智能型种猪测定系统的软件设计

麦永强

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

智能型种猪测定系统的软件设计

麦永强

（广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

智能型种猪生长性能测定系统将RFID射频识别技术、单片机自动控制技术应用到种猪生长性能测定中，能不间断地对测定猪的采食行为进行监控，自动记录、分析采食数据，自动计算日增重和饲料报酬，并生成分析报告，使种猪生长测定实现智能化、自动化，为种猪的遗传选育提供数据依据。

性能测定 采食量 饲料转化 单片机 RFID 电子耳牌

0 引言

近年来，中国的种猪市场基本上被美系、法系和丹系种猪所占领，美国、法国和丹国等国的种猪业之所以如此发达，主要是他们几十年来十分注重种猪的优选优育，建立了科学规范的育种体系，在设备上得益于先进的种猪自动化的生长性能测定系统。

按照种猪生产性能测定规程，30～100 kg平均日增重（ADG，g）、饲料转化率（FCR）是两个必测的重要性能指标[1]。我国目前测定选育手段、技术及设备都比较落后，普遍采用磅秤或电子秤等人工手段进行总量测算，这种手工测定模式存在很大的不足：测定中容易发生主观错误，影响测定的精确性；不能对测定猪生长速度进行连续记录，手工测定中对种猪称重是一个烦琐和费力的过程，每次称重必将对测定猪造成应激并对测定猪生长发育造成不利影响；测定模式决定了测定数据的客观偏差。例如手工测定中测定猪必须采取定时定量的采食方式，其采食方式、采食时间以及采食量与实际生产状况下自由采食模式有偏差[2]。

此外，目前国内基本上还是要借助人工经验来判断种猪的优劣，缺乏科学准确地依据进行判断，从而严重阻碍了我国种猪的选种、育种的发展。但直接大量进口国外的种猪生长性能测定系统设备不太现实，不仅设备比较昂贵，而且服务和维护均不到位，软件操作不便，使许多国内种猪场望而却步。

很多业内专家都指出提高我国养猪业生产水平的关键是发展良种繁育体系[3，4]。应当建立现代猪育种技术体系，采用现代化设备和技术，提高种猪选育效率，加快品种的遗传改良[4]。为了改变国内种猪育种技术的不利现状，广东省现代农业装备研究所研制出符合我国国情的高性能、低价格的种猪生长性能测定系统设备，受到国内种猪育种企业的欢迎。

该智能型种猪生长性能测定系统由硬件和软件组成。硬件主要是测定站，包括供料装置、射频读卡器、单片机智能控制器、饲料称重装置和猪体重称重装置等等；软件主要由智能现场控制器自动控制程序和上位PC主机用户管理软件。本文主要针对智能型种猪生长性能系统软件设计进行分析探讨。图1和图2分别是种猪生产性能测定系统总体布局图和种猪测定站功能示意图。

图1 种猪生长性能测定系统总体布局图

图2 种猪测定站功能示意图

1 智能型种猪生长性能测定工作原理

智能型种猪生长性能测定系统利用RFID射频无源电子耳牌的识别技术，能从一个群体中识别出每个个体的身份，并对采食行为进行动态测定和记录。测定系统中每个测定栏安装一台测定站，每个测定站最多可以饲养12～15头测定猪。当带有电子耳牌的测定种猪进入测定站采食时，立即识别出测定种猪的电子耳牌号码，当这一采食过程结束后，系统会自动记录测定种猪进入和退出测定站的时间、测定猪进入前及退出后料槽重量变化，在测定种猪采食的同时，个体秤重秤将记录该测定猪本次采食时的体重值，并记录每个个体每天的采食次数、采食开始时间、采食结束时间等。

2 智能型测定系统软件系统的设计

智能型种猪生长性能测定系统的核心是智能现场控制器所构建的自动控制系统，测定系统通过智能现场控制器监控所有个体猪只的采食活动，采集和记录猪只每次采食活动所产生的采食量和体重数据，并根据系统设定值自动判断和执行添料动作，所以智能现场控制器主控程序是测定系统的软件系统的关键部分。

测定系统的软件系统的另一重要部分是安装在上位PC机Windows XP中的用户测定管理软件，用户可以通过管理软件进行测定站的设置、检测和测定猪的数据管理和报表分析。PC主机通过分析采集的数据，对每头被测猪只的生长性能进行比较分析，并对数据进行汇总，输出报表和曲线图。

2.1 智能现场控制器主控程序

种猪测定自动控制系统通过RFID射频读卡器天线感应读取佩带电子耳标的采食猪只的号码，并通过电子称体重传感器采集该猪只的体重数据，当进食完毕，佩带电子耳标猪只离开，读卡器信号消失，控制器执行另一工作，称出食槽剩余饲料质量，如剩余饲料不足，自动供料装置的加料电机工作，补充完饲料，再次称饲料质量，然后进入下一次工作循环。智能现场控制器既可以通过触摸屏直接调整各种控制参数和显示测量结果，也可以通过有线通信模块与主机实现双向数据通信，在主机上控制系统的运行。

智能现场控制器主控程序用单片机专用汇编语言编写，结构紧凑，运行可靠。主控程序主流程如图3所示。

智能现场控制器主控程序要实现以下多种功能：监控管理，总线控制及地址分配，建立与上位机、电子秤、RFID的通讯，送料马达的驱动及管理，显示器驱动及键盘的扫描等程序组成。软件采用模块化编程，按不同功能包括：RFID电子耳牌与读卡器软件模块、种猪行为的数模软件、控制器数据采集及处理软件模块、通信模块。

2.2 上位PC机用户管理软件

图3 控制系统主流程图

上位电脑管理软件在Windows XP环境下运行，界面简洁美观、人机界面友好。采用“模块化程序设计”(modular pro-gramming)模式，把系统或程序作为一组模块集合来开发[5]，具体由主控程序和若干功能模块组成，功能包括：建立数据库、建立有关采食活动、饲料消耗量、增重、生长速度、料肉比等的数学模型，接收控制器发送来的数据形成数据文件，采用数据库技术和所建立的种猪测定的数学模型，对数据文件进行处理，将处理结果显示和送控制器进行相关控制。其软件结构如图4所示。

2.2.1 主控模块

主控模块全面负责其他功能模块的调用，对全部运行状态进行管理。主界面如图5所示。

图4 管理软件功能结构图

图5 用户管理软件主界面

2.2.2 监控操作模块

监控操作模块包括传送数据、测定控制、监控测定站、测定站状况、数据处理程序5个功能子模块。

传送数据是把选择的全部或部分测定站的智能现场控制器所记录贮存的测定猪采食事件数据传送到主电脑；测定控制可设定测定开始日期和终止日期，更改猪的电子耳标和更改测定猪号码，如有测定猪需要转移到别的测定站，也可在此完成设置；监控测定站指实时监控所有测定站的工作状态，每秒更新一次，状态监视界面显示电子耳标号、进入测定站时间、退出时间、采食前料重、采食后料重和测定猪体重；测定站状况可以显示各个测定站的连接状况，通过观察测定站通讯连接状况，也可作为一个故障诊断的方法；数据处理程序可以从外部文件中导入数据、导出每日数据或事件数据到文件，数据的备份和恢复，删除数据和对数据重新索引等功能。其中备份数据界面如图6所示。

图6 备份数据界面

2.2.3 分析报告

本功能模块主要查询、显示和汇总各种相关的数据、报表和图形，各种报告都可以以报表或图表的形式打印出来，供用户直观分析或浏览，是供用户对种猪择优汰劣的重要依据。

种猪日生长性能报告：显示了每头测定猪的各项详细测定数据，包括每日数据栏、汇总栏和曲线图三种显示，详细体现了该测定猪的电子耳标号、总采食量、总采食次数、总采食时长、平均日增重

和总增重等。

我们通过测定系统软件的分析报告菜单下的种猪日生长性能报告功能可生成完整的种猪生长性能报告文档。

表1是385号种猪的生长性能报告汇总，记录了所有有关的数据，如起始体重和测定结束时的体重、测定时间、采食次数、采食时间等，以及计算出的平均日增重、饲料转化率等。

图7体现了种猪385每天的饲料消耗量，表明其采食情况良好，基本没有太大的波动。

比较稳定、规律的数据也从侧面反映了这段时间385猪的健康状态是不错的，从图8的生长曲线图也验证了这一点，385猪这段时间的生长曲线平滑，发育、增重良好。

表1 种猪385生长性能报告汇总表

图7 种猪385饲料消耗量柱形图

图8 种猪385生长曲线图

数据类总报告：将测定猪的日记录数据进行类总，然后可以对测定猪的生产性能进行比较。也可以设定各种限制条件，得到筛选后的符合条件的测定猪的数据。

测定站内种猪性能报告：列出某天中某个测定站内所有测定猪的测定数据，便于用户了解该测定站的测定猪状况。

预警报告：通过设置最低采食量参数，可方便地在测定猪采食量低或不采食时，提供早期预警，防止影响测定猪的健康。对当天那些采食量低于最低值的猪突出显示，方便用户进行进一步检查。

测定站数据汇总：通过测定站数据的汇总报告，可以检查测定站运行情况和测定猪在测定站内的采食情况。显示每个测定站的饲料投放总量、总采食时间、总采食次数、平均体重等，便于检查采食量和体重的变化趋势，如图9所示。

图9 测定站数据汇总

事件数据：显示各测定站的事件数据，事件数据是各种报告的基本信息来源，代表测定猪每次的采食情况和测定站自身的运转情况。

2.2.4 系统配置

系统配置模块主要是设置测定系统通信端口，对测定站的运转活动进行自动或手工诊断，以及校准每个测定站的料称、体称，以及设置一些其他预设值。每次测定站使用前都应进行校准，以保证测定站测量数据的准确性。日志文件包括喂料日志和错误日志，智能现场控制器在每次有效加料动作后，记录该次加料事件，检查这些记录可以监视测定站的内部运转状况，当测定站加料失败时，智能现场控制器会记录出错信息，并显示出错代码和错误描述。

2.2.5 在线帮助

提供在线帮助，通过网络，工程师对用户使用中产生的各种问题进行分析、解答，帮助用户快速掌握设备和软件的正确使用方法。

3 结论

本课题研发的系统操作软件均是中文平台，功能设计全面合理，满足了种猪选育的生产要求，人机对话界面友好，简单易用，种猪场的育种人员经过简单培训，即可轻松使用。

智能型种猪生长性能测定系统的研制，将RFID射频识别技术、单片机自动控制技术、计算机通讯技术和数据库分析应用到种猪生长性能测定中，使种猪测定实现智能化、自动化，大大减轻了饲养员的劳动强度，提高了工作效率，提高了效益，促进了种猪遗传育种的发展，提高了我国养猪生产水平。种猪测定系统有助于猪行为学、采食量性状和精准饲料配方的研究，使其应用不仅仅局限于种猪中心测定站或大型育种公司[6]。

[1]中华人民共和国农业部.NY/T 822-2004种猪

生产性能测定规程[S].北京，中国农业出版社，2004.

[2]刘敬顺，施景橙.精确化饲养技术在现代养猪业中的应用[OL].[2014-04-08].http://www.china breed.com/pig/manage/2006/08/2006082980992. shtml.

[3]陈清明，王连纯.现代养猪生产[M].北京：中国农业大学出版社，1999.

[4]王爱国.我国生猪良种繁育体系的建设[J].中国牧业通讯，2007（22）：64-66

[5]童时中.模块化与计算机软件设计[J].标准化报道，1997（4）.

[6]刘敬顺，刘小红.全自动种猪测定系统（F.I.R. E）在猪育种中的研究和应用[J].今日养猪业，2004（3）：73-75.

麦永强（1972—），男，汉族，广东高明人，硕士，机电工程师。主要从事现代畜牧养殖机械设备的研究。