引言
我国蛋鸡存栏量与鸡蛋总产量在1985年超过美国后，长期居于世界首位。随着蛋鸡养殖规模化和集约化的不断发展，信息化建设在蛋鸡养殖综合经济效益方面的作用日益突显。蛋鸡生产信息化己经成为我国农业信息化建设的一个重要方向。信息技术在蛋鸡养殖中的应用，从家禽业角度可以分为遗传育种计算、饲料配方设计、疾病诊断与疫情监测、辅助生产管理、控制生产过程等。对于笼养蛋鸡己经开展并取得成果的研究主要集中在蛋鸡饲料营养、鸡病诊断的专家系统的建立、鸡舍的环境监测和智能控制设备设计，以及与蛋鸡有关的食品安全追溯系统研制等领域。随着福利化健康养殖的兴起，针对散养蛋鸡个体和群体行为分析、视频监控等研究也陆续展开。在养殖设备方面，相关研究主要关注养鸡工程工艺、环境调控、粪污处理与利用，以及饮水设备、自动喂料设备、湿帘蒸发降温设备、畜用通风设备和自动捡蛋设备等。但是，目前对于如何开发和设计智能化、信息化的蛋鸡养殖设备尚缺乏深入的研究，我国在自动化蛋鸡养殖设备、养殖信息化方面还比较落后，有必要结合我国国情特色研究标准化的蛋鸡智能养殖设备。
规模化蛋鸡饲养过程中饲养风险的辨别和规避需要实时、连续地获取蛋鸡的生理和生产数据，目前数据的收集处理主要是依赖于手工方式。这样不但耗费了大量的时间和精力，而且人工观察到的数据主观性强，不利于精确、稳定、连续地记录。人工测量数据的方式会对蛋鸡的生活环境和生理状态产生影响，甚至引起鸡的应激反应，进而影响到监测数据的准确风险。因此，有必要设计一种新型智能鸡笼，在鸡只饲养过程中处于自然状态的情况下，鸡笼设备自动采集相关生产参数并进行统计分析，给出提示与预警。本文在前人研究的基础上，提出了一种基于物联网的新型鸡笼设计与实现，系统利用多传感器分别采集蛋鸡个体的各种生产参数，包括采食量、饮水量、饮水次数、排泄量、产蛋时间及鸡蛋质量等，经微处理器进行信息融合后以网络的方式将采集数据传回PC端，实现了蛋鸡自然状态下生产数据的远程采集和可视化数据处理。
1智能鸡笼的结构和通信
1.1机械结构设计
采食量、排泄量、饮水量、蛋质量检测采用HL一8型悬臂式荷重传感器，产蛋个数及产蛋时间由程序根据蛋质量传感器数值变化规律计算得出。考虑料槽、水箱、粪盘的质量，以及在试验过程中不可避免的冲击、振动、偏载等因素，采集模块传感器量程为8kg。鸡笼设计考虑到试验中对蛋鸡单体数据的采集需求，采用单鸡单笼设计。每个单笼长25 cm、宽30cm，前高37.5cm、后高34cm。经过仿真实验，单鸡所占的空间能够满足动物福利需求。单鸡单笼便于采集个体的数据。每个独立的空间之间相距5cm，可以防止相邻两笼位鸡只之间的互相争斗，方便操作，避免试验设备之间因空间不足而产生的相互影响，导致数据采集出现误差。
1.2体系结构设计
采食量、蛋质量、排泄量、饮水量均为质量检测，统一选用HL - 8型悬臂式称重传感器。每一只鸡用到4只传感器分别用来检测采食量、蛋质量、饮水量和排泄量。称重传感器采集数值经AD转换后存储在与之相连的变送器对应通道的寄存器中。选用的每个RW一ST06 D多通道变送器有6个通道，称重传感器对应接入变送器的通道1 ~4。通道5~6保留未使用，可用于将来的扩展。这样每只鸡的4个检测传感器的检测值缓存在对应变送器的通道寄存器内，等待数据采集服务器的采集指令来读取。变送器通过RS485总线连网，然后总线通过485接口与采集服务器连接。采集服务器负责数据的采集和存储、并通过中间件的形式对外提供数据服务。上述部分组成整个智能鸡笼数据采集系统的感知层。
传输层是新型鸡笼监测数据对外提供服务的中间环节，主要负责感知与控制数据的传输，是系统必不可少的枢纽部分。其主要通过公共基础网络来如Internet, GPRS,3 G实现蛋鸡生产监测数据和用户的查询请求的传递，应用层主要负责感知数据的分析、统计，并进行及时预警、用户身份识别和鉴权等。
1.3报文格式与通信的流程
传感器数据采集和存储服务器与变送器之间的通信协议为MODBUS，采用同步等停通信方式与变送器进行通信。SendTimes为服务器端发送查询报文的计数器。服务器发送轮询，请求传感器的测量数据，如果没有收到响应或者响应数据校验错误，服务器重发轮询，发送计数器累加，直到计数超过3次;如果仍没有得到正确的响应，服务器将错误写入运行日志，开始轮询下一个传感器。
RW一ST06 D多通道数字称重变送器通信协议为MODBUS RTU。1个字节的设备地址用来标识不同的变送器，一共能标识256个变送器。1个字节的功能码用来定义读/写操作。起始地址指寄存器的起始地址，长度为2个字节。数量是指读取几个寄存器，2个字节长。
校验码是CRC16的校验结果，2个字节长。
2数据收集与分析
2. 1采食量收集与分析
实验中的数据分析由原来的概率大样本转变为如今的全样本，为生产和科研分析提供了数据基础，为进一步揭示鸡的进食时间规律、进食速度、进食间隔、进食与周围环境的变化是否相关等等规律提供了技术手段。人工测量采食量最大的问题不仅是人力物力的消耗，更重要的是这种测量对鸡产生的应激反应会给采食量的测量带来误差干扰。
新型鸡笼的采食量测量是本系统的创新点之一，通过称重传感器和相应的机械装置的配合，有效地解决了对每一只鸡采食量的精确测量。
2. 2产蛋数与蛋重收集与分析
蛋质量、产蛋个数与产蛋时间监测过程:服务器采集到接蛋器下方的称重传感器的数据，通过逻辑判断计算出蛋质量和个数，并把称重传感器数值变化的时间记作产蛋时间。
2. 3饮水量和排泄量收集与分析
为了测定饮水与排泄量的误差，实验选取了10只鸡以人工的方式连续测量10天，将系统监测与人工测量的结果进行了对比。
3结论
实验表明:基于物联网的新型鸡笼在鸡只处于自然状态下，可自动监测蛋鸡个体和群体的采食量、饮水量、排泄量、产蛋时间、蛋重和产蛋个数等生产参数，保证了监测结果的科学性和精确性，为物联网在家禽养殖设备中的应用提供了参考。下一步需要从蛋鸡福利化养殖的角度改进新型鸡笼的设计，在能够实现生产和环境参数测量的同时最大化地满足蛋鸡的养殖福利化要求。
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