妊娠母猪自动饲喂机电控制系统设计

妊娠母猪自动饲喂机电控制系统设计

0自动精确饲的技术开发和应用祖母的自动精确饲养技术不仅能满足预定义的目标，而且能维持祖母的健康发展，提高祖母的繁殖水平和新生仔猪的健康，节约人力，减少食物浪费。目前,中国中、小规模的母猪繁殖场大部分依赖人工饲喂模式,较难实现母猪的精确采食,而大规模的养殖场,大多采用进口饲喂设备,如荷兰的Velos设备,美国的Osborne设备,法国的Elistar设备,德国的Compident设备等,但进口设备普遍存在价格贵,维护成本高,特别是应用上对供电的要求较高,一旦出现断电现象,元器件易损坏,及时更换与维修有困难,严重影响设备的应用。母猪的自动精确饲喂需要解决的关键技术问题是母猪个体的自动识别、单头入槽连锁控制以及饲料的自动下料及剩余料的严格控制。当前母猪进入饲喂器的单头控制主要依赖电动门实现,一旦出现供电故障,猪只进出饲喂器就无法工作。此外,在饲喂器的剩料控制方面,主要是按设定的次数与饲料量下料,每次母猪采食时一次性投料。必然出现剩余料的情形,导致个体实际采食量不准确和剩余料浪费现象,影响企业的效益及技术设备的应用。本文设计一种妊娠母猪自动饲喂器,采用射频识别技术(radiofrequencyidentification,RFID)、接近传感器技术及全机械式通道连锁控制技术等,满足母猪个体的自动识别与进出,以解决母猪自动饲喂中的剩料问题,实现基于母猪个体的精确自动饲喂。1控制模块组成如图1所示,妊娠母猪自动饲喂机电控制系统主要由进口门、进口通道、储料仓、控制模块(控制器)、电磁阀、出口通道及出口门等部分组成。其中,电磁阀控制水的定量、定时供给。在进口通道的末端两侧,设计了应急门,以防在特殊情形下,有2头猪同时强行进入后,及时打开应急门,最大限度避免种猪的损伤。2全装配通道设计2.1开口扇及内东南角扇进口门结构简图如图2所示,主要由进口门框、限位挡板(控制内、外门扇的旋转角度)、外开门扇及内开门扇组成。猪只进入时,内、外扇门均是可以转动的,一扇门向外开,一扇门向内开,因此只有一头母猪能顺利进入采食。猪只一旦进入后,内开门扇的上端有孔,通过固定位置落下的螺杆定位,保持门扇保持固定状态不能回位,后续的猪只只能停止在进口端等待进入。2.2猪只采集时依托第1道旋转门出口门装置机构如图3所示,主要由双向转动门、保护挡板、连接架体及单向出口门组成。当猪只采食完离开饲喂器时,首先用头挤开第1道双向可转动的旋转门,保证在小区域内的退出自由,对猪只有一定保护作用。继续前行时,推动单向出口门,离开后,门自动在上端弹簧拉力的作用下及时回位,阻止其他猪只的逆向进入。2.3前过道驱动下的猪只进阶段全机械进出口通道及连锁机构如图4所示,主要由前通道开门装置、通道门、拉簧装置、前过道驱动装置、前通道固定栏、饲喂控制器、后通道出口装置及连锁拉杆线等组成。一方面当单个猪只进入后,前通道门通过上端的落下的螺母固定,进入的猪只不得退回,在进口处的猪只也进不来。在前过道驱动装置及安装在地面的通道固定栏的协同作用下,禁止进入的猪只立着或躺下不动,保证饲喂设备的正常工作;另一方面,在猪只离开出口门时,在连锁拉杆线的机械拉动下,前通道门上端的固定螺母拉起,通道门打开,另外一只猪才能进入。因此,本设计严格保证每次仅一头猪进入饲喂器精确识别与采食。3正确设计饲料的机械设计3.1料槽及天线及传感器装置饲喂器机械图如图5所示,主要由储料仓、螺旋输送器、下料管、下水管、料槽装置及天线、传感器装置等组成。其中,料斗的容积按能满足单只母猪(40kg)所需的饲料(颗粒料或粉料)设计,驱动螺旋输送器的电机采用三刮式无刷电机,电压24V,功率为80W。该电机能够实现单圈控制,每次运转一圈,开口正好朝下。下水管通过流量阀控制,水与饲料质量的比为1:2,并在6s内流完。料槽装置呈三角型柱体状,底部为流线型,摩擦阻力小,易于猪只采食。天线及传感器装置的天线部分用于识别猪只低频无线射频耳标(频率为134.2KHz)。猪只一旦进入感应区,就会识别耳标的编码,识别的数据通过有线送入饲喂控制器。天线及传感器装置的传感器部分嵌入在料槽下端的内侧上,采用电容式接近传感器(型号为奥托尼克斯CR30-15DN),只需接近到一定距离就可触发喂料电机开关,进行喂料。其工作原理,在猪只识别后,通过饲喂控制器控制螺旋输送机下料,是否继续下料则由猪只是否接近传感器来决定,但每次下料的总量是事先设定的。3.2妊娠合并养殖系统通讯饲料控制器结构如图6所示,主要由天线、显示屏、主控板与外壳、有线管道等组成。其中,主控板嵌入的主芯片为高性能ARMLPC1766,是NXP非常成熟的32位嵌入式处理器,并采用WIFI芯片技术,芯片型号为STM32F215RG,实现与上位机即计算机客户端的通讯。其工作原理:针对妊娠母猪的3个阶段,根据妊娠母猪的饲喂采食规律,事先预设不同的日饲喂量(表1),并通过控制器内存嵌入的模块程序,每头猪按2次饲喂,分别按预设量的60%和40%控制下料。如果第1次吃不完预设值的60%,系统会将第1次的剩余量加到第2次下料中。若第2次吃不完预设值的100%,系统则会对剩余量产生第3次饲喂控制事件。尽管系统的预设值部分个体差异,只考虑母猪的妊娠日期,但控制器可以通过无线网络接收来自远程计算机客户端的修改命令,对贮存在控制器内存程序中的猪只饲喂数量进行调整,并设定调整饲喂量猪只的时效周期,满足不同个体的差异性精确饲养。此外,控制器通过有线接收传感器的触发状态信息,并结合设定的饲喂量及次数,控制料斗电机的转数,从而控制下料量。因此,控制器的工作是整个饲喂系统的核心。4测试4.1日粮rd充填试验选用了河南郑州附近的3家中小规模(饲养的后备母猪的数量均在300头以上)的种猪繁殖场A,B,C,分别选取妊娠日粮相近的母猪各25头,饲养在同一个圈栏内,分别提供并安装研发自动饲喂设备1套,并进行试验。试验期7d,考虑采食的均衡性,控制器设定按2次下料,如果2次采食不完,系统可继续提供第3次下料。每天定量的饲喂量均为2000g。观察不同猪群在不同天的采食次数变化。最后采集到的采食头次数为515。4.2猪只吃剩余饲料测试按每天喂2次,每次采食后观察剩料。如果肉眼观察剩料量不明显或者在20g内,视同为零,否则需要人工估计剩料量。4.3试验设计及样本数据获取从许昌某种猪场分别选取了12头妊娠前期、中期及后期的母猪,共36头进行饲喂试验,分别将3阶段的日饲喂量设定为不超过2.2,2.6及2.8kg,预定2次饲喂,记录每头猪在试验7d内,每天的实际饲喂次数及采食量,共获得样本数据504个。5试验结果与分析5.1单次使用试验猪群及试验天数对劳动次数的影响表2统计结果表明,对于不同猪场及不同的试验天数,猪只每天采食次数无显著影响(p>0.5),而且Ducan的多重比较分析也表明,试验猪群及试验天数对采食次数均没有影响,猪只基本上按进食2次设置。随着饲喂天数增加,猪只进行大约7~10d的训练后,猪只会形成一定的条件反射,通过采食的中枢神经及外周感受器的驱动,采食次数基本控制在2次,出现3次采食的情形会很少发生。5.2猪舍的环境应激及猪只本身体况p3个猪群共515采食头数数据分析,仅有11头次出现剩料现象,占总的饲喂头次的2.1%。无论是猪群,还是试验的天数,均对剩料情形的发生无显著影响(p>0.5)。考虑到绝大部分观察数据为零,进一步对出现的剩料的23种事件分析发现,主要原因与当时猪舍的环境应激(如突然断电、其他猪只的嚎叫)及猪只本身的体况不佳有直接关系,这与Bernick,Miller及Vansickle等报道的剩余料产生情况有类似的原因。尽管由于环境及猪只本身的体况应激出现剩余料情形,但并不影响设备的使用,2.1%的发生概率在允许范围内。5.3全猪日进程中东南角表3表明,对于3组不同妊娠期(妊娠前期、妊娠中期和妊娠后期)的母猪,猪只每天的采食次数实际为2次(p>0.5),但采食量差异显著(p<0.5),这主要是由于猪只处于不同的妊娠阶段,对所需的营养及能量的摄入量需求不同所导致。采食量的具体数据也表明了不同妊娠期的采食水平与本系统预设值基本一致。6单圈旋转+距离传感器的协同控制1)设计了一种妊娠母猪的精确自动饲喂控制设备。该设备采用低频RFID技术实现对母猪个体的自动识别;通过全机械式通道,实现对母猪单头进入与离开的连锁控制;通过饲喂控制器的模块设定、无刷电机的单圈旋转与接近传感器的协同控制,实现对定量饲喂剩余料量的最小化控制。2)通过对猪只采食次数的试验结果表明,对于妊娠前期、妊娠中期和妊娠