仔豬智能保育箱的設(shè)計(jì)與研制

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

仔豬的死亡是我國生豬養(yǎng)殖業(yè)的巨大損失，而斷奶前溫度的不適宜是導(dǎo)致仔豬死亡的間接或直接原因，同時(shí)適宜的環(huán)境溫度則可以增加仔豬的生產(chǎn)性能[1-3]。目前，在養(yǎng)豬場仔豬哺育過程中，一般采用的保育箱內(nèi)僅懸掛保溫?zé)?，底部配合電熱板雙重供暖，價(jià)格低廉，使用簡單；但缺點(diǎn)是溫度不易控制，一直維持高溫，在高溫情況下，仔豬吮吸乳汁的失敗次數(shù)較多，導(dǎo)致乳汁攝入量不足，生長緩慢[4]。產(chǎn)房中母豬適宜溫度為22℃，而初生仔豬在1周內(nèi)所需要的適宜溫度是28～32℃，且隨仔豬日齡的增加，對溫度的需求逐漸降低，目前大多養(yǎng)殖場普遍采用的仔豬保暖措施無法滿足仔豬對溫度變化的需求[5-6]。此外，當(dāng)前廣泛使用的仔豬保育箱僅考慮到保暖、舒適、安全和耐用等，未考慮到仔豬生長過程中體重的無法量化問題；缺乏紫外線照射，無法有效促進(jìn)仔豬體內(nèi)維生素D的生成，無法及時(shí)凈化空氣，不利于仔豬的生長發(fā)育[7]，也不利于仔豬進(jìn)出保溫箱及吃奶情況的監(jiān)測，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測仔豬的吃奶情況，難以在仔豬出現(xiàn)異常時(shí)，如生病、壓傷等情況時(shí)的及時(shí)治療。

基于以上問題，設(shè)計(jì)和研制了仔豬智能保育箱，將智能加熱、保溫、稱重、紫外線的補(bǔ)充照射、仔豬進(jìn)出保溫箱及吃奶次數(shù)監(jiān)測等功能一體化結(jié)合，解決了仔豬稱重不便、箱內(nèi)溫度難以控制、仔豬進(jìn)出吃奶情況無智能化監(jiān)測等問題，實(shí)現(xiàn)了保溫環(huán)節(jié)智能化、稱重便利化、監(jiān)測自動(dòng)化，極大地提高了仔豬生長過程中需要加以控制的多個(gè)問題的解決效率，同時(shí)進(jìn)行紫外線的補(bǔ)充照射，可促進(jìn)仔豬的生長發(fā)育。

1 仔豬生長環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建

1.1 仔豬舍的溫度控制要求

在養(yǎng)豬場中，溫度在環(huán)境諸因素中起主導(dǎo)作用，適宜生長的臨界溫度為最適溫度。由于初生仔豬皮下脂肪薄、被毛稀少、體溫調(diào)節(jié)能力差，因此抗寒能力差，初生仔豬在溫度過低的環(huán)境下，常出現(xiàn)被凍死的現(xiàn)象。而且，在低溫環(huán)境下，容易引起仔豬的消化不良及腹瀉，初生仔豬易患低血糖、感冒、肺炎等疾病[8]。寒冷季節(jié)應(yīng)在產(chǎn)房、哺乳仔豬舍和保育豬舍添加增溫、保溫設(shè)施，如采用熱風(fēng)爐、地板水暖、仔豬保溫箱等供暖系統(tǒng)。不同日齡的仔豬對豬舍溫度有不同的要求，仔豬生長過程中對豬舍溫度的要求詳見表1。

表1 不同日齡仔豬適宜溫度表

1.2 仔豬舍的濕度控制

濕度大小對豬生產(chǎn)性能有一定影響，其和溫度一起發(fā)生作用。在高溫高濕環(huán)境下，仔豬體熱散失困難，導(dǎo)致食欲下降、采食量顯著減少，甚至中暑死亡。而在低溫高濕環(huán)境中，仔豬的散熱量大增，表現(xiàn)出畏寒，仔豬的增重和生長速度變慢。此外，空氣濕度過高有利于病原性真菌、細(xì)菌和寄生蟲的孳生；同時(shí)豬體的抵抗力降低易患疥癬、濕疹及呼吸道疾病?？諝鉂穸冗^低，會(huì)導(dǎo)致豬體皮膚干燥、開裂。為了防止仔豬舍內(nèi)潮濕，應(yīng)設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，經(jīng)常開啟門窗，加強(qiáng)通風(fēng)，以降低室內(nèi)的濕度；對潮濕的豬舍要控制用水，盡量減少地面積水。見表2。

表2 不同日齡仔豬適宜濕度表

2 仔豬智能保育箱裝置的整體設(shè)計(jì)與研制

2.1 保育箱整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

仔豬智能保育箱裝置包括產(chǎn)床支架、框架體、高強(qiáng)度整體秤臺、不銹鋼擋板、保育箱（圖1）。其中產(chǎn)床支架為10根（高400 mm，直徑100 mm）鋼柱，鋼柱底部固定于水泥地面中。框架體與6根產(chǎn)床支架頂部焊接。高強(qiáng)度整體秤臺內(nèi)置4顆高強(qiáng)度稱重傳感器，固定在4根稱重傳感器鋼柱之上。不銹鋼搭板實(shí)現(xiàn)秤臺關(guān)機(jī)時(shí)固定功能。保育箱則固定于整個(gè)高強(qiáng)度整體秤臺之上。

2.2 仔豬智能保育箱體的設(shè)計(jì)

保育箱包括半圓鐵環(huán)、加熱墊、仔豬進(jìn)出頻率監(jiān)測器、溫度傳感器、加熱燈、紫外線燈管、線孔、天線、控制面板、接線盒線孔、接線盒構(gòu)成（圖2）。整個(gè)保育箱為密閉結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)復(fù)合型塑料，耐腐蝕性強(qiáng)。

2.3 仔豬智能保育箱環(huán)境監(jiān)控的設(shè)計(jì)

2.3.1 溫濕度傳感器的設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器固定于保育箱內(nèi)部后壁中心位置，傳感器外部使用絕緣、導(dǎo)熱、防水材料封裝為小立方體形狀，內(nèi)部將高精度NTC熱敏電阻器與PVC導(dǎo)線、鐵氟龍導(dǎo)線等連接，并通過導(dǎo)線和將采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)到控制面板上。

2.3.2 仔豬進(jìn)出頻率監(jiān)測器的設(shè)計(jì)

仔豬進(jìn)出頻率監(jiān)測器安裝于保育箱右側(cè)門的門緣中部，類型為主動(dòng)紅外入侵探測器，包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端發(fā)送紅外信號，接收端接收，并輸出信號，接收端通過導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線與控制面板相連。

2.3.3 加熱燈、加熱墊的設(shè)計(jì)

加熱燈安裝在保育箱內(nèi)的頂蓋中間位置，為仔豬提供照明及加熱取暖功能，燈泡為硬質(zhì)石英玻璃材質(zhì)，燈泡殼為具有良好低溫性能的鋁合金材質(zhì)，具有變壓控制功能，用導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線與控制面板相連實(shí)現(xiàn)智能控溫設(shè)計(jì)。

加熱墊平鋪于整個(gè)秤臺之上，作為保育箱箱底，具有直接傳熱和變溫控制功能，用導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線與控制面板相連實(shí)現(xiàn)智能控溫設(shè)計(jì)。

2.3.4 紫外線燈管的設(shè)計(jì)

紫外線燈管安裝于保育箱頂蓋中部，為仔豬提供必需的紫外線照射補(bǔ)充，促進(jìn)仔豬的生長發(fā)育，同時(shí)達(dá)到凈化空氣、消除霉菌、避免病菌經(jīng)空氣傳播或經(jīng)物體表面?zhèn)鞑サ淖饔?。燈管材質(zhì)為水銀石英，管內(nèi)壁帶有固態(tài)汞，具有變壓控制功能，用導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線與控制面板相連實(shí)現(xiàn)智能控壓設(shè)計(jì)。

2.3.5 控制面板的設(shè)計(jì)

控制面板安裝于保育箱外側(cè)前壁左側(cè)位置，控制面板通過接線盒、導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線等與動(dòng)物秤（高強(qiáng)度整體秤臺與稱重傳感器的組合）、加熱墊、仔豬進(jìn)出頻率監(jiān)測器、溫度傳感器、加熱燈、紫外線燈管相連接。其中與控制面板相連的所有導(dǎo)線及數(shù)據(jù)線均從接線孔通過，此孔位于保溫箱的頂蓋左前部?？刂泼姘迮c接線盒通過接線盒線孔相連。

控制面板上的顯示器可以顯示仔豬體重、保育箱內(nèi)溫度、加熱墊溫度、加熱燈電壓、紫外線燈管電壓及時(shí)長、仔豬進(jìn)出次數(shù)等內(nèi)容。此外，控制面板上還有開關(guān)按鈕、自動(dòng)控溫按鈕、動(dòng)物秤的開關(guān)按鈕、進(jìn)出監(jiān)測按鈕、設(shè)置仔豬頭數(shù)按鈕及設(shè)置仔豬出生日期按鈕、數(shù)據(jù)發(fā)送按鈕，如圖3所示。在控制面板頂部右側(cè)裝有天線，可實(shí)現(xiàn)信號發(fā)送功能。

2.4 仔豬智能保育箱裝置工作流程

2.4.1 設(shè)置仔豬頭數(shù)和出生日期

仔豬第1天進(jìn)入保育箱后，人工手動(dòng)在設(shè)置面板上通過仔豬頭數(shù)按鈕設(shè)置仔豬數(shù)量，以便自動(dòng)稱重時(shí)均重的計(jì)算；同時(shí)，在設(shè)置面板上設(shè)置仔豬出生日期，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)保溫箱溫度隨仔豬的成長進(jìn)行自動(dòng)控溫調(diào)節(jié)的功能。

2.4.2 設(shè)置自動(dòng)控溫

仔豬第1天進(jìn)入保育箱后，人工手動(dòng)在設(shè)置面板上的加熱墊溫度、加熱燈電壓，使保育箱內(nèi)的溫度恒定到仔豬生長的最適溫度；隨著仔豬的生長，可通過自動(dòng)控溫按鈕實(shí)現(xiàn)保育箱整體自動(dòng)控溫設(shè)計(jì)，即加熱墊和加熱燈的同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)溫度適宜，也可人工自主調(diào)節(jié)加熱墊溫度和加熱燈電壓以獲得保溫箱內(nèi)的期望溫度。

2.4.3 補(bǔ)充紫外線照射

仔豬第1天進(jìn)入保育箱后，人工手動(dòng)設(shè)置紫外線燈管的電壓及時(shí)長，進(jìn)行每天必需的短時(shí)間紫外線補(bǔ)充，促進(jìn)仔豬的生長發(fā)育，同時(shí)起到凈化空氣、消除霉菌、避免病菌經(jīng)空氣傳播或經(jīng)物體表面?zhèn)鞑?dǎo)致仔豬發(fā)??；隨著仔豬的生長，可人工自主調(diào)節(jié)紫外線燈管電壓及照射時(shí)長以獲得期望的效果。

2.4.4 自動(dòng)稱重

仔豬進(jìn)入保育箱后，可通過動(dòng)物秤開關(guān)按鈕進(jìn)行自動(dòng)稱重，稱重結(jié)果會(huì)顯示在顯示屏上。動(dòng)物秤打開進(jìn)行稱重前，需人工收起不銹鋼搭板，以保證動(dòng)物秤的活動(dòng)空間需要；動(dòng)物秤關(guān)閉后，人工放下不銹鋼搭板，使搭板圓扣與秤臺邊側(cè)的鐵環(huán)相扣，實(shí)現(xiàn)秤的關(guān)閉固定功能，同時(shí)也為仔豬開啟進(jìn)出吃奶的通道。

2.4.5 智能監(jiān)測

仔豬第1天第1次進(jìn)入保育箱后，人工打開進(jìn)出次數(shù)監(jiān)測器開關(guān)按鈕，即可進(jìn)行仔豬進(jìn)出次數(shù)的監(jiān)測，若使用一段時(shí)間關(guān)閉，即默認(rèn)自動(dòng)歸零，下次再開啟時(shí)從零開始計(jì)算。

2.4.6 數(shù)據(jù)發(fā)送

若需要某天某時(shí)某刻的設(shè)置面板整體記錄情況，即可點(diǎn)擊數(shù)據(jù)發(fā)送按鈕，相連的電腦設(shè)備上會(huì)獲得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

3 仔豬智能保育箱的試驗(yàn)

在山東生豬養(yǎng)殖場進(jìn)行了測試，以10頭大白豬仔豬為測試對象，初步開展了研制的仔豬智能保育箱與普通保育箱的對比試驗(yàn)。其中試驗(yàn)組為本單位研制的仔豬智能保育箱，對照組為市面購買的普通保育箱，試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 溫度及相對濕度試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，試驗(yàn)組和對照組保育箱內(nèi)的溫度均高于室內(nèi)溫度，其中試驗(yàn)組的溫度隨著仔豬日齡的增加逐漸降低，更接近理想的溫度，而對照組的溫度波動(dòng)幅度不大，略有升高，可能是受仔豬逐漸長大自身產(chǎn)熱增加的影響。由圖5可知，試驗(yàn)組和對照組保育箱的相對濕度均比室內(nèi)濕度小，其中試驗(yàn)組相對濕度比對照組略低，在65%～67%之間波動(dòng)。

3.2 生產(chǎn)性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)組、對照組分別選取10頭仔豬，其中試驗(yàn)組仔豬初生重平均為1.54 kg/頭，對照組仔豬初生重平均為1.56 kg/頭，經(jīng)31 d后，試驗(yàn)組仔豬斷奶重量為7.65 kg/頭，對照組為7.39 kg/頭，試驗(yàn)組仔豬平均日增重0.197 kg/頭/d，對照組仔豬平均日增重0.188 kg/頭/d，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，本單位研制的仔豬智能保育箱有利于仔豬生產(chǎn)性能的提高。

4 結(jié)論

本文構(gòu)建了仔豬生長環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了仔豬智能保育箱的整體架構(gòu)和環(huán)境監(jiān)控裝置，研制了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的仔豬智能保育箱。通過在山東生豬養(yǎng)殖場試點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的仔豬智能保育箱實(shí)現(xiàn)了隨仔豬日齡增長而變化的溫濕度環(huán)境智能控制，同時(shí)可有效提高仔豬的生產(chǎn)性能。

表3 試驗(yàn)組、對照組仔豬生產(chǎn)性能比較