金華豬精準養殖系統設計

余桂平，劉 丹，陳 斌，邊曉東，唐建新，項 云，樓芳芳

（金華市農業科學研究院（浙江省農業機械研究院），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，金華豬養殖成本并無優勢，近年受到外來品種的挑戰，養殖數量呈明顯下降趨勢[6]。究其原因，金華豬缺乏先進的精準養殖設備，只能依靠人工養殖，飼料喂養過程中的過度喂養、偏差喂養等現象較為嚴重，導致養殖成本普遍較高。

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

本文以金華豬精準養殖為研究對象，設計一種全計量金華豬代謝數據信息采集的精準養殖設備，可監測金華豬的體重變化情況，實現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。為研究金華豬生長各階段的營養需求量數據配比，建立金華豬日糧的精準養殖模型依據和參考。

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殖系統主要由飼喂機構、糞尿分離稱重裝置、自調節籠體裝置和養殖數據模塊組成（圖1）。自調節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精準養殖系統的空間大小，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，糞便經刮糞機構傳送到集糞稱重盤內進行稱重，養殖數據采集分析系統能夠得出豬的體重、排泄物、尿液、飼料等多個參數的數值，分析金華豬的日增重、飼料采食量、飼料轉化率等參數。

圖1 金華豬精準養殖系統示意圖

1.2 工作原理

金華豬精準養殖系統避免人為因素和豬只之間競爭對金華豬養殖的影響，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殖。金華豬精準養殖系統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。精準養殖系統的測量原理是每日對金華豬及代謝數據進行測量，首先得出金華豬質量數值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值C和D，通過A+B-C-D既的得出金華豬的重量數據，進而分析出金華豬每日的代謝情況。

養殖數據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據庫，金華豬精準養殖系統在每日五個固定時間測量金華豬只的體重，系統將每次體重數據進行排序，選取體重測量數值的中位數確定為金華豬只的當日的體重，系統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，以便及時發現疾病，提早治療。養殖數據模塊會自動累加豬只養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需求量，為金華豬只建立精準養殖模型提供數據（圖2）。

圖2 金華豬精準養殖系統工作原理

2 關鍵部件設計

2.1 可調節籠體裝置

自調節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，自調節籠體裝置根據金華豬只的體重變化而自動調節籠體空間，滿足金華豬不同生長時期精準養殖需求。自調節籠體裝置（圖3），主要包括可拆卸設置于框架底部且帶有格柵網孔的底板、活動設置于框架長邊一端用于調節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的右齒條和配合左右柵欄進行籠體寬度調節的右齒條，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籠體長度調節的后驅動裝置，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籠體寬度調節的左右驅動裝置，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值。由圖4可知，糞尿分離稱重裝置設置在金華豬精準養殖系統的底板上，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 精準養殖系統試驗

金華豬精準養殖系統安裝調試完成后，在金華豬養殖場開展了精準養殖試驗研究，系統通過稱重傳感器采集，數據傳輸，軟件分析，形成金華豬精準養殖報告。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。金華豬精準系統設備進行了3月的試驗，各項指標均能滿足金華豬精準養殖需求，并且運行良好。

4 結語

結合自調節籠體裝置、糞尿分離稱重裝置、養殖數據模塊，設計了金華豬精準養殖系統，并通過試驗實現較高的計量精度，達到了設計要求。金華豬精準養殖系統可監測金華豬的體重變化情況，實現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。為研究金華豬生長各階段的營養需求量數據配比，建立金華豬日糧的精準養殖模型依據和參考。