金华猪精准养殖系统设计

余桂平，刘 丹，陈 斌，边晓东，唐建新，项 云，楼芳芳

（金华市农业科学研究院（浙江省农业机械研究院），浙江金华 321017）

0 引言

金华猪又称“金华两头乌”，是国家级重点保护的78个地方畜禽品种之一，素有"中华熊猫猪"之美誉[1，2]。金华猪因皮薄骨细，肉质鲜红，肉味香郁，肥而不腻，受到了市场和消费者的青睐，也是我国适于腌制优质火腿的肉脂型地方品种，驰名中外的“金华火腿”是以其为原料制作而成[3-5]。但是金华猪生长周期较长，与外来品种相比，金华猪养殖成本并无优势，近年受到外来品种的挑战，养殖数量呈明显下降趋势[6]。究其原因，金华猪缺乏先进的精准养殖设备，只能依靠人工养殖，饲料喂养过程中的过度喂养、偏差喂养等现象较为严重，导致养殖成本普遍较高。

目前，国内研究大多是针对精准养殖技术中的单因子环节进行研究[7，8]，没有将精准养殖涉及的养殖设备、饲养管理、饲料与营养等内容结合起来进行系统研究，且广泛集中于对母猪喂养系统的研究[9，10]，更很少研究具体种类猪的精准养殖模型并以此为导向进行精准养殖系统的研发。此外，对金华猪精准养殖技术与配套设备相关研究较少。因此，对金华猪的精准养殖设备研发具有重要意义。

本文以金华猪精准养殖为研究对象，设计一种全计量金华猪代谢数据信息采集的精准养殖设备，可监测金华猪的体重变化情况，实现粪尿自动分离收集并称重，准确计量采食量和饮水量，分析金华猪的日增重、饲料采食量、饲料转化率等参数。为研究金华猪生长各阶段的营养需求量数据配比，建立金华猪日粮的精准养殖模型依据和参考。

1 总体结构与工作原理

1.1 结构组成

本文设计金华猪精准养殖系统主要由饲喂机构、粪尿分离称重装置、自调节笼体装置和养殖数据模块组成（图1）。自调节笼体装置通过电机驱动笼体上三个相互交错且互不干涉的栅栏来调节精准养殖系统的空间大小，既可以有效的对金华猪的活动空间进行限制且不会影响猪活动的舒适性，粪尿分离称重装置对金华猪只产生的粪尿进行分离，尿液落入集尿称重盘中进行称重，粪便经刮粪机构传送到集粪称重盘内进行称重，养殖数据采集分析系统能够得出猪的体重、排泄物、尿液、饲料等多个参数的数值，分析金华猪的日增重、饲料采食量、饲料转化率等参数。

图1 金华猪精准养殖系统示意图

1.2 工作原理

金华猪精准养殖系统避免人为因素和猪只之间竞争对金华猪养殖的影响，使猪只在完全自然、不掺任何杂质的情况下自由采食和精准养殖。金华猪精准养殖系统的笼体底部设有称重机构，用于对金华猪只实时称重，尿液测量机构设计在集尿称重盘底部，用于对尿液进行称重计量，集粪盘底部设置有用于对粪便进行称重的粪便承重装置。精准养殖系统的测量原理是每日对金华猪及代谢数据进行测量，首先得出金华猪质量数值A，然后以定量进食的方式得出进食和进水的质量B，然后将尿液和粪便进行分别称重得出数值C和D，通过A+B-C-D既的得出金华猪的重量数据，进而分析出金华猪每日的代谢情况。

养殖数据模块会对金华猪每次的采食量和排泄量自动采集和记录，并将每次的采食量和排泄量自动累加成为每日的采食量和排泄量上传到数据库，金华猪精准养殖系统在每日五个固定时间测量金华猪只的体重，系统将每次体重数据进行排序，选取体重测量数值的中位数确定为金华猪只的当日的体重，系统通过对比分析金华猪只对相邻几天的采食量和排泄量的变化情况可判定猪只的健康状态，以便及时发现疾病，提早治疗。养殖数据模块会自动累加猪只养殖阶段的总采食量和总排泄量，结合体重的变化曲线所显示出的体重增长量，可计算出每头金华猪的饲料转化率和营养需求量，为金华猪只建立精准养殖模型提供数据（图2）。

图2 金华猪精准养殖系统工作原理

2 关键部件设计

2.1 可调节笼体装置

自调节笼体装置是需要在限制金华猪活动的情况下保证其舒适度，自调节笼体装置根据金华猪只的体重变化而自动调节笼体空间，满足金华猪不同生长时期精准养殖需求。自调节笼体装置（图3），主要包括可拆卸设置于框架底部且带有格栅网孔的底板、活动设置于框架长边一端用于调节框架内笼体长度的后栅栏、固定设置于框架长边另一端用于安装进食装置的前栅栏、活动设置于框架短边两端用于调节框架内笼体宽度的左右栅栏，笼体顶部还固定设置有顶栅栏，前后栅栏、左右栅栏相互交错设置且互不干涉，笼体底面上部以及笼体顶面下部固定设置有配合后栅栏进行笼体长度调节的右齿条和配合左右栅栏进行笼体宽度调节的右齿条，后栅栏上固定设置有驱动后栅栏在左齿条上运动进而实现笼体长度调节的后驱动装置，左右栅栏两侧固定设置有驱动左右栅栏相向运动进而实现笼体宽度调节的左右驱动装置，后栅栏和框架之间设置有对后栅栏运动路径进行导向限位的后导向装置，左右驱动装置之间还设置对左右栅栏运动路径进行导向限位的有右导向装置，后栅栏的运动路径与左右栅栏的运动路径相互垂直。

图3 自调节笼体装置示意图

2.2 粪尿分离称重装置

粪尿分离称重装置采用自动刮板+缝隙技术方案实现尿粪分离和称重计量。当光电开关检测到底板上猪粪，伺服电机驱动刮板将尿粪刮到两侧的集粪称重机构，此时尿液通过收集机构上的缝隙渗入到集尿称重机构，集粪称重机构则测量出金华猪的排泄物数值。由图4可知，粪尿分离称重装置设置在金华猪精准养殖系统的底板上，粪尿分离称重装置包括刮粪机构以及互相独立的集粪称重装置和集尿称重装置，集尿称重装置包括收尿板、设置于收尿板出液端下方的导尿装置和设置于导尿装置底部的集尿称重盘。集粪称重装置包括刮粪机构和设置于底部下方的集粪称重盘，刮粪机构包括固定设置于底板上部的固定板、滑动设置于固定板上的刮粪板和刮粪板的驱动装置。

图4 粪尿分离称重装置示意图

3 精准养殖系统试验

金华猪精准养殖系统安装调试完成后，在金华猪养殖场开展了精准养殖试验研究，系统通过称重传感器采集，数据传输，软件分析，形成金华猪精准养殖报告。试验结果表明，猪重测量误差小于1%、粪尿测量误差均小于2%，达到设计要求。金华猪精准系统设备进行了3月的试验，各项指标均能满足金华猪精准养殖需求，并且运行良好。

4 结语

结合自调节笼体装置、粪尿分离称重装置、养殖数据模块，设计了金华猪精准养殖系统，并通过试验实现较高的计量精度，达到了设计要求。金华猪精准养殖系统可监测金华猪的体重变化情况，实现粪尿自动分离收集并称重，准确计量采食量和饮水量，分析金华猪的日增重、饲料采食量、饲料转化率等参数。为研究金华猪生长各阶段的营养需求量数据配比，建立金华猪日粮的精准养殖模型依据和参考。