項(xiàng)建廷++趙毅++趙爾迪++劉立強(qiáng)

摘要：為了研發(fā)適合國內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際的擠奶自動化技術(shù)與裝備，設(shè)計一種可測定和采集奶牛運(yùn)動步數(shù)與體溫變化情況的奶牛計步器，以及一款無線組網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模式的奶牛場信息管理軟件。該成果的推廣應(yīng)用可促進(jìn)養(yǎng)牛業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效益和集約化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：奶牛；計步器；信息管理；軟件；功能

中圖分類號：S817.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）04-0021-04

近年來，我國部分奶牛場發(fā)展迅速，實(shí)施了規(guī)?；B(yǎng)殖，亟需大力開發(fā)適合國內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際的擠奶自動化裝備，并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)儲備。本研究綜合國內(nèi)外奶牛場特點(diǎn)及奶牛信息化發(fā)展情況，在當(dāng)前技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)出用于測定和采集奶牛運(yùn)動步數(shù)與體溫變化情況的奶牛計步器，以及無線組網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模式的奶牛場信息管理軟件。

1 奶牛計步采集部分設(shè)計

采用計步器監(jiān)測奶牛發(fā)情期。通過監(jiān)測奶牛每天的行走步數(shù)，利用無線模塊將數(shù)據(jù)上傳計算機(jī)，判斷步數(shù)是否有大幅增加，來確定奶牛是否處于發(fā)情期中。

本研究設(shè)計一種計步器（如圖1所示），其主要特點(diǎn)為：1） 超低功耗?？刂破鬟x取超低功耗的MCU；無線發(fā)射端采用zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，模塊工作時電流僅為25 mA，休眠時電流小于1 μA；對硬件電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，有效降低輸入漏電流，從而大大降低系統(tǒng)的整體功耗。2） 記錄準(zhǔn)確。提出一種新的動態(tài)自適應(yīng)計步算法，利用三軸加速度傳感器，建立準(zhǔn)確的奶牛運(yùn)動模型，精確記錄奶牛行走的步數(shù)。3） 便于佩戴使用。計步器體積小、質(zhì)量輕，便于佩戴在奶牛的脖子和小腿處，不會使奶牛不適。

2 管理軟件設(shè)計

2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1） 阿菲牧牧場管理軟件。以色列阿菲金公司研發(fā)的阿菲牧牧場管理系統(tǒng)軟件是一種供奶牛場使用的智能化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過收集和分析奶牛場數(shù)據(jù)庫，對奶牛場的生產(chǎn)進(jìn)行信息化管理，其涵蓋了奶牛場所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為養(yǎng)殖戶提供了一個有效的信息度量工具。阿菲牧所收集的數(shù)據(jù)資料和數(shù)據(jù)庫使管理者始終能獲取信息的“制高點(diǎn)”，防患于未然，從而做出最好的管理決策。同時，阿菲牧也為牧場技術(shù)人員提供了便捷的工具，使其通過軟件可以準(zhǔn)確得到牛群個體的詳細(xì)信息，真正做到信息的可溯性，為高效工作奠定基礎(chǔ)。

2） Crystal牧場管理軟件。Crystal是Fullwood公司開發(fā)的一個易于使用的智能化牧群管理軟件，配合該公司研發(fā)的智能化擠奶自動化裝備使用。Crystal軟件貫穿了奶牛場生產(chǎn)和管理的各個環(huán)節(jié)，其根本任務(wù)是提供過程控制、信息管理和決策支持的解決方案，提高畜牧業(yè)的生產(chǎn)力、盈利能力和改善生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化與智能化。Crystal的功能十分強(qiáng)大，從整體上分為兩部分，即在所有奶牛的層面上工作和在個體奶牛的層面上工作。Crystal提供的個體奶牛信息十分豐富，從基本信息和健康信息到繁殖、擠奶、飼喂、日程、活動等奶牛生命周期的全部信息與數(shù)據(jù)，都可以自動地由Crystal控制。

3） 豐頓奶牛場管理信息系統(tǒng)。豐頓奶牛場管理信息系統(tǒng)（FreeDMS 4.0）憑借中國農(nóng)業(yè)大學(xué)專業(yè)技術(shù)支撐，結(jié)合國外最新奶牛科學(xué)管理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)國內(nèi)數(shù)十位奶牛飼養(yǎng)專家的育種、養(yǎng)殖、生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營管理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，遵循我國奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（最新第3版）開發(fā)，并經(jīng)多家奶牛場實(shí)施應(yīng)用而發(fā)展成熟，是實(shí)現(xiàn)奶牛場降本增效和管理現(xiàn)代化的有力保證。該系統(tǒng)可完全實(shí)現(xiàn)奶牛生長繁育全生命周期、胎次產(chǎn)奶周期和奶牛養(yǎng)殖企業(yè)日常生產(chǎn)、經(jīng)營管理的規(guī)范化、科學(xué)化、透明化。該系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)功能包括參數(shù)設(shè)置、基本數(shù)據(jù)錄入、CNDHI接口、報告分析、智能預(yù)警、精液管理、獸醫(yī)保健、飼喂與營養(yǎng)、選種選配。

2.2 奶牛場信息管理軟件研發(fā)

2.2.1 研發(fā)背景 當(dāng)前，大型奶牛場普遍引進(jìn)擠奶自動化裝備代替人工擠奶作業(yè)。為了配合擠奶自動化裝備完成擠奶任務(wù)，提高擠奶效率；同時為了對擠奶自動化裝備在擠奶過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計、分析，發(fā)現(xiàn)奶牛的健康問題，管控產(chǎn)出牛奶的質(zhì)量；也為了方便管理人員對奶場環(huán)境、奶牛及其他資產(chǎn)和資源進(jìn)行管理，控制生產(chǎn)成本，做出決策和規(guī)劃，遂研究開發(fā)一款“奶牛場信息管理軟件”。

2.2.2 軟件功能 奶牛場信息管理軟件可以收集、統(tǒng)計、分析擠奶過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，以及對擠奶自動化裝備進(jìn)行一些參數(shù)設(shè)定。其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。1） 用戶權(quán)限控制功能。主要是登錄保護(hù)，禁止未授權(quán)的用戶使用本軟件；將授權(quán)用戶分為普通用戶和管理員用戶，管理員比普通用戶有更多的權(quán)限，包括增加、刪除普通用戶（組）和對軟件的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，普通用戶不能使用軟件的某些功能。2） 系統(tǒng)設(shè)置功能。主要是對軟件的運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，包括一些基本設(shè)置（設(shè)置時間、功能快捷鍵等），數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出設(shè)置，軟件頁面布局設(shè)置（顯示或隱蔽一些區(qū)域、起始頁的布局），報表或列表設(shè)置，以及用戶權(quán)限設(shè)置。3） 奶牛信息管理功能。主要是對每頭個體奶牛的所有信息（基本信息、健康信息、繁殖信息、日程信息、擠奶信息、飼喂信息等）進(jìn)行管理，包括對信息的收集、整理、顯示、分析等。4） 牛舍信息管理功能。主要是收集牛舍中多個地點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)，這些傳感器對牛舍環(huán)境信息（溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度、牛舍通風(fēng)條件等）進(jìn)行監(jiān)控。5） 數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能。主要是方便用戶對軟件的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入和導(dǎo)出操作。用戶可以將當(dāng)前數(shù)據(jù)導(dǎo)入到其他文件進(jìn)行備份，或者將其他文件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入當(dāng)前的工作環(huán)境。6） 奶牛信息摘要功能。主要是在用戶打開登錄后，向用戶展示其感興趣的奶牛信息的摘要或報告。用戶可以快速定位奶牛（如患有乳房炎的奶?；蚣磳a(chǎn)犢的奶牛），然后進(jìn)行后續(xù)操作。7） 生成報告功能。主要是讓用戶自定義報告的格式，然后軟件對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并生成報告。

2.2.3 軟件功能需求詳述

1） 用戶權(quán)限控制。該功能的業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

2） 系統(tǒng)設(shè)置。① 背景數(shù)據(jù)交換時間。為防止軟件使用過程中發(fā)生意外情況導(dǎo)致擠奶自動化裝備的實(shí)時數(shù)據(jù)丟失，軟件需要每隔一段時間在任務(wù)空閑時將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，時間間隔可以由用戶設(shè)置，以避免由于頻繁的寫入導(dǎo)致當(dāng)前任務(wù)處理變慢。② 數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。可以設(shè)定軟件是否在重新啟動時自動恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。

3） 奶牛信息管理。① 奶?；拘畔?。可以顯示個體奶牛的基本信息和奶牛的一些基本設(shè)置?；拘畔ǎ耗膛＞幪枺↖D）、分組編號、奶牛耳號、計步器編號、性別、毛色、品種、牛舍編號、牛場、出生日期和用途。除以上基本信息外，還可顯示個體奶牛的生育信息。奶牛的雙親信息可被用來查看該奶牛的血統(tǒng)和世系圖譜，該功能可以顯示奶牛雙親的編號（ID）。② 奶牛分組信息?？梢砸罁?jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對同一頭奶牛進(jìn)行分組。軟件提供4種分類方法，分別是根據(jù)飼喂量、根據(jù)產(chǎn)奶量、根據(jù)哺乳期天數(shù)、根據(jù)用途。③ 其他數(shù)據(jù)?？梢燥@示奶牛的一些附加信息，包括：添加日期、最后修改、顯示該奶牛信息的最后一次修改的日期、日程信息、擠奶信息、擠奶列表、擠奶量統(tǒng)計、營養(yǎng)成分、裝備設(shè)置、每天擠奶量的統(tǒng)計圖、當(dāng)前情況、整個泌乳期的情況、配給量算法等。

2.3 模塊設(shè)計

2.3.1 奶牛信息摘要模塊 該模塊在用戶登錄后的第一個界面顯示，方便用戶查看。默認(rèn)顯示所有奶牛的信息，根據(jù)在設(shè)置模塊的用戶設(shè)置，顯示用戶感興趣的信息項(xiàng)。模塊界面采用MFC的“組合列表框”控件，默認(rèn)顯示的信息項(xiàng)有：組（牛群）編號、牛只編號、耳號、性別、生長階段、產(chǎn)奶階段、計步器數(shù)據(jù)。模塊界面設(shè)計如圖4所示。

該模塊中還設(shè)計了一個篩選器，這樣用戶就可以在界面中只關(guān)注某些符合條件的奶牛。例如，只關(guān)注在“泌乳期”的奶?；蛑魂P(guān)注在“干奶期”的奶牛。用戶雙擊列表中的某條奶牛信息，將彈出一個模態(tài)對話框，即是該奶牛的各種詳細(xì)信息。

2.3.2 奶?；拘畔⒛K 該模塊可根據(jù)需求分析的要求，顯示一頭奶牛的各種基本信息。模塊界面設(shè)計如圖5所示。

為了使該界面可復(fù)用（與添加奶牛信息使用同一個界面），根據(jù)不同的數(shù)據(jù)，設(shè)計使用不同的MFC控件。例如，性別使用了單選按鈕（Radio button），毛色、品種等可選擇的數(shù)據(jù)使用了組合框控件（Combo box），出生日期使用了時間日期選擇控件（Date Time Picker）。

2.3.3 擠奶信息模塊 該模塊處理奶牛擠奶過程中擠奶自動化裝備的各種傳感器傳過來的各種數(shù)據(jù)，還會顯示數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史數(shù)據(jù)。模塊界面（如圖6所示）中“每天擠奶量統(tǒng)計”折線圖使用了TeeChart這一第三方MFC控件。

該模塊中有多處數(shù)據(jù)庫讀取操作。界面初始化時，需要初始化列表組合控件和圖表控件的數(shù)據(jù)。初始化列表數(shù)據(jù)所使用的SQL語句為：

SELECT MilkDate， MilkTime， Duration， Yield， Result FROM t_CowMilking WHERE CowID=id ORDER BY MilkDate DESC， MilkTime ASC；

此SQL語句在數(shù)據(jù)庫表中查詢出擠奶數(shù)據(jù)，并按照日期降序、時間升序排列。

3 結(jié)語

本研究開發(fā)的奶牛計步器與奶牛場信息管理軟件產(chǎn)品經(jīng)推廣銷售后，每100萬元的銷售收入將獲得30萬元的利潤。黑龍江省奶牛存欄量300萬頭，全省規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場2 279個。隨著推廣范圍擴(kuò)大，銷售量將會逐年增加，前景廣闊。該成果的推廣應(yīng)用是促進(jìn)養(yǎng)牛業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效益和集約化發(fā)展的有效途徑，在推動奶牛飼養(yǎng)、奶牛生產(chǎn)等行業(yè)發(fā)展的同時，可帶動奶牛用品生產(chǎn)、加工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展。

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