 設(shè)計概述及目的

為了有效解決以上問題，本文擬設(shè)計的母豬發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下幾個功能：

（1）耳標(biāo)識別：RFID耳標(biāo)識別系統(tǒng)對豬的身份進行自動掃描識別登記，每只豬都具有唯一的身份碼;

（2）體溫監(jiān)測：母豬耳朵上的智能耳標(biāo)能夠采集母豬的體溫數(shù)據(jù)，通過豬的體溫變化了解豬的發(fā)情及其生理狀況，通過攜帶的RFID標(biāo)簽辨別對應(yīng)的豬的體溫同時傳輸?shù)接嬎銠C，計算機保留每只豬的體溫測量信息，養(yǎng)殖戶能夠隨時瀏覽豬的體溫變化圖，若發(fā)現(xiàn)體溫超出正常值的豬，系統(tǒng)再調(diào)用該頭豬的其他生理信息分析判定其是否處于發(fā)情狀態(tài)或發(fā)燒狀態(tài);

（3）運動量監(jiān)測：豬耳朵上的智能耳標(biāo)能夠采集母豬的運動量數(shù)據(jù)，通過豬攜帶的RFID標(biāo)簽識別對應(yīng)的豬同時傳輸?shù)接嬎銠C，計算機保存每個豬的運動量情況，輔以其他參數(shù)指標(biāo)共同測定該頭豬是否處于發(fā)情狀況;

（4）誘引發(fā)情監(jiān)測：對公豬的求偶聲響、外激素氣息、求偶表現(xiàn)等來刺激母豬的腦垂體，引發(fā)母豬排卵、發(fā)情、接受交配等行為的發(fā)生，這種發(fā)情鑒定合乎母豬的天然生理共性，不會給母豬構(gòu)成任何應(yīng)激行為。本項目在豬圈指定區(qū)域放置模擬公豬求偶聲音、激素氣味的裝置，記載該豬只的電子耳牌以及其在此區(qū)域的停留間隔和接觸頻率并上傳到終端，結(jié)合體溫計運動情況進行綜合判定提高準(zhǔn)確度;

（5）智能提醒：該系統(tǒng)會自動結(jié)合豬的各項指標(biāo)（體溫、運動情況以及在模擬公豬區(qū)域停留時間和接觸頻率）進行綜合性分析，如果各項數(shù)值均達到設(shè)定的閾值，將會判定該豬處于發(fā)情期，工作系統(tǒng)自動將該母豬進行噴墨標(biāo)記并同時通過微信或遠程報警方式提前提醒工作人員對其進行及時配種。

2 智能提醒系統(tǒng)模塊分析與設(shè)計

該母豬智能發(fā)情監(jiān)測提醒結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，主要包括以下幾個組成部分：

主控芯片：STC89C51。本文采用STC89C51作為主要芯片，該芯片是完全兼容標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核的系統(tǒng)可編程芯片，其最高工作時鐘頻率為80MHz，片內(nèi)集成512字節(jié)RAM，具有在系統(tǒng)可編程特性且速度快，是高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器。

電源設(shè)計：蓄電池或太陽能供電。本設(shè)計在芯片上放置太陽能供電裝置，通過太陽能為該系統(tǒng)提供電源。

安全防護：RFID識別裝置和防水裝置;

傳感器部分：紅外傳感器，速度傳感器、溫度傳感器，距離傳感器;

警報部分：智能提醒裝置，小燈閃爍裝置。

3 總結(jié)

本設(shè)計是制作一個基于STC89C51單片機的研究設(shè)計母豬個體生理參數(shù)多源感知設(shè)備：通過對單片機、傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及無線傳輸?shù)燃夹g(shù)進行綜合應(yīng)用，以母豬為研究對象，對其個體體溫、脈搏、活動量等參數(shù)進行檢測，并將采集到的信息定時傳送至信息處理中心或終端設(shè)施，對母豬的生理情況進行監(jiān)測記錄，從而建立母豬個體生理參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為判別母豬是否處于發(fā)情期提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻：

[]張樹成.中國豬病的預(yù)防與控制技術(shù)[C].全球豬業(yè)論壇暨2009中國豬業(yè)發(fā)展大會論文集，2009.

[2]亦戈.養(yǎng)豬管理智能化[J].中國畜牧業(yè)，2013（1）：60-63.