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動物分食機構(gòu)設計
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目：動物分食機構(gòu)
學 院： 工學院
姓 名： 龔洋洋
學 號： 20100993
專 業(yè)： 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級： 農(nóng)機1001班
指導教師： 雷軍波 職 稱：講師
二014 年5月
摘要
生豬生長性能的測定是生豬養(yǎng)殖過程中最關鍵的環(huán)節(jié),在大多數(shù)的養(yǎng)豬場都是采用電子稱或者磅秤對生豬的生長的性能指標進行簡單的測量,而且這種人工方式對生豬生長性能的測量的準確度很難實際反映生豬的生長速度、飼料的利用率等重要的性能指標,更無法對生豬的生長狀況做出有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計分析。設計出一套能準確測定生豬生長性能的系統(tǒng)對提高我國的生豬養(yǎng)殖水平有著十分重要的意義。本研究將結(jié)合RFID (Radio Frequency Identification)射頻識別技術(shù)、單片機自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和上位機管理軟件技術(shù)設計出一套準確測定生豬生長性能的測定系統(tǒng),使生豬生長性能測定實現(xiàn)自動化、智能化。通過上位機的軟件對生豬生長性能的數(shù)據(jù)的分析更好的了解的生豬的生長狀況,有利于健康養(yǎng)殖。系統(tǒng)是由下位機單片機自動控制系統(tǒng)和上位機管理軟件兩個重要部分組成。主要是以AT89S52單片機為核心構(gòu)成整個下位機自動控制系統(tǒng),其主要功能模塊包括：電子耳標射頻識別模塊、生豬個體體重稱重模塊、喂料飼料稱重模塊、加料電機驅(qū)動控制模塊、采食數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、顯示、發(fā)送模塊、時間顯示等。上位機管理軟件是基于SQL Server2005和可視化集成開發(fā)軟件DelphiXE為平臺開發(fā)的,主要功能包括：接收下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令、保存下位機發(fā)送數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、圖表顯示并查詢、打印報表等功能,更重要的通過數(shù)據(jù)分析是可以生成生豬生長的健康曲線,更好的指導生豬的健康養(yǎng)殖。系統(tǒng)有以下的特點：(1)利用射頻識別技術(shù)(RFID)對生豬個體的識別；(2)采用高精度采集模塊采集壓力傳感器的信號；(3)實現(xiàn)了自動化、智能化對生豬個體的飼喂,自動采集生豬生長性能,并能夠自動分析和處理數(shù)據(jù),生成生豬健康生長曲線。系統(tǒng)的設計采用的是模塊化設計的原則,而且采用了開發(fā)環(huán)境很成熟、價格便宜的單片機AT89S52作為主控制器的硬件核心,使成本很低、可靠性大大提高。試驗表明：壓力傳感器的靜態(tài)稱量誤差小于0.2%；射頻識別系統(tǒng)的讀卡器靈敏度高,讀卡時間小于15ms,識別距離達到8cm；軟硬件系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)已經(jīng)到達了設計的要求,對生豬養(yǎng)殖提高具有一定的意義。
ABSTRACT
The pig growth performance determination is a key link inthepig-breeding production. Platform scale and electronic scale are usually applied for pig growth performance of testing work by simple reckoning in most of farms. Performance testing with the artificial method, which is reluctant to reflect the key performance index of growing speed and feed conversion efficiencies accurately, that can not make an effective condition monitoring and statistical analysis of data for pig growth.Therefore it is urgent and important to develop accurate testing equipment to work forpig breeding in china.
RFID(Radio Frequency Identification)technology, single-chip automatic control technology, Database and PC management software technology will be applied in performance testing of breeding pig in this study, to make determination to achieve intelligent automation. The result of analyzing data of pig growth performance by the PC management software is able to understand pig growth situation and is conducive to culture healthily.
This system is composed of determination stations with single-chip automatic control system and a PC Host machine. Automatic control system takes AT89S52 single-chip as the core, which is responsible to identify the electronic ear tag, to weigh the pig and feed with the electronic scale, to control the feeding motor, to collect,to memory,to dispose,time display and transmit the feed data. PC management software is based on SQL Server2005 and visual integrated development software platform of Delphi XE,which is responsible to receive and to save the data which the single-chip automatic control system sends, it will send control commands,it will analyze, summarize and dispose the data. The graph and the analysis would be displayed on the monitor or be printed with the printer. More importantly, those data can generate the pig growth of healthy curve by data analysis to guidance breeding pig effectively.
This pig-determination intelligent system has following characteristic: (1) uses of radio frequency identification (RFID) technology for the identification of individual pigs; (2) using high-precision acquisition module for getting pressure sensor signal; (3)achieving that it is automatic and intelligent to feed individual pig,it can IIautomatically get pig growth performance and it is able to automatically analyze and process data and generate healthy growth curve of pigs.
This system of design method uses a modular design principle; the development environment takes AT89S52 which is very mature and inexpensive microcontroller as the master controller core. Therefore it makes the cost below, and make reliability be increased.
Experiments show that pressure sensor has a high precision,static error is 0.2% ;RFID reader is high sensitive, reading time consumption is less than 15ms,reading distance can reach 8cm; the operation of hard and software are stable. This system has reached the design requirements of the pigbreeding and has improvedgreat significance.
Keywords: RFID; Single-chip controller; Electronic eartag ;Delphi; Dataacquisition; Determination of growth performance
目錄
中文摘要
1 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意義 2
1.2國內(nèi)外的發(fā)展狀況.................................................. 2 1. 3研究的主要內(nèi)容………………………………………………………………….4
1.4本論文章節(jié)安排……………………………………………………………………4
1.5本章小結(jié)……………………………………………………………………………5
2系統(tǒng)的總體設計…………………………………………………………………………6
2.1系統(tǒng)的功能介紹 6
2.2采食量記錄系統(tǒng)(F.I.R.E)測定飼料轉(zhuǎn)化率 …... 6
2.3采食量記錄系統(tǒng)(F.I.R.E)描述采食行為 7
2.4系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng) 9
3 采配料稱重系統(tǒng)………………………………………………………………………10
3.1簡介 10
3.2系統(tǒng)稱重方法的研究 10
3.2.1動態(tài)稱重的解決方案 11
3.2.2動態(tài)定量稱重的關鍵問題 11
4零部件的設計 14
4.1 稱重傳感器 14
4.1.1稱重傳感器的測試原理……………………………………………………14
4.1.2稱重傳感器檢測數(shù)據(jù)分析?…………………………………………………14
4.2拉壓式傳感器 15
4.3流量傳感器 ……………………………………………………………………………………16
4.3.1基本原理? 16
4.4豬用飲水器 16
4.4.1豬用飲水器的行業(yè)作用 16
4.5漏糞地板 17
4.5.1漏糞地板的類型 17
4.5.2漏糞地板的運用 17
參考文獻 18
致謝 23
24
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
1.1.1研究背景
隨著社會的不斷發(fā)展,普通的民眾的生活水平不斷提高,消費者對食品的健康越來越關注,其中食品安全也越來越受到消費者的重視,同時最近幾年頻繁出現(xiàn)的豬肉的安全事故在不斷的引起消費者對豬肉是否健康的擔心,從而促使人們對豬肉產(chǎn)品信息的追溯技術(shù)有著迫切要求的愿望。豬肉產(chǎn)品信息追溯技術(shù)的出現(xiàn)和提高與擴大豬肉消費者對豬肉產(chǎn)品和提供豬肉相關產(chǎn)品的企業(yè)的信任不斷的動搖著豬肉市場的穩(wěn)定與提高豬肉相關產(chǎn)品的企業(yè)的發(fā)展狀況。過去頻繁發(fā)生的豬肉質(zhì)量的事故消弱了廣大消費者對豬肉產(chǎn)品和提供豬肉相關產(chǎn)品的部分企業(yè)的信任,直接加劇了豬肉消費的波動,甚至是大規(guī)模的動蕩。近年來,豬肉產(chǎn)品信息追溯技術(shù)的提出,成為解決這一問題的一個很好的技術(shù)解決方案,而且該技術(shù)的不斷發(fā)展為生豬的育種、飼養(yǎng)、屠宰、加工、流通分銷和終端銷售等環(huán)節(jié)提供了一套有效的科學管理的新方法,間接的促進了生豬養(yǎng)殖和加工銷售企業(yè)提高工作效率、提高管理水平、塑造品牌、不斷贏得消費者信賴。未來能夠在豬肉消費市場生存下來并且不斷發(fā)展壯大的與豬肉相關的企業(yè)將是嚴格實施產(chǎn)品追溯技術(shù)的企業(yè)[“。可以預見,豬肉產(chǎn)品追溯技術(shù)將在未來的幾年內(nèi)會出現(xiàn)快速的發(fā)展,而對生豬養(yǎng)殖業(yè)的來說,最重要的環(huán)節(jié)就是飼養(yǎng)的過程「2]。其中發(fā)展生豬生長性能的測定技術(shù)必將會對豬肉產(chǎn)品追溯技術(shù)和提高生豬養(yǎng)殖業(yè)的水平起著重要的作用。
1. 1.2研究意義
對于我國目前生豬養(yǎng)殖水平,制約著提高的的關鍵因素之一是生豬養(yǎng)殖設備的落后。使用生豬采食自動記錄設備可以準確記錄自由采食情況下群養(yǎng)豬的個體采食量、重量,料槽內(nèi)的電子測量系統(tǒng)可以使豬的采食量精確到克。隨著測定時間的推移,測定生豬在每一天或者整個測定周期內(nèi)的采食量、采食持續(xù)時間、采食次數(shù)、采食前后體重、喂料量等被記錄。然后,測定站的計算機根據(jù)數(shù)據(jù)自動計算,分析形成測定生豬生長期的日增重、日采食量、詞料轉(zhuǎn)化率等數(shù)據(jù)報表。養(yǎng)殖設備的技術(shù)水平也是體現(xiàn)一個國家生豬養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一,國內(nèi)外十分重視生豬養(yǎng)殖業(yè)設備的研發(fā)和使用。每一個豬場都必須向客戶提供生豬的一些性能參數(shù),比如:生豬的生長速度、體重的R增重、飼料利用率等指標,而測定生豬生長性能指標的設備和相關技術(shù)是提供這些準確數(shù)據(jù)的有了保證。所以大力研究生豬生長性能測定的設備,以計算機技術(shù)、射頻技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)為特征的現(xiàn)代化技術(shù),應用于養(yǎng)豬業(yè)生豬測定中,研制出符合我國國情的生豬生長性能自動測定系統(tǒng)對我國的生豬養(yǎng)殖業(yè)有重要的意義。
1.2國內(nèi)外的發(fā)展狀況
上個世紀50年代,美國、德國、丹麥等歐美發(fā)達國家出現(xiàn)小規(guī)模的工廠化養(yǎng)豬,而且其發(fā)展很迅速,慢慢的形成了一整套比較完善的養(yǎng)豬工藝模式、配套設備以及一些比較成熟的詞養(yǎng)管理技術(shù)。
上個世紀70年代后期,一些歐美發(fā)達國家自己開發(fā)的牛場管理信息系統(tǒng)已得到成功應用。上個世紀80年代后期這些歐美發(fā)達的國家開始開展了對種豬性能自動化測定系統(tǒng)的研究,在自動給料站,當耳朵上裝有電子感應耳標的豬進入給料站的時候,射頻接收器就會立即識別出豬的耳標號,同時記錄下豬的耳標號并傳送到計算機上,記錄每次的釆食量,每次的采食時間、每次采食前后的體重、每天的采食次數(shù)等重要的數(shù)據(jù)信息,由單片機完成初步的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的工作,然后上傳到計算機。上個世紀90年代以來,在電子信息技術(shù)不斷進步的基礎上拓寬的高新技術(shù)及其應用領域,如:采用機器視覺分析技術(shù)應用于動物行為分析與監(jiān)視、識別;基于個體體形圖像分析優(yōu)良品種選育與動物體重評估;動物詞養(yǎng)管理多媒體知識咨詢系統(tǒng)等都已慢慢地實用化。BigDuctchman公司研制的一套控制管理系統(tǒng),實現(xiàn)的功能包括溫度、濕度、氨氣濃度等氣體環(huán)境參數(shù)的自動獲取,飲水量和采食量數(shù)據(jù)信息的自動采集、欄舍的通風、溫度、喂料量的自動控制[6]。幾十年來,不管是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家,現(xiàn)代化養(yǎng)豬都得到迅速發(fā)展。大規(guī)模現(xiàn)代化養(yǎng)豬場越來越多,有些養(yǎng)豬企業(yè)已達幾十萬頭規(guī)模,甚至有的超過一百萬頭規(guī)模。發(fā)達國家一般現(xiàn)代化養(yǎng)豬場提供的豬肉約占全國產(chǎn)量的80%,其豬場的機械化、自動化程度較高,計算機等高科技設備被廣泛應用。尤其是全自動化的生豬生長性能測定系統(tǒng)的應用,保證了歐美國家養(yǎng)豬事業(yè)的快速發(fā)展。近幾年來,美國奧斯本工業(yè)公司、法國興業(yè)公司、德國必達公司等少數(shù)公司設計生產(chǎn)了全自動化的測定系統(tǒng)。該系統(tǒng)技術(shù)先進,全自動化,準確率高,大大提高了生豬養(yǎng)殖水平的發(fā)展,從而推動了整個養(yǎng)豬業(yè)的進步。在國外,世界上較大的生豬養(yǎng)殖公司大多選擇了美國奧斯本工業(yè)公司的生豬生長性能測定系統(tǒng)作為他們的育種工具,部分種豬場使用了法國或德國生產(chǎn)的全自動化測定系統(tǒng),借此提高生長性能測定的準確性,提高生長性能測定的水平。
目前,我國的生豬養(yǎng)殖設備基本上很落后,傳統(tǒng)的生豬生長性能測定的模式是:一般是實行單欄喂養(yǎng)或者是2?5頭生豬在一個大欄中飼養(yǎng),而且每頭生豬通過習慣性訓練后有個體固定的采食位置。通常記錄員采集測定豬每天的采食重量或者是由飼料體積轉(zhuǎn)換為飼料重量的數(shù)據(jù),并定期對測定豬體重(通常是每隔一個月或僅僅是測定開始和結(jié)束時)進行測量以獲得測定豬生長速度的數(shù)據(jù)信息。這種人工的測量過程的不足之處是:(1)在測定的過程中很容易發(fā)生人為的主觀性的錯誤,如飼料重量或?qū)ιi重量的測量不準確(通常誤差都在5%以上)或測定記錄出錯等,這樣的導致的結(jié)果是影響測定的精確性,數(shù)據(jù)的可靠性不是很高;(2)由于人工手工測量對生豬體重測量的煩瑣和費力過程的復雜性導致了不能對測定豬生長速度進行連續(xù)記錄,每次稱重的過程必定會對測定豬造成不同程度的應激并對測定豬生長發(fā)育造成了一定的不利影響。因此不可能對測定豬每天進行體重的測量從而取得其每天的生長速度的連續(xù)數(shù)據(jù);(3)主要以手工測定的模式?jīng)Q定了測定數(shù)據(jù)的存在著客觀偏差。比如手工測定過程中,而測定豬必須采取定時定量的采食方式,其采食過程中的采食方式、采食時間以及采食量與實際喂養(yǎng)自然狀況下的自由采食模式肯定會有一定的偏差;小群體喂養(yǎng)的固定采食欄位雖然間接地消除了個體測定豬之間的自由采食的競爭,但是這與實際喂養(yǎng)的狀況是完全不太相符的,而且更重要的是某些生產(chǎn)性能指標表現(xiàn)很好的生豬并不能代表該生豬個體具有良好的競爭性,而其后代在實際自由的喂養(yǎng)環(huán)境中或許會有不佳的表現(xiàn);小群體的喂養(yǎng)生豬(2?5頭)與實際中的大群體的喂養(yǎng)(10?30頭)的對個體生長速度和采食量的測定也會出現(xiàn)一定的偏差”。所以目前國內(nèi)基本上還是要借助人工經(jīng)驗來判斷其優(yōu)劣,缺乏科學準確地依據(jù)進行判斷,從而嚴重阻礙了我國養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。如果采用自動化設備進行生豬的性能測定,上述問題就會迎刃而解。但直接大量進口國外的生豬生長性能測定系統(tǒng)設備不太現(xiàn)實,整套設備比較昂貴,加上服務和維護還沒有到位,軟件沒漢化操作不便,使許多國內(nèi)豬場望而卻步。在我國只有少數(shù)一些政府的測試中心、有實力的大型企業(yè)引入國外的種豬生長性能測定系統(tǒng)設備,如北京養(yǎng)豬育種中心、北京市順義種豬性能測定站、農(nóng)業(yè)部種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(武漢)等引入法國ACEMO公司的ACEMA 64系統(tǒng);深圳光明豬育種中心于2001年、農(nóng)業(yè)部種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(廣州)于2006年、廣東溫氏集團于2008年引入美國奧斯本工業(yè)公司的FIRE也系統(tǒng)在研究國外先進技術(shù)基礎上,加以優(yōu)化,研制出符合我國國情的高性能、低價格的生豬生長性能測定系統(tǒng)設備,是一條切實可行的路子,可大大提高我國養(yǎng)豬生產(chǎn)水平。
1. 3研究的主要內(nèi)容
本文將結(jié)合射頻識別、計算機控制和遠程通信、數(shù)據(jù)庫管理、上位機軟件開發(fā)技術(shù)等技術(shù)提供了生豬個體的自動識別、采食量和體重的數(shù)據(jù)信息的采集、以及其他的數(shù)據(jù)的自動記錄,并上傳到上位機數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲和處理,自動形成按照需求的各種測定報告的設計方案。所做的工作有以下幾個方面:
(1)系統(tǒng)的總體方案的設計;
(2)主要的硬件模塊的設計:計算機化的全自動種豬性能測系 統(tǒng) (Feed IntakeRecording Equipment, 簡稱 F.I.R.E)主要是針對 30~150kg階段的生長期豬只而研制開發(fā)的, 它包含數(shù)個飼喂站和一臺收集貯存采食信息的計算機,其中,飼喂站設有電子感應裝置和天線,能識別豬只個體所攜帶的電子耳牌,測定站保證在任何時候只容許 1 頭豬進入采食。只要豬一進入測定站采食， 測定站將記錄豬的電子耳牌號碼、 采食時間、 采食量以及豬體重。隨著測定時間的推移， 測試豬群中的每頭豬在每一天或整個測定期的飼料采食行為，如飼料采食量、 采食持續(xù)時間和日體重等均被記錄。然后，測定站計算機自動計算、分析形成測定豬生長期的日增重、飼料采食量、飼料報酬等數(shù)據(jù)報表。
(3)各個模塊的功能調(diào)試試驗。
(5)數(shù)據(jù)的功能測試。
1.4本論文章節(jié)安排
基于本人所做的主要工作,本文的章節(jié)安排如下:
(1)第一章緒論。主要介紹課題的研究背景及意義、國內(nèi)外動態(tài)及發(fā)展趨勢和研究的主要內(nèi)容。
(2)第二章系統(tǒng)全自動種豬性能測定系統(tǒng)的總體設計。主要介紹的是設計框圖。
(3)第三章系統(tǒng)的設計。主要介紹的是傳感器的設計,包括飲水系統(tǒng)的設計、重量采集模塊的設計、系統(tǒng)顯示模塊的設計
(5)第五章系統(tǒng)的調(diào)試。主要介紹了下位機的主要模塊調(diào)試、上位機和下位機4式是:一般是實行單欄喂養(yǎng)或者是2?5頭生豬在一個大欄中飼養(yǎng),而且每頭生豬通過習慣性訓練后有個體固定的采食位置。通常記錄員采集測定豬每天的采食重量或者是由飼料體積轉(zhuǎn)換為飼料重量的數(shù)據(jù),并定期對測定豬體重(通常是每隔一個月或僅僅是測定開始和結(jié)束時)進行測量以獲得測定豬生長速度的數(shù)據(jù)信息。這種人工的測量過程的不足之處是:(1)在測定的過程中很容易發(fā)生人為的主觀性的錯誤,如飼料重量或?qū)ιi重量的測量不準確(通常誤差都在5%以上)或測定記錄出錯等,這樣的導致的結(jié)果是影響測定的精確性,數(shù)據(jù)的可靠性不是很高;(2)由于人工手工測量對生豬體重測量的煩瑣和費力過程的復雜性導致了不能對測定豬生長速度進行連續(xù)記錄,每次稱重的過程必定會對測定豬造成不同程度的應激并對測定豬生長發(fā)育造成了一定的不利影響。因此不可能對測定豬每天進行體重的測量從而取得其每天的生長速度的連續(xù)數(shù)據(jù);(3)主要以手工測定的模式?jīng)Q定了測定數(shù)據(jù)的存在著客觀偏差。比如手工測定過程中,而測定豬必須采取定時定量的采食方式,其采食過程中的采食方式、采食時間以及采食量與實際喂養(yǎng)自然狀況下的自由采食模式肯定會有一定的偏差;小群體喂養(yǎng)的固定采食欄位雖然間接地消除了個體測定豬之間的自由采食的競爭,但是這與實際喂養(yǎng)的狀況是完全不太相符的,而且更重要的是某些生產(chǎn)性能指標表現(xiàn)很好的生豬并不能代表該生豬個體具有良好的競爭性,而其后代在實際自由的喂養(yǎng)環(huán)境中或許會有不佳的表現(xiàn);小群體的喂養(yǎng)生豬(2-5頭)與實際中的大群體的喂養(yǎng)(10-30頭)的對個體生長速度和采食量的測定也會出現(xiàn)一定的偏差。所以目前國內(nèi)基本上還是要借助人工經(jīng)驗來判斷其優(yōu)劣,缺乏科學準確地依據(jù)進行判斷,從而嚴重阻礙了我國養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展。如果采用自動化設備進行生豬的性能測定,上述問題就會迎刃而解。但直接大量進口國外的生豬生長性能測定系統(tǒng)設備不太現(xiàn)實,整套設備比較昂貴,加上服務和維護還沒有到位,軟件沒漢化操作不便,使許多國內(nèi)豬場望而卻步。在我國只有少數(shù)一些政府的測試中心、有實力的大型企業(yè)引入國外的種豬生長性能測定系統(tǒng)設備,如北京養(yǎng)豬育種中心、北京市順義種豬性能測定站、農(nóng)業(yè)部種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(武漢)等引入法國ACEMO公司的ACEMA 64系統(tǒng);深圳光明豬育種中心于2001年、農(nóng)業(yè)部種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(廣州)于2006年、廣東溫氏集團于2008年引入美國奧斯本工業(yè)公司的FIRE也系統(tǒng)在研究國外先進技術(shù)基礎上,加以優(yōu)化,研制出符合我國國情的高性能、低價格的生豬生長性能測定系統(tǒng)設備,是一條切實可行的路子,可大大提高我國養(yǎng)豬生產(chǎn)水平?。
1.5本章小結(jié)
本章首先講了本研究的背景和意義,然后講了本研究國內(nèi)外的發(fā)展狀況,最后講述了研究的主要內(nèi)容和本論文的章節(jié)安排。
第2章系統(tǒng)的總體設計
2. 1系統(tǒng)的功能介紹
生豬生長性能自動測定系統(tǒng),利用RFID無源電子耳牌的識別技術(shù),通過射頻系統(tǒng)能從生豬群體中識別出每頭個體的電子耳標號,從而識別出每頭生豬的個體身份,并對每個個體采食行為,比如:采食前的時間、采食前的個體的體重、采食前飼料的重量、采食后的時間、采食后的個體的體重、采食后飼料的重量等參數(shù)進行動態(tài)測定和記錄。全自動種豬性能測定系統(tǒng) F.I.R.E.把料槽中飼料的減少量作為豬只的采食量。 當沒有豬采食時，新添加到料槽的飼料量會自動稱重記錄。但豬在測定站采食時，新加進去的飼料無法單獨稱重，只有通過輸送料的體積與重量比率進行估算。F.I.R.E.系統(tǒng)為此開發(fā)了一個叫 DPC 的動態(tài)部分校正因子體系，能夠持續(xù)地根據(jù)飼料密度和濕度自動調(diào)整飼料體積重量比。經(jīng)過養(yǎng)豬現(xiàn)場的驗證， DPC 體系積累的誤差僅在0.5%~2.5% 之間，假設 1 頭豬 1 天采食 4kg， 最大誤差為100g， 即 0.025x4000=100g，如果進行手工喂料測定, 要求采食量誤差小于 100g/ 天, 則在現(xiàn)場就需要配備 10g 精度的秤，這顯然是不太可能的"所以!手工喂料測定的誤差通常都在 5% 以上。
2.2采食量記錄系統(tǒng)(F.I.R.E)測定飼料轉(zhuǎn)化率
與種豬大群粗放測定相比，為了更準確地記錄個體采食量，傳統(tǒng)的飼料轉(zhuǎn)化率測定方法往往把 1 頭或 2 頭同胞種豬個體單欄喂養(yǎng)，把料槽中飼料的減少量略加校正當作豬的采食量。 全自動種豬性能測定系統(tǒng) （ F.I.R.E.）的開發(fā)目的是讓系統(tǒng)自動記錄測試豬的體重和采食量，并使測試豬只保持在群體的飼養(yǎng)環(huán)境， 詳細的記錄數(shù)據(jù)可以形成豬個體采食行為的歸納，得出個體豬的日增重和飼料報酬這兩個最重要的性狀指標，這對今后精準農(nóng)業(yè)科技中的分類型飼養(yǎng)很有意義。
已經(jīng)證實：豬在單欄與群養(yǎng)的環(huán)境狀態(tài)下飼養(yǎng)相比， 有著不同的溫度需要，采食習慣， 這些因素對采食量、飼料轉(zhuǎn)化率有著直接或間接的影響。例如，單欄飼養(yǎng)的豬有更高的日采食量(參考 Gonyou 等, 1992, Appl. Animal Behav.Sci)、 更快的生長速度(參考 DeHaer 和 De Vries, 1993,Livest. Prod. Sci. )、 更高的飼料轉(zhuǎn)化率(參考 Petersen,1976,Z" tungskunde.)、 胴 體 更 肥 ( 參 考 DeHaer 和 DeVries, 1993)。 因此, 單欄條件下飼養(yǎng)的測定數(shù)據(jù)與群體飼養(yǎng)環(huán)境下的測定數(shù)據(jù)顯然有重大差別，由此得出的選擇結(jié)果顯然不符合實際生產(chǎn)狀況下的群體飼養(yǎng)模式。除了生長環(huán)境的差別外, 單欄飼養(yǎng)測定在實際操作中仍存在種種限制而影響生長性狀的表達，如普通單欄飼養(yǎng)測定的手工喂料都采取定時定量的方式，而豬的自然生活方式是自由采食, 實驗表明豬每天采食 8- 14 次, 每次采食量也遠遠少于定時定量方式中的采食量，但每天的采食總量可能多于單欄飼養(yǎng)方式的總采食量。另外, 單欄飼養(yǎng)測定方式使測定豬失去了采食競爭，這與群體飼養(yǎng)環(huán)境有所差別。 F.I.R.E.系統(tǒng)采用群體飼養(yǎng)環(huán)境對個體進行性能測定， 自由采食條件下每個測定欄可飼養(yǎng)和測定 12- 15 頭豬， 在飼養(yǎng)環(huán)境、飼養(yǎng)狀態(tài)和飼養(yǎng)方式等方面均與實際生產(chǎn)環(huán)境相似，在此相近條件下完成飼養(yǎng)種豬和進行個體性能測定，充分保證了測定數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)的一致性，為種豬選育的準確性提供了充分的科學依據(jù)。
2.3采食量記錄系統(tǒng)(F.I.R.E)描述采食行為
雖然計算機化的采食量記錄系統(tǒng)早在 20 年前已經(jīng)被國外種豬中心測定站和大型育種公司所采用，但有關研究豬采食行為的文章是在商業(yè)運用 5 年后才見報道，并且集中在荷蘭、 法國和英國等歐洲國家，研究結(jié)果的差異也相當大；在單欄飼養(yǎng)或最多20 頭一欄飼養(yǎng)的條件下，豬的日采食次數(shù)從 7 到 73 次不等；每次采食時間和采食量分別為 1.4min35g、 6.9min 222g；采食效率在 15g/min 到 40g/min 的范圍內(nèi)變異。
豬在生長育肥期有著很強的采食行為特征，據(jù) Hyun等(1996)報道， 豬在 6:00- 20:00 時的白天時間里達到訪問飼喂站的次數(shù)和采食量的高峰，在其他的夜間時間采食次數(shù)和采食量較少；在白天，豬雖在飼喂站逗留時間較短，但采食效率較高。 Hyun 等 ( l996)利用公豬 、閹公豬和小母豬作比較，研究結(jié)果表明，閹公豬和小母豬之間的采食行為差異小，公豬在 7:00- 16:00 時采食次數(shù)較多、采食量較大，這就說明公豬有爭食行為。在品種差異方面， Hyun 等(1996a)比較了共 10 頭混養(yǎng)的大白豬和梅山豬，采食行為和生長速度的表現(xiàn)差異達到顯著水平&梅山豬每天的采食量比大白豬要低 1kg 左右、采食次數(shù)比大白豬少一半以上，但每次的采食量比大白豬大。這就表明梅山豬在采食行為方面競爭性不強， 而大白豬能在白天時間達到采食高峰期并獲得足夠的采食量。
采食量記錄系統(tǒng) F.I.R.E.在研究豬的細微采食行為上頗具潛力，從 1993 年在美國 Illinois 大學安裝的 F.I.R.E.系統(tǒng)和相關的研究報告來看，計算機化的自動喂料系統(tǒng)能提供大量的飼料采食信息。Hyun 等(1996)在這個中心做了 120 頭豬飼養(yǎng) 10 周的試驗， 結(jié)果表明豬每天采食頻率為 12 次，系統(tǒng)還自動記錄了豬每次進入和離開飼喂站的時間和料重，并自動計算了每次采食的時間長短和所耗飼料多少，由此給每頭豬記錄了 5000 個觀察值， 總共 700000 個觀察值的詳細采食行為記錄。該系統(tǒng)最近還新添加了一個種豬自動稱重的功能， 豬的體重和所耗飼料能被同時記錄。從遺傳改良的角度來看， 針對特別的生長， 采食曲線進行選育在理論是可行的， 例如使我們可能對生長期飼料采食量高、而在育肥期采食量低的豬進行選留，達到較完善的豬生長模式。此外，筆者認為：現(xiàn)代高產(chǎn)母豬由于加強了對背膘厚、生長速度和飼料報酬的選擇，造成采食量下降， 影響到繁殖性能和使用壽命的問題，也可能通過這種選擇得到妥善解決。 相同基因型、性別和體重的豬只在采食行為方面仍保持較大的采食行 為 差 異， Hyun 等 （1996）報 道 豬 只 每 天 采 食 在8~23 次之間或以上， 而按 Young 和 Lawrence(1994)的統(tǒng)計則在每天 3~69 次。 此外Hyun 對豬只每天的采食量曲線進行了分析， 認為日采食量曲線可以用來進行采食量預測，這對豬營養(yǎng)配方朝更加精準的目標邁進有很大的幫助。
2. 4系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)
第3章采配料稱重系統(tǒng)
3.1簡介
基于上述情況，本文提出了微機配料集散控制方式。它是由一臺主機和多臺從機組成，各個部分通過網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)起來，主機不參與被控對象的直接控制，而是將控制任務交給各個從機完成。每臺配料秤可視為一個獨立的生產(chǎn)單元，用一臺計算機就地對一臺秤實施測量與控制。這不僅大大簡化線路結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)制造與安裝維護，同時使配料系統(tǒng)整體故障風險分散，數(shù)據(jù)管理與過程控制分離，人機接口更加完善，滿足了企業(yè)管理人員遠離控制現(xiàn)場實時監(jiān)視整個配料系統(tǒng)工作情況的需求，進一步提高了配料系統(tǒng)的可靠性。
3.2系統(tǒng)稱重方法的研究
3.2.1 動態(tài)稱重的解決方案
在動態(tài)稱重系統(tǒng)中，解決快速性問題是至關重要的，有兩條解決思路：一條思路就是直接測量物料的質(zhì)量，并對測量值進行誤差補償，使得測量的結(jié)果滿足測量精度的要求；另一種方法是通過系統(tǒng)動態(tài)過渡過程的信息來提取被測量參數(shù)的信息。由于系統(tǒng)對外界激勵的響應過程包含了系統(tǒng)自身的特征，即動態(tài)的過渡過程包含有被稱對象重量的信息。對于稱重系統(tǒng)來說，當被測物料施加系統(tǒng)上的同時，稱重系統(tǒng)自身的特征也發(fā)生了改變，特征量改變的大小與物料重量存在著一定的數(shù)量關系，所以可以通過系統(tǒng)的過渡過程包含特征量的改變間接進行測量。因此，可以把動態(tài)測量作為一個參數(shù)估計和預測問題來處理，即首先根據(jù)有關稱重系統(tǒng)的先驗知識，推導出一個含有未知參數(shù)的模型，然后用該模型去擬合稱重過渡過程信號，從而獲得最小平方誤差意義上的參數(shù)估計。
本文所研究的動態(tài)稱重系統(tǒng)采用了第一種思路，即直接測量物料的重量值，然后采用軟硬件補償?shù)姆绞剑沟孟到y(tǒng)滿足精度要求。
3.2.2動態(tài)定量稱重的關鍵問題
自動稱重配料系統(tǒng)工作的喂料階段，首先由料倉向稱量斗下料，達到設定的重量值以后，關閉料倉，然后控制稱量斗以某一流速值向混合倉下料。因此，自動配料系統(tǒng)的稱量部分還包括了動態(tài)定量稱重的環(huán)節(jié)。
(1)動態(tài)稱重
動態(tài)定量稱重系統(tǒng)包含兩個方面問題：一是測量；二是控制?？焖倬_的稱重測量是快速精確控制的基礎，稱重傳感器的合理選擇以及稱重測量環(huán)節(jié)的精確測量對于一個定量稱重系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能否達到要求，起著至關重要的作用。要實現(xiàn)定量下料的快速度和高精度，首要解決的是系統(tǒng)的動態(tài)稱重精度問題。
影響稱重精度的因素主要有：稱重傳感器的測量誤差；模數(shù)轉(zhuǎn)換帶來的量化誤差；物料下料的沖擊力；測量的滯后帶來的落差；噪聲干擾誤差。
（2）定量控制
物料定量稱重的簡單過程為：啟動進料裝置，物料在自身重力的作用下進入稱量斗，料斗上裝有稱重傳感器，料斗的重量信號由稱重傳感器轉(zhuǎn)換成與之對應的電壓信號，經(jīng)放大器把該電壓信號放大后送入計算機進行數(shù)據(jù)處理，當?shù)竭_預定值時，停止進料，完成一次定量稱重。
造成定量配料誤差的原因主要有：稱重測量環(huán)節(jié)的測量誤差的影響；給料裝置的動作滯后及其慣性作用；物料空中落差的影響；物料下料的沖擊力；給料驅(qū)動機構(gòu)的非線性和強耦合性。
3.2.3 流速控制方法
（1）失重法測量原理
要想控制稱量斗向攪拌倉的加料量，首先要測出稱量斗流量的大小。稱量斗流量的大小是采用失重原理測量的，即儀表并不直接測出排放裝置（稱量斗倉口）排出量的大小， 而是測量配料斗中物料質(zhì)量W的減少量，然后計算出流量的大小。
如，在t0時刻，配料斗的質(zhì)量為W，而過了一個△t時刻，配料斗的質(zhì)量由于排放而減少為 W1，那么在△t時間間隔內(nèi)，流量
當△t間隔足夠小時，由式(2-1)計算出的流量值具有足夠高的精度。流速獲取方法如圖所示。
（2）控制原理
物料流量的控制方式是由 2 種方式組成：重力方式和體積方式。圖表示了物料流量 2 種控制方式的劃分。
圖中第 1 條曲線表示了稱量料斗質(zhì)量變化。當再充填倉口打開時，稱量料斗的質(zhì)量呈斜線迅速上升；當稱量料斗充滿后，再充填倉口關閉，此后配料斗的質(zhì)量呈緩慢下降趨勢。第 2 條曲線表示再充填倉口開啟和關閉的狀態(tài)。第 3 條曲線則表示 2 種不同控制方式的劃分。從再充填閥打開前 1s 開始一直到再充填閥關閉后 5s 為止。這段時間內(nèi)，調(diào)節(jié)器處于體積方式。這段時間以外的時間內(nèi)調(diào)節(jié)器則處于重力方式。
第4章零部件的設計
4.1稱重傳感器
4.1.1稱重傳感器的測試原理?
稱重傳感器的測試流程如圖1所示.稱重傳感器的電壓輸出范圍為0～30mV.檢測標準主要有:未受力的零點電壓U0≤5mV;20min前后輸出電壓變化范圍和受力過程中最大電壓和最小電壓變化不超過0.006mV,即Uoe-U0≤0.006mV,Umax-Umin≤0.006mV;受力過程中輸出電壓每間隔5min的變化不超過0.003mV.整個測試過程中所有輸出電壓符合以上測試標準,則說明傳感器精確度達到要求,性能良好;否則,傳感器不能準確反映出所受壓力,線性誤差大,傳感器不合格。?
4.1.2稱重傳感器檢測數(shù)據(jù)分析?
在傳統(tǒng)檢測中,通常使用高精度萬用表測量傳感器的輸出電壓,工作人員讀表記錄數(shù)據(jù).其最大缺點是每次只能讀取一支傳感器的數(shù)據(jù),而且每次切換測試機臺時,萬用表需要3s的穩(wěn)定時間才能讀數(shù),記錄數(shù)據(jù)需要1s時間.導致結(jié)果產(chǎn)生很大的時間誤差,進而影響了合格品的判定.例如當讀取U5時,1號機臺讀取到的是1號傳感器5min時的精確值,而讀到32號機臺時,實際時間已經(jīng)進行到了(3s+1s)×32路+5min=422s,也就是說32號機臺上的傳感器的U5并不是5min時的電壓,而是422s的電壓.從第1路到第32路,產(chǎn)生了122s的時間誤差.稱重傳感器自動檢測系統(tǒng)使用多路數(shù)據(jù)采集卡,可將每路輸出電壓的平均讀取時間降低到幾秒鐘之內(nèi),解決了傳統(tǒng)檢測中的時間誤差問題。?
稱重傳感器靈敏度S?=?1mv?/?v?時：激勵電壓V?=?12V，?最大秤量Emax?=?150kg，?衡器最大秤量Max?=?150kg，最大凈輸出信號為：
激勵電壓×?靈敏度×EMmaxax=?12v?×?1v?/?v?×115500kkgg?=?12mv稱重傳感器靈敏度S?=?2mv?/?v?時：激勵電壓V?=?12V，?最大秤量Emax?=?300kg，?衡器最大秤量Max?=?150kg，最大凈輸出信號為：激勵電壓×?靈敏度×?MEmaxax=?12v?×?2mv?/?v?×310500kkgg?=?12mv如果這只靈敏度S?=?1mv?/?v?的稱重傳感器的最小靜載荷Emin?=?6kg，當準確度等級為C3?級，即，nLC?=?3000?時，有檢定分度值V?=?Emaxn-LCEmin?=?1503k0g0-0?6kg?=?0.?048kg而如前所述臺秤的檢定分度值e?=?0.?05kg。這樣，稱重傳感器的檢定分度值和衡器分度值，在S?=?1mv?/?V?的前提下，基本是接近了。
4.2拉壓式傳感器
本傳感器采用電阻應變式測量原理，使用S梁結(jié)構(gòu)保證了測試精度的要求，抗橫向擺動能力增強。 S梁結(jié)構(gòu)，優(yōu)質(zhì)合金鋼制造 拉壓輸出對稱，高精度、低飄移、密封防塵、可靠性高 廣泛應用于電子失重秤、包裝秤、吊秤等測量系統(tǒng) 本型號電器參數(shù)同上 采用先進的密封工藝，可應用于高濕度環(huán)境，具有優(yōu)越的抗扭抗側(cè)抗偏載能力?傳感器接線:?紅線電源正,綠線電源負,黃線輸出正,白線輸出負,可根據(jù)用戶要求加裝變送器,0-5V,0-10mA,4-20mA
?量程
?L
??W
?D
?M
?3-50
?60
?58
?20
?8
?100-1000
?70
?60
?24
?16*1.5
?1500-5000
?84
?76
?32
??24
技術(shù)參數(shù)
電源電壓
12V
零點輸出
<2%
非線性
0.02～0.05%F.S
溫度飄移
<0.005％F.S/ ℃
不重復性
0.02～0.05%F.S
工作溫度
-20～80℃
滯后
0.02～0.05%F.S
過載能力
1.5倍
靈敏度
1.5～2MV/V
絕緣電阻
1000MΩ
4.3流量傳感器
4.3.1基本原理???
??水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻,同時通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關殼推動磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場,切割磁感應線,產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比,根據(jù)水流量的大小啟動燃氣熱水器。其脈沖信號頻率的經(jīng)驗公式見式(1)。???
??f=8．1q-3 (1)???
??式中：f—脈沖信號頻率,H2???
??q—水流量,L/min???
??由水流量傳感器的反饋信號通過控制器判斷水流量的值。根據(jù)燃氣熱水器機型的不同,選擇最佳的啟動流量,可實現(xiàn)超低壓(0．02MPa以下)啟動。
4.4豬用飲水器
4.4.1豬用飲水器的行業(yè)作用
豬用飲水器對于整個養(yǎng)豬行業(yè)來說,已經(jīng)成為了一個必不可少的使用工具,而且逐漸得到了廣泛地應用.究其原因,主要有這么幾方面.
首先就是豬用飲水器非常符合環(huán)保理念,在節(jié)約用水方面能夠做到很好,同時還能確保飲水的清潔以及豬舍衛(wèi)生的干凈整潔以及干燥.最重要的就是它能夠有效防止豬病進行傳播.
對于傳統(tǒng)的豬用飲水器,其工作的原理就是通過壓力彈簧產(chǎn)生的介質(zhì)壓力,然后將這種壓力傳遞到玻璃球或者是塑料球,這時就會對閥門的觸流桿在頭部逐漸產(chǎn)生加壓現(xiàn)象,最后就會形成點接觸,進而達到開關靈活的目的.
4.5漏糞地板
4.5.1漏糞地板的類型
豬只漏糞地板網(wǎng)包括漏糞板，球鐵漏糞地板，球鐵掛試漏糞地板，塑料漏糞地板，漏糞地板，漏糞地板網(wǎng)產(chǎn)品。本產(chǎn)品可以方便養(yǎng)豬廠清理豬仔的糞便，使豬仔身上保持干凈，養(yǎng)豬廠里也顯得利索。這樣也為打掃衛(wèi)生的員工提供了方便，可以不用把豬仔全部放出來清理完再放回去，這樣在漏糞地板網(wǎng)的下方就可以直接清理掉了。
漏糞地板網(wǎng)分為塑料漏糞地板和鑄鐵漏糞地板。
塑料漏糞地板網(wǎng)采用優(yōu)質(zhì)工程聚丙塑料整體注塑成型，結(jié)構(gòu)合理，高強度，高韌性，抗脆裂，表面防滑處理，壽命長，便于消毒處理。規(guī)格有300*500 400*600 500*600 同時提供高強度（出口型）玻璃鋼支梁。性能及優(yōu)點：耐腐蝕、酸堿，安裝容易，導熱系數(shù)要遠遠低于鋼鐵小豬窩躺上方不易受涼，使用壽命可長達5年以上，承重力在50kg以上。產(chǎn)品用途：主要用于培育床和分娩床護仔欄兩側(cè)。
鑄鐵漏糞地板網(wǎng)采用球墨鑄鐵制造，有韌性。表面鑄造精細，光滑無毛刺，抗承載能力強，漏糞率高，抗腐蝕，使用壽命長。主要用于分娩床母豬部分、糞溝蓋板等。鑄鐵漏糞地板規(guī)格：600 × 300mm。產(chǎn)品用途：主要用于分娩床母豬部分糞溝蓋板使用，可拼接出0.3米整數(shù)倍規(guī)格的尺寸,與塑料漏糞板配套使用,球墨鑄鐵漏糞板,鑄鐵漏縫板,產(chǎn)床用漏縫板。
4.5.2漏糞地板的運用
漏糞地板模具是養(yǎng)豬場建設中常使用的一種工具，它的作用是改善豬場的地板環(huán)境，減輕我們的清潔工作的同時還能夠有效抑制疾病的傳播，是優(yōu)秀的養(yǎng)豬設備。規(guī)?；i場一般都是批量養(yǎng)殖，所以對于地板的質(zhì)量有著很高的要求，通過支撐梁搭建成地板，仔豬在上面活動，糞便通過長孔流入收集池，并通過收集池傳送到遠處的發(fā)酵池，糞便發(fā)酵后出售到周邊的蔬菜種植基地。這樣既避免了仔豬與糞便的直接接觸，又可以增加一項收入。
發(fā)酵床零排放生豬養(yǎng)殖技術(shù)，就是利用生物菌種發(fā)酵，把豬糞便與大量鋸木屑、秸稈等干性農(nóng)業(yè)廢棄物放在一起，仔豬可以安閑地靜臥在干燥的顆粒物墊料上，這樣既解決了糞便的臭味，又改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，一舉兩得。
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