摘要：生猪是我国农业重要基础产业之一，生猪体温监测在疫病防治中具有重要作用。针对中小规模养猪场生猪个体信息监控信息化水平不高，以及提高其性价比为目的，结合重庆农村中小规模养猪场实际情况，比较分析传统的生猪体温监测方式及存在的主要问题，提出适用于中小养猪场体温监测的智能电子耳标设计方案。

　　关键词：体温监测；智能耳标；中小猪场；传感器

　　0引言

　　重庆市作为全国生猪生产大市，养猪业是重庆市传统的农业和农村经济发展的重要支柱产业，对增加农民收入和地方财政收入具有重要意义。近年各类传染病对重庆生猪生产造成较大的威胁和损失，这些疾病的爆发及技术落后等现象对中小型养殖场产生负面影响。因而迫切要求养殖户考虑引入现代化的智能技术，如智能电子耳标监测系统，提升中小型养猪场的管理水平。这样的技术可帮助实现对生猪个体体征的智能感知与异常监测，及时发现疾病迹象，提高疫病防控效率，降低经济损失，保障人类健康和养猪产业的可持续发展。在猪的生理指标中，体温及其变化是动物生理健康和动物福利的重要指标，近年，在规模化生猪养殖管理中，通常采用佩戴耳标进行生猪个体健康监测。与传统的生猪疾病防控方式相比，采用智能耳标更加精准化，智能耳标及其通信方式设计尤为关键。基于重庆农村中小规模养猪场用户的理解和接受程度情况，分析现有智能耳标存在的主要问题，提出适用于中小养猪场体温监测的智能电子耳标设计方案。

　　1研究现状与分析

　　1.1国外研究现状

　　国外在畜牧业养殖技术方面的研究起步较早，研究出用于区分不同牲畜个体的传统物理耳标和二维码耳标，也设计出可以记录牲畜个体特征信息、跟踪动物行踪、记录养殖过程情况的射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）电子耳标。近年，随着传感器技术、无线传感网技术的快速发展，研究者逐渐开始采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）定位、红外成像仪、摄像头等设备研究牲畜身体和行为状态，帮助养殖人员进行科学养殖管理。Islam M A等在耳标中植入加速度传感器研究对对高热环境的行为变化。Pandey S等[3]研发新一代生猪耳标，其在耳标上集成传感器来监测生猪个体姿势、步态、声音和体表温度，采用Wi-Fi进行数据无线传输，并运用机器学习算法和决策支持工具来确定生猪健康状态。国外在智能化养殖场监测方面已经有较为成熟的技术应用，可实现对生猪的体温、xx、饮食等数据的实时监测和记录，帮助养殖户更好地管理猪群。

　　1.2国内研究现状

　　中国生猪养殖主要集中在偏南区域，养殖技术在一定程度上存在差距。尽管RFID电子耳标已经应用于生猪养殖中，提高生猪养殖的技术和生产水平，但在智能操作、全面检测等方面仍然有待进一步完善。近年，国内一些专家和科研工作者也研发一些关于生猪个体体征状态和养殖行为的采集平台，这些平台有助于提升养殖管理的科学化水平。陈桂鹏等研制一款蓝牙通信的生猪心率测量耳标，可实现生猪心率的在线监测。刘龙申等的研究针对体积小和低功耗的需求，研制了一种集成在母猪耳标上的监测围产期母猪体征状况的动物穿戴设备。这种设备可帮助养殖户实时监测母猪在不同类型的xx行为中的加速度数据波动特性，通过将传感器佩戴在猪耳上进行无线测量，通过分析加速度数据判断母猪是否处于围产期，及时发现异常情况并采取相应措施，提高母猪的生产效率和健康状况。许宏为等选择热敏电阻传感器制作电子耳标，利用耳标采集耳腔温度实现生猪体温的实时监测。杨东杰设计了一款基于远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）通信的生猪智能耳标，该耳标通过体温、心率和xx传感器采集生猪个体数据，选择LoRa通信模块进行无线通信，最终实现生猪养殖数据的自动采集和传输。

　　2问题分析

　　2.1 RFID电子耳标

　　在畜牧养殖中，国内外都应用RFID电子耳标，其技术相对成熟，在畜牧养殖中的广泛应用确实带来许多便利，但也存在一些问题和挑战。实时监测不足：部分RFID电子耳标技术无法实现对生猪的实时监测，限制养殖户对生猪健康状况的及时了解；信号干扰：RFID电子耳标在使用过程中容易受到外部信号干扰，影响监测效果；耐久性差：部分RFID电子耳标的耐久性较差，容易受到环境因素影响而损坏；数据安全性：RFID电子耳标的数据传输可能存在被窃取或篡改的风险，存在数据安全性问题；兼容性问题：不同品牌或型号的RFID电子耳标之间可能存在兼容性问题，导致监测系统无法正常运行；电量不足：部分RFID电子耳标的电池寿命较短，需要经常更换电池，增加了养殖成本和维护工作量；技术更新缓慢：RFID电子耳标技术的更新换代速度较慢，可能导致监测系统跟不上技术发展的步伐。

　　2.2智能耳标

　　随着无线通信技术的发展，智能耳标相较于传统的RFID电子耳标确实具有诸多优势。智能耳标采用无线通信技术，如Wi-Fi、LoRa等，可进行主动无线数据传输，无需特定设备进行读写，提高数据传输的便捷性和效率；智能耳标可以集成多种传感器，如体温、心率、xx等传感器，实时获取生猪个体特征参数，提供更多数据支持，有助于更全面地监测生猪的健康状况；智能耳标不仅可完成日常管理功能，还能进行健康监测和动物疾病预警，应用范围更加广泛，可提供更多有用的信息支持给养殖户和兽医；由于智能耳标集成多种传感器，可实时监测生猪的各项生理指标，帮助养殖户及时发现异常情况并采取相应措施。智能耳标在生猪监测方面的发展，为养殖业提供了更先进、更全面的监测技术，有望带来更好的管理和养殖效果。

　　当前智能耳标主要应用在大型智能养猪系统，且存在功耗问题，没有将设备的功耗降低到最大化，并且成本高昂，设备维护复杂繁琐，并不适用于中小规模猪场。针对重庆中小规模猪场的环境复杂性和管理难度，综合考虑设备功耗、成本、维护和适用性等方面的问题，通过技术创新和定制化智能耳标，逐步解决智能耳标在中小规模猪场应用中存在的困难，推动智能化养猪技术在中小规模养殖场的应用和推广。

　　3方案设计

　　为解决大型智能养猪设备对于中小养猪场来说设备资金投入大、安装改造圈舍成本高、使用维护复杂的问题，设计一款适用于中小养猪场的生猪体温监测的智能电子耳标，主要功能聚焦到生猪个体体征体温的智能感知与异常监测上，实现养猪户对场内生猪健康数据进行实时监测，系统总体设计如图1所示。

　　3.1关键传感器件方案

　　常用的测温方式有热敏电阻、热电偶、集成数字温度传感器几种方案。大型智能养猪系统往往采用红外测温，它有非接触的优点，但存在成本高昂，群体性检测数据精度不稳定的问题；热敏电阻测温往往精度不高、电路复杂；热电偶价格也比较高，适合于工业中测量高温对象。本方案中选择新兴的柔性贴片式集成数字温度测量元件，利用柔性基质的特殊性既能很好的导电又能进行可弯曲和延展，使测量能弯曲的接触，保证测温的准确性。

　　3.2传感器处理器与无线传感器网络方案

　　传感器节点微控制单元（Micro Controller Unit，MCU）采用超低功耗高性能STM32芯片，该MCU专为实现超低功耗性能而设计，采用集成式中央处理器（Central Processing Unit，CPU）内核进行功耗优化。传感器控制器允许主MCU在唤醒周期之间“打个盹”，使功耗显著降低。而在无线传感器网络方面，采用ZigBee通信来取代传统的Wi-Fi/802.11和蓝牙方案。通过MCU控制ZigBee无线传感模块进行数据传输。

　　3.3结构算法方案

　　对智能电子耳标休眠机制进行策略优化，尽可能降低功耗。在配置ZigBee睡眠模式时，将其设置PM2模式，并给自己设置一个周期性任务，当周期性任务唤醒后，进行网络搜索工作，如果搜索到，切换到正常模式，进行数据的发送，否则继续休眠，整体结构算法框图如图2。

　　3.4生猪体温监测平台方案

　　圈舍内的智能电子耳标采集每只生猪的体温信息，体温信息直接通过ZigBee网络发送至网关，然后上传到云端服务器，云端服务器对接收到的体温数据进行分析处理，生成报表或警报信息，并及时发送给监控端，提供决策支持和预警功能，帮助管理员及时发现问题并采取措施。系统总体框架如图3。

　　4结束语

　　通过对比分析国内外关于生猪电子耳标监测的发展现状，国内在生猪电子耳标监测方面的发展相对滞后，主要集中在大型养殖场的应用，价格昂贵且功能繁杂，对于缺乏相关技术支持和投入的中小规模养猪场来说并不适用。同时，部分电子耳标的传感器采集技术和无线传感网技术并未充分结合，导致监测数据的精准度和实时性有所欠缺。结合传感器采集技术和无线传感网技术，设计一款适用于中小养猪场的生猪体温监测的智能电子耳标。该电子耳标可以实现对生猪个体体温的智能感知与异常监测，及时发现生猪体温异常情况并提供预警，帮助养殖户进行疫病防控和生猪管理。通过这种智能电子耳标的应用，中小规模养猪场可以实现对生猪个体体征的精准监测，提高养猪效率，降低养殖风险，促进养猪产业的可持续发展。

      参考文献：

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　　[2]Islam M A，Lomax S，Doughty A K，et al．Revealing the diversity in cattle behavioural response to high environmental heat using accelerometer-based ear tag sensors[J]．Computers and Electronics in Agriculture，2021，191：511-519.

　　[3]Pandey S，Kalwa U，Kong T，et al．Behavioral Monitoring Tool for Pig Farmers：Ear Tag Sensors，Machine Intelligence，and Technology Adoption Roadmap[J]．Animals：an open access journal from MDPI，2021，11（9）：416-428..

　　[4]李日华，黄月芹，韦丽娇，等．基于RFID的规模化智能养猪系统设计[J]．现代农业装备，2021，42（4）：60-63.

　　[5]陈桂鹏，郑立平，严志雁，等．基于CC2541的生猪光电式心率测量方法研究[J]．南方农业学报．2017．48（7）：1 297-1 303.

　　[6]刘龙申，沈明霞，姚文，等．母猪xx监测低功耗耳标设备研究[J]．南京农业大学学报，2018，41（5）：954-961.

　　[7]许宏为，秦会斌，周继车．基于WiFi的耳标式生猪体温监测系统设计[J]．电子技术应用，2020，46（9）：xx-68.

　　[8]杨东杰．基于LoRa通信的生猪智能耳标设计与实现[D]．长沙：湖南师范大学，2020.