金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)設計

余桂平，劉 丹，陳 斌，邊曉東，唐建新，項 云，樓芳芳

（金華市農(nóng)業(yè)科學研究院（浙江省農(nóng)業(yè)機械研究院），浙江金華 321017）

0 引言

金華豬又稱“金華兩頭烏”，是國家級重點保護的78個地方畜禽品種之一，素有"中華熊貓豬"之美譽[1，2]。金華豬因皮薄骨細，肉質鮮紅，肉味香郁，肥而不膩，受到了市場和消費者的青睞，也是我國適于腌制優(yōu)質火腿的肉脂型地方品種，馳名中外的“金華火腿”是以其為原料制作而成[3-5]。但是金華豬生長周期較長，與外來品種相比，金華豬養(yǎng)殖成本并無優(yōu)勢，近年受到外來品種的挑戰(zhàn)，養(yǎng)殖數(shù)量呈明顯下降趨勢[6]。究其原因，金華豬缺乏先進的精準養(yǎng)殖設備，只能依靠人工養(yǎng)殖，飼料喂養(yǎng)過程中的過度喂養(yǎng)、偏差喂養(yǎng)等現(xiàn)象較為嚴重，導致養(yǎng)殖成本普遍較高。

目前，國內研究大多是針對精準養(yǎng)殖技術中的單因子環(huán)節(jié)進行研究[7，8]，沒有將精準養(yǎng)殖涉及的養(yǎng)殖設備、飼養(yǎng)管理、飼料與營養(yǎng)等內容結合起來進行系統(tǒng)研究，且廣泛集中于對母豬喂養(yǎng)系統(tǒng)的研究[9，10]，更很少研究具體種類豬的精準養(yǎng)殖模型并以此為導向進行精準養(yǎng)殖系統(tǒng)的研發(fā)。此外，對金華豬精準養(yǎng)殖技術與配套設備相關研究較少。因此，對金華豬的精準養(yǎng)殖設備研發(fā)具有重要意義。

本文以金華豬精準養(yǎng)殖為研究對象，設計一種全計量金華豬代謝數(shù)據(jù)信息采集的精準養(yǎng)殖設備，可監(jiān)測金華豬的體重變化情況，實現(xiàn)糞尿自動分離收集并稱重，準確計量采食量和飲水量，分析金華豬的日增重、飼料采食量、飼料轉化率等參數(shù)。為研究金華豬生長各階段的營養(yǎng)需求量數(shù)據(jù)配比，建立金華豬日糧的精準養(yǎng)殖模型依據(jù)和參考。

1 總體結構與工作原理

1.1 結構組成

本文設計金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)主要由飼喂機構、糞尿分離稱重裝置、自調節(jié)籠體裝置和養(yǎng)殖數(shù)據(jù)模塊組成（圖1）。自調節(jié)籠體裝置通過電機驅動籠體上三個相互交錯且互不干涉的柵欄來調節(jié)精準養(yǎng)殖系統(tǒng)的空間大小，既可以有效的對金華豬的活動空間進行限制且不會影響豬活動的舒適性，糞尿分離稱重裝置對金華豬只產(chǎn)生的糞尿進行分離，尿液落入集尿稱重盤中進行稱重，糞便經(jīng)刮糞機構傳送到集糞稱重盤內進行稱重，養(yǎng)殖數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠得出豬的體重、排泄物、尿液、飼料等多個參數(shù)的數(shù)值，分析金華豬的日增重、飼料采食量、飼料轉化率等參數(shù)。

圖1 金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)示意圖

1.2 工作原理

金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)避免人為因素和豬只之間競爭對金華豬養(yǎng)殖的影響，使豬只在完全自然、不摻任何雜質的情況下自由采食和精準養(yǎng)殖。金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)的籠體底部設有稱重機構，用于對金華豬只實時稱重，尿液測量機構設計在集尿稱重盤底部，用于對尿液進行稱重計量，集糞盤底部設置有用于對糞便進行稱重的糞便承重裝置。精準養(yǎng)殖系統(tǒng)的測量原理是每日對金華豬及代謝數(shù)據(jù)進行測量，首先得出金華豬質量數(shù)值A，然后以定量進食的方式得出進食和進水的質量B，然后將尿液和糞便進行分別稱重得出數(shù)值C和D，通過A+B-C-D既的得出金華豬的重量數(shù)據(jù)，進而分析出金華豬每日的代謝情況。

養(yǎng)殖數(shù)據(jù)模塊會對金華豬每次的采食量和排泄量自動采集和記錄，并將每次的采食量和排泄量自動累加成為每日的采食量和排泄量上傳到數(shù)據(jù)庫，金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)在每日五個固定時間測量金華豬只的體重，系統(tǒng)將每次體重數(shù)據(jù)進行排序，選取體重測量數(shù)值的中位數(shù)確定為金華豬只的當日的體重，系統(tǒng)通過對比分析金華豬只對相鄰幾天的采食量和排泄量的變化情況可判定豬只的健康狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)疾病，提早治療。養(yǎng)殖數(shù)據(jù)模塊會自動累加豬只養(yǎng)殖階段的總采食量和總排泄量，結合體重的變化曲線所顯示出的體重增長量，可計算出每頭金華豬的飼料轉化率和營養(yǎng)需求量，為金華豬只建立精準養(yǎng)殖模型提供數(shù)據(jù)（圖2）。

圖2 金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)工作原理

2 關鍵部件設計

2.1 可調節(jié)籠體裝置

自調節(jié)籠體裝置是需要在限制金華豬活動的情況下保證其舒適度，自調節(jié)籠體裝置根據(jù)金華豬只的體重變化而自動調節(jié)籠體空間，滿足金華豬不同生長時期精準養(yǎng)殖需求。自調節(jié)籠體裝置（圖3），主要包括可拆卸設置于框架底部且?guī)в懈駯啪W(wǎng)孔的底板、活動設置于框架長邊一端用于調節(jié)框架內籠體長度的后柵欄、固定設置于框架長邊另一端用于安裝進食裝置的前柵欄、活動設置于框架短邊兩端用于調節(jié)框架內籠體寬度的左右柵欄，籠體頂部還固定設置有頂柵欄，前后柵欄、左右柵欄相互交錯設置且互不干涉，籠體底面上部以及籠體頂面下部固定設置有配合后柵欄進行籠體長度調節(jié)的右齒條和配合左右柵欄進行籠體寬度調節(jié)的右齒條，后柵欄上固定設置有驅動后柵欄在左齒條上運動進而實現(xiàn)籠體長度調節(jié)的后驅動裝置，左右柵欄兩側固定設置有驅動左右柵欄相向運動進而實現(xiàn)籠體寬度調節(jié)的左右驅動裝置，后柵欄和框架之間設置有對后柵欄運動路徑進行導向限位的后導向裝置，左右驅動裝置之間還設置對左右柵欄運動路徑進行導向限位的有右導向裝置，后柵欄的運動路徑與左右柵欄的運動路徑相互垂直。

圖3 自調節(jié)籠體裝置示意圖

2.2 糞尿分離稱重裝置

糞尿分離稱重裝置采用自動刮板+縫隙技術方案實現(xiàn)尿糞分離和稱重計量。當光電開關檢測到底板上豬糞，伺服電機驅動刮板將尿糞刮到兩側的集糞稱重機構，此時尿液通過收集機構上的縫隙滲入到集尿稱重機構，集糞稱重機構則測量出金華豬的排泄物數(shù)值。由圖4可知，糞尿分離稱重裝置設置在金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)的底板上，糞尿分離稱重裝置包括刮糞機構以及互相獨立的集糞稱重裝置和集尿稱重裝置，集尿稱重裝置包括收尿板、設置于收尿板出液端下方的導尿裝置和設置于導尿裝置底部的集尿稱重盤。集糞稱重裝置包括刮糞機構和設置于底部下方的集糞稱重盤，刮糞機構包括固定設置于底板上部的固定板、滑動設置于固定板上的刮糞板和刮糞板的驅動裝置。

圖4 糞尿分離稱重裝置示意圖

3 精準養(yǎng)殖系統(tǒng)試驗

金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)安裝調試完成后，在金華豬養(yǎng)殖場開展了精準養(yǎng)殖試驗研究，系統(tǒng)通過稱重傳感器采集，數(shù)據(jù)傳輸，軟件分析，形成金華豬精準養(yǎng)殖報告。試驗結果表明，豬重測量誤差小于1%、糞尿測量誤差均小于2%，達到設計要求。金華豬精準系統(tǒng)設備進行了3月的試驗，各項指標均能滿足金華豬精準養(yǎng)殖需求，并且運行良好。

4 結語

結合自調節(jié)籠體裝置、糞尿分離稱重裝置、養(yǎng)殖數(shù)據(jù)模塊，設計了金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)，并通過試驗實現(xiàn)較高的計量精度，達到了設計要求。金華豬精準養(yǎng)殖系統(tǒng)可監(jiān)測金華豬的體重變化情況，實現(xiàn)糞尿自動分離收集并稱重，準確計量采食量和飲水量，分析金華豬的日增重、飼料采食量、飼料轉化率等參數(shù)。為研究金華豬生長各階段的營養(yǎng)需求量數(shù)據(jù)配比，建立金華豬日糧的精準養(yǎng)殖模型依據(jù)和參考。