種豬生產性能測定系統開發與性能測試

熊本海，蔣林樹，楊 亮，潘曉花

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種豬生產性能測定系統開發與性能測試

熊本海1，蔣林樹2，楊 亮1，潘曉花1

（1. 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，動物營養學國家重點實驗室，北京100193； 2. 北京農學院，奶牛營養學北京市重點實驗室，北京102206）

為開展種豬生產性能的智能化、自動化測定及開展種豬采食行為學研究，該研究設計了一種集自動識別、體質量感知、采食行為數據自動采集、數據分析與處理于一體的種豬生產性能智能測定系統。該系統主要由豬只耳標識別模塊、精準下料控制模塊、料槽及豬只個體稱質量模塊、現場數據通訊模塊及遠程中央控制模塊組成。系統機械部分主要包括飼喂站的豎直側墻、稱質量平臺、活動擋板、下料機構、料倉、控制盒、出料口開關及耳標識讀器等組成。電路控制系統包括微處理器（LPC1766，內核為ARM Cortex-M3內核的微控制器）、RS232讀卡器接口、數據存儲芯片（預設存儲256 KB數據）、看門狗電路、稱質量電路、外圍驅動電路、JTAG接口電路及穩壓電源電路。系統性能測試結果表明：1）測量精度如下：飼喂下料沒有范圍限制，取決于喂料倉的儲料狀態，單次下料量及動態誤差為93±2g；豬只體質量秤量程為0～200 kg，計量精度為10 g，稱量動態誤差占豬只體質量的0.5%以下，符合測定需求；2）對40頭種公豬后裔的生長肥育豬飼喂測試結果表明，在25～60 kg體質量范圍內，自由采食日均次數10～12次，日均采食時間78 min，測試期間料肉比（FCR）為2.33:1，且生長規律符合Gompertz曲線，通過該模型預測的日增質量下降的拐點發生111～117 d之間，對應的拐點體質量在63～64 kg范圍內。上述實際觀察及預測結果較好地反映了測定對象的生產性能，開發的軟件及硬件系統達到了種豬生產性能測定的要求；3）系統下料控制部分，首次采用雨刷電機取代早期采用的步進電機，不僅成本下降，尤其結合圓柱式刮板下料機構，降低了單次下料量，改善了下料的精度；4）系統核心芯片采用進口器件，電路設計采用多重冗余和保護電路，軟件的編寫采用了多重功能驗證，并通過長期可靠性測試；軟件和硬件的冗余設計，提高了控制系統的可靠性，消除來自電源、電機、電磁波干擾，該測定系統具有極高的可靠性；測定的數據通過計算機系統可長期保存或升遷，便于數據量的積累和開展種豬選育的大數據挖掘分析。

飼喂；控制系統；模型；種豬；性能測定；數據采集；電子識別

0 引 言

母豬年生產力（productivity per sow per year，PSY）是指一頭母豬一年可提供斷奶仔豬的數量[1]，受控于母豬的繁殖周期、初生的仔豬個數及初生至斷奶的成活率等[2]。PSY既是母豬最重要的生產力性狀，又是反映一個國家、一個區域或一個養豬企業綜合養豬技術水平及養豬效益最核心的指標。至2015年，農業部畜牧業司報道[3]，中國的PSY提升至17頭，同比增加了6.5%，但與養豬發達的丹麥2012的PSY 28.8頭比較[4]，仍存在不小的差距。提高PSY除與精細化管理提高仔豬的成活率有關外，種豬自身的遺傳性能的表達至為關鍵。為此，長期開展種豬生產性能的測定，包括繁殖性能及產肉性能的測定是發揮優秀種豬的遺傳潛力，迅速提高生豬良種化水平的基礎性工作，對于促進種豬分子育種及聯合育種等技術的推廣至關重要[5]。種豬生產性能測定是指按照種豬生產性能測定制度，將測定豬群置于相對一定的環境條件和營養水平下飼養到目標體質量時，對測定目標進行一定參數的度量[6]，例如，總產仔數，測定目標體質量達100 kg 所需的日齡以及體質量達100 kg后的背膘參數等。在測定過程中，需要連續記錄測定對象的采食量數據及體質量變化數據。當測定的豬只頭數較多時，將是一項十分費時費力的工作，為此，前期中國已經開發了具有不同特點的種豬性能測定裝置及軟件系統[7-10],而且開發出的測定設備在實際應用中不斷完善，較好地將機電設備、嵌入式系統及上位機遠程控制系統集成起來，完成數據的自動采集與分析。進一步，徐世軍等[11]將軟件系統與環境溫、濕度傳感器及豬只體溫自動測定裝置結合起來，可研究環境溫濕度與豬只體表溫度的變化，為新一代種豬測定系統的開展奠定了基礎。但是，上述研發的系統在精準喂料控制技術方面仍存在剩余料，減少過度下料引起的飼料結余與不新鮮是種豬性能測定裝置需要進一步改進的重點。因此，本研究開發了一種基于種豬采食行為學特點與物聯網控制技術相結合的新一代種豬生產性能測定智能裝置，將精準喂料控制過程前移，最大程度控制剩余飼料量，并在線記錄種豬的采食次數、采食量與采食時長、體質量變化，為系統獲得種豬的采食行為與生長特性提供了智能測試平臺。

1 種豬測定系統設計

1.1 系統工作控制原理

如圖1所示，種豬性能測定系統是以對豬只的電子標識為基礎開始工作的。電子耳標即無線射頻識別（RFID）佩戴在進食豬只耳朵上，用于存貯進食豬只的身份信息；讀卡器用于通過射頻的方式讀取佩戴在豬只耳朵上的耳標信息；稱質量裝置用于測量豬只進食質量和成長體質量，與控制模塊連接。控制模塊根據讀卡器傳輸的信號，向下料裝置的電機發送打開或關閉的信號。無線通訊模塊用于將控制模塊接收的耳標信息和控制模塊發送的控制信息發送給遠程控制端，并把遠程控制端的控制指令傳送給控制模塊。遠程控制端用于接收無線通訊模塊傳輸的信息，監控進食豬只的耳標信息和進食情況，向無線通訊模塊發送設置的豬只進食成長信息。

遠程控制端由計算機控制，可以自動實現豬只身份的識別、稱質量、下料、數據采集和數據統計等功能。計算機實時顯示豬只編號、體質量、采食次數、采食量、采食時間，顯示豬只吃料異常報警，根據客戶要求自動生成各種報表、繪制生長性能曲線、打印報表等項功能。

1.2 測定系統所屬飼喂站結構設計與工作原理

測定系統所屬飼喂站的結構如圖2所示，包括料倉、控制盒、活動擋板、稱質量平臺、通道及飼喂器組成。其中對活動擋板的觸動是記錄數據的關鍵。

當活動擋板3在豬只進出時均會被觸動，在活動擋板3上設置有觸發裝置，在其發生大幅度轉動即有豬只進出時，觸發裝置將發送進出信號給控制盒2，控制盒2根據進出信號記錄豬只的進入時刻及離開時刻，從而獲取豬只的本次進食時間。其次活動擋板3可以根據豬的大小，手動調節伸縮量，以確保每次只能有一頭豬進入通道內采食。

圖中2為稱體質量平臺或裝置，將其上的體質量轉化為電信號發送給控制盒42，其工作原理采用電子秤方法：先對稱體質量平臺調校，以料槽為空時的體質量值為“零”點。其中，稱體質量平臺2獲取體質量的時刻包括2個質量：第一體質量，豬只進入進食通道，并獲得豬只狀態穩定時的質量為豬自身質量。特別地，在開發的稱質量數據采集嵌入式系統中，首先識別進入的豬只耳號，只有在稱質量平臺上停留至少1 min后，才對采集的豬只動態質量數據進行處理。采集數據時間1 min，采集的數據記錄大約500條并排序，然后去掉前后各200條記錄，留下中間數據大約100條，取它們均值即為每次采集的豬自身質量值，也為豬只狀態穩定時的質量；第二體質量，豬只進食完畢離開進食通道后的體質量，即此次進食后剩余的飼料質量。通過稱質量平臺2采集的質量數據既可通過自身的裝置顯示在顯示板上，也可直接將本次采集的豬只體質量數據及本次剩余量數據傳送到遠程控制端即上位機貯存。因此，將本次的下料量數據減去本次剩余量數據即為本次采食量實際數據。

特別的，當某一豬只進食完畢，離開進食通道后，控制盒42會記錄此次剩余飼料質量，一方面留取該豬只進食飼料質量的數據，另一方面，在下一豬只進入進食通道后，控制盒42可以根據上次剩余飼料的質量，計算出下一豬只的體質量信息，并且可以在通過讀卡器6識別出豬只編號后，控制出料口開關5補充投放一定量的飼料，使得剩余飼料加上補充飼料的質量等于下一豬只的預估進食質量，如此即可防止因上一豬只沒有完全進食，導致下一豬只進食過量的問題。通過以上步驟的循環，即可實現豬只自動投食，自動記錄進食量，自動補充飼料的全自動飼喂過程。

為保證下料的精準性，本研究的下料電機采用雨刷電機[12]，雨刷電機后端又封閉在同一個殼體內的小型齒輪變速器，使輸出的轉速降低至需要的轉速，沒有慣性，從而保證每次下料量的精確。本研究采用型號為ZD2831的雨刷電機，工作電壓24 V，功率80 W，實測單次下料量93±2 g，且采用圓柱式刮板下料機構，較早期采用的步進電機控制的螺旋式下料更好控制，使得下料的穩定性更好。此外，相同功率的雨刷電機的價格不到步進電機的1/2～1/3。

遠程服務器端或移動端在獲取某編號對應豬只的體質量后，即可計算出該豬只當天的額定進食量，以及合理的投食次數。當同一豬只多次進入本測定裝置時，即可按照預定投食計劃進行投食。如果投食量達到當天的額定進食量，則該豬只再次進入本裝置時，不會進行投食，進而保證豬只的精確飼喂。

1.3 系統主要控制電路設計

如圖3所示，該測定系統為機電高度融合的嵌入控制系統，通過電路集成控制相應的設備或器件，或記錄采集的數據。主要電路包括：1）單片機，型號為LPC1766，是基于第二代ARM Cortex-M3內核的32位微控制器[13]，具有高性能、低功耗的特點；2）讀卡器接口，即RS232口，是一種RFID識別器，用來讀取不同種豬的ID數據；3）數據存儲芯片，能夠存儲256KB數據，且可擴展；4）看門狗電路，用來監控單片機的運行，防止程序跑飛及死機現象等；5）稱質量電路，即24位的AD采集芯片，內含4種可編程放大器，帶有雙數據通道，且一個芯片剛好滿足體質量數據采集和采食量數據采集；6）外圍驅動電路，電機的驅動采用N溝道MOS管IRF9540N。主要參數：最高電壓100 V，最大電流33 A[14]，導通電阻0.4 Ω。7）JTAG接口電路，能夠將代碼下載到單片機里面，同時也可以在線仿真，查看數據等；8）穩壓電源電路，給整個電路提供電源。

1.4 性能測定系統的計算機軟件系統開發

該系統即為整個測定系統的上位機監控系統，通過中央控制器接受來自測定系統采集的數據，主要用于管理不同測定站的地址信息、種豬的標識信息、每次采食量數據及體質量變化數據等，以及對上述數據的分析挖掘與可視化分析。為此，本研究采用.Net的C#語言[15]，基于SQL Server 2005網絡數據庫[16]，開發了桌面PC遠程控制計算機系統。圖4為上位機控制系統的主要界面。開發的系統主要包括系統管理、設備管理、報表及數據信息4大模塊，實現對種豬性能測試數據的實時采集、飼喂控制與數據的在線分析。

1.5 生長肥育豬生產性能測定擬采用的預測模型

描述生長肥育豬的生長模型典型有Logistic方程、Gompertz方程和Chante方程等10多種[17-18]。Gompertz 增長曲線方程由英國統計學家和數學家Gompertz于1825年提出，該方程的圖形是具有初始值的典型“S”形生長曲線[19-20], 且該模型預測的初始值可以優化[21]，因此本研究采用Gompertz方程對采集的測試豬的體質量數據進行非線性回歸分析，以檢測收集的生長數據是否符合大白豬的生長規律。Gompertz方程的模型及參數意義如下

式中W表示日齡時體質量，kg；表示日齡；,和為模型參數，通過觀察數據結合SAS（8.2）中的NLIN過程獲得[22]。按Gompertz方程的特點，該方程描述生長曲線的拐點為（ln/,/e），最大日增質量為[23]。

2 系統實現的主要功能與設備性能測試

2.1 系統實現的主要功能

研制的種豬測定系統經測試，能夠測定豬只個體生長過程的精確數據、自動生成各種報表、自動繪制生長性能曲線。基本功能有：1）自動控制飼喂和測定過程，不需要人為干預；2）自動識別及顯示采食豬只身份信息。本研究采用低頻RFID（無線視頻識別），頻率為133 kHz，感應耳標的距離為15～30 cm；3）自動顯示采食豬只開始采食時間、結束采食時間和進食量；4）自動測定每日的體質量，并計算出日增質量；5）自動計算日飼料報酬；6）自動生成日測定明細表；7）自動生成日測定統計表；8）自動生成日齡段統計表；9）自動繪制測定期內生長性能曲線。

豬只稱質量的最大量程是由采用的重量傳感器決定的。本研究采用德州ADS1232[24]，采集速率有每秒鐘10次和80次2種選擇，計量精度為10 g，稱量范圍為10 g～200 kg，具有精度高、范圍大的特點，可完全滿足豬只個體的稱量需求。本系統顯示刷新時間為0.5 s，經反復測試，稱質量系統相對豬只體質量的動態誤差在0.5%以下，符合測定的最低需求。

2.2 系統的性能測試試驗與結果分析

按“1”部分所示測定系統的研究方案（飼喂裝置+計算機控制系統）在河南南商農牧科技有限公司進行了生產與調試，4臺試制的設備在河南南陽牧源種豬場第7生產車間進行了設備及計算機軟件系統的初步測試試驗。按種豬性能測定的經驗要求[25-26]，本試驗主要通過種公豬后裔的肥育性能測定，檢驗研發的設備是否符合種豬性能測定的要求。受測豬來自該豬場主要的大白豬品系，對種公豬肥育性能的測定用10頭后裔的平均成績來表示。受測的后裔豬個體進入測定舍后，進行觀察、檢疫與預飼，到體質量(25±1.0)kg左右開始正式測定，于體質量(60±1.0)kg結束。試驗期間，對豬舍環境進行自動控制，溫度控制在18～27 ℃之間，以盡量消除環境對采食量的影響。按每套裝置分別測定10頭后裔（閹割的公豬混群），40頭生長豬隨機分為4組開展生長肥育性能測試，取得主要的采食行為及肥育性能指標如表1所示。

表1 種豬后裔個體肥育性能測試

注：同列不同小寫字母代表差異顯著(<0.05)。

Note: Different lowercase in the same column mean significant difference (<0.05).

如表1所示，測試結果表明，通過飼喂裝置反映的采食行為，不同設備間飼喂的后裔個體的平均采食次數差異不顯著（>0.05），且自由采食次數在10～12次之間，與蒲紅州等[27-28]研究報道的不同濕熱指數（THI）下，當THI<75時的自由采食次數規律基本一致，但低于當THI>75的采食次數。但是，兩者都高于羅鳳珍等[29]的測定的生長肥育母豬平均自由采食9.5次，可能與飼喂的模式與測定對象的分群有關。其次，就測定的4組豬的料肉比（FCR）的數據看來，在本試驗體質量25～60 kg范圍內，盡管不同設備組的FCR具有一定的差異性，但設備1和設備3，設備2和設備4差異不顯著（>0.05），且總體的平均FCR=2.33，略高于羅鳳珍等[29]測定的2.18水平，可能與FCR受控的因素較為復雜有關，例如，飼喂方式或飼喂日糧中能量及蛋白質水平等造成的。一般而言，日糧能量濃度越高，FCR隨之下降。盡管如此，記錄的數據基本反映了大白豬后裔的生長性能。第三，平均采食時間也是一個重要的采食行為指標，自由采食的時間越短，就意味著豬只采食效率高，用于自由活動、躺臥休息與排泄行為的時間就越長，有益于豬只健康與生長。本試驗測定的不同設備組的采食時間的差異顯著（<0.05），設備3組的平均采食時間明顯高于其他3組，經查與試驗中設備3的下料機構出現幾次問題有一定關系。本觀察試驗采食的平均時間總體上在70～90 min之間，總體平均為78 min，高于蒲紅州等[27]報道不同濕熱環境下肥育豬的自由采食時間50～70 min，但后者報道的采食時間的變異明顯高于本試驗結果。此外，與羅鳳珍等[29]報道的平均采食87 min比較更相近，總體上介于蒲紅州和羅鳳珍報道的數據之間。

通過對研究設備開展性能測試所提供的生長肥育豬的采食行為數據即平均采食次數、平均采食時長及試驗期間的豬飼料轉化效率數據分析，可以看出，上述數據較好反映了豬的采食行為及生產性能，表明研究的設備測試種公豬或種母豬的生產性能是可行的。

2.3 測試獲得的生長肥育豬的采食量及生長曲線

按公式（1）模型，對4組試驗肥育豬的體質量數據（）與日齡數據進行NLIN回歸，得到4組后裔豬的生長曲線模型及模型揭示的生長特性參數即拐點與最大日增質量，模型及參數一并列在表2中。

表2 測定的生長肥育豬的Gompertz模型及參數

注：W為日齡時豬體質量，表示日齡。

Note:is the weight of pig in theday,means day old.

表2所示生長模型及其特性參數，反映了后裔豬的生長特性具有規律性。盡管曲線擬合的體質量范圍在25～60 kg之間，但通過模型參數揭示出的生長曲線的拐點發生在日齡111～116 d之間，體質量在63～64 kg，延伸了體質量范圍。預測的結果與肖煒等[23]報道的結果相近，但與后者用其他生長模型預測的拐點與最大日增質量數據差異較大，可能與選用的模型不同有關。其次，本研究通過模型預測的平均最大日增質量0.782 kg/d，與肖煒等報道的數據都明顯低于李慶崗等[30]報道的大白豬公及母的數據，但是明顯高于許棟等[31]報道梅山母豬的數據，可能與不同品系、不同試驗日糧的能量及蛋白水平相關。

總之，用本研究獲得的種豬性能測定系統可以較好地用于種豬的生產性能的測定。尤其在單次下料量上，由于采用了由雨刷電機驅動的、結合圓柱式刮板下料機構，單次下料量可以降低到93 g左右，略低于陳君梅等[9]研制的類似設備（100 g），且下料誤差可控制在±2 g，也好于后者±5 g的精度。此外在對測試數據的挖掘分析上由于采用模型嵌入的智能模式，也有明顯的改進。

3 結　論

1）本研究開發的種豬性能測定系統屬于機電信一體化的智能控制系統。系統集成了電子標識、雨刷電機、圓柱式刮板下料機構、傳感器計量、數據自動采集與傳輸于一體的機電控制物聯網技術，融入嵌入式系統的開發，無需人為干預，具有智能化。

2）開發系統實現的測量精度符合種豬性能測定的要求：在飼喂控制參數方面，單次下料量及精度為(93±2)g，投料的總量沒有限制，按需供料；豬只體質量秤量程0～200 kg，稱量動態精度占測定豬只體質量的0.5%以下。

3）對種公豬后裔的生長肥育豬飼喂測試，在25～60 kg體質量范圍內，自由采食日均次數10～12次，日均采食時間78min, FCR=2.33:1，生長規律符合Gompertz曲線，日增質量下降的拐點發生111～117 d之間，對應體質量在63～64 kg之間。上述結果表明開發的測試系統較好地反映了測定對象的生產性能，開發的軟件及硬件系統達到了種豬生產性能測定的要求。

4）系統核心芯片采用進口器件，電路設計采用多重冗余和保護電路，軟件的編寫采用了多重功能驗證，并通過了長期可靠性測試。測定的數據通過計算機系統可長期保存或升遷，便于數據量的積累和開展大數據的挖掘分析。

[1] 蔣宗勇，高開國，楊雪芬，等. 提高母豬年生產力的關鍵營養技術[J]. 動物營養學報，2014，26(10)：3003－3010.

Jiang Zongyong, Gao Kaiguo, Yang Xuefen, et al. Key nutritional technologies to improve productivity of sows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(10): 3003－3010. (in Chinese with English abstract)

[2] 曾勇慶. 母豬的細化管理與年生產力（PSY）提高的策略[J].養豬，2011(6)：20－22.

[3] 數字背后：2015年我國生豬出欄70825萬頭意味著什么？: http://sanwen8.cn/p/14buEf5.html

[4] 溫棚. 2012 年度丹麥養豬經濟報告[J]. 今日養殖業，2013(4)：52－55.

[5] 師守堃. 為什么要推行種豬的遺傳評估和場內測定[J]. 養豬在線，2004(5)：5－7.

[6] 張軍輝，倪俊卿. 種豬生產性能測定在養豬生產中的作用[J]. 今日畜牧獸醫，2013(9)：35－36.

[7] 劉敬順，劉小紅. 全自動種豬性能測定系統（FIRE）在豬育種中的研究和應用[J]. 今日養豬業，2007(4)：72－74.

[8] 陳君梅，黃瑞森，劉德武，等. 智能型母豬群養管理系統機械裝備的研制[J]. 農機化研究，2012，34(11)：114－119.

Chen Junmei, Huang Ruisen, Liu Dewu, et al. Development of machinery device for automatic sows feeding system[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2012, 34(11): 114－119. (in Chinese with English abstract)

[9] 陳君梅，黃瑞森，鐘偉朝.智能種豬測定系統機械裝備的設計與研發[J]. 農機化研究，2014，36(8)：98－103.

Chen Junmei, Huang Ruisen, Zhong Weichao. Design and Development of Machinery Device for Intelligent Pig Testing System[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2014, 36(8): 98－103. (in Chinese with English abstract)

[10] 麥永強. 智能型種豬測定系統的軟件設計[J].現代農業裝備，2014（3）：54－59.

[11] 徐世軍，葉秋冬.智能型豬性能測定系統中飼喂站的研究與設計[J].重慶理工大學學報：自然科學，2012，26(1)：67－93.

Xu Shijun, Ye Qiudong. Research and design of feeding stations in intelligent pigs performance determination system[J]. Journal of Chongqing University of Technology: Natural Science, 2012, 26(1): 67－93. (in Chinese with English abstract)

[12] 張恒，李云紅，李曉東，等. 風擋雨刷控制系統設計[J]. 西安工程大學學報，2015，29(3)：332－335.

Zhang Heng, Li Yunhong, Li Xiaodong, et al. Design on windshield wiper control system[J].Journal of Xi'an Polytechnic University, 2015, 29(3): 332－335. (in Chinese with English abstract)

[13] 劉亮，王擊，楊澤. 基于 ARM Cortex－M3 和 Internet 的實時數據采集系統設計[J]. 工業控制計算機，2011，24(11)：18－19. Liu Liang, Wang Ji, Yang Ze. Design of Real-time Data Acquisition System Based on ARM Cortex-M3 and Internet[J]. Industrial Control Computer | Ind Contrl Comput, 2011, 24(11): 18－19. (in Chinese with English abstract)

[14] 王波. 高速UWB信號功率放大電路的研究與實現[J]. 微計算機信息，2009，25(11-2)：214－216.

Wang Bo. Design and Implementing of Power Amplifier of High-speed UWB Signal[J]. Microcomputer Information, 2009, 25(11-2): 214－216. (in Chinese with English abstract)

[15] 北京阿博泰克北大青鳥信息技術有限公司編著. NET平臺和C#編程[M]. 科學技術文獻出版社，2006.

[16] 李莎，王小瓊. 基于SQL Server數據庫的優化策略[J].科技風，2016，6：116－117.

[17] 盧德勛. 新版系統動物營養學導論[M].北京：中國農業出版社，2016.

[18] Thornley J H M, France J, Thornley J H M, et al. Mathematical models in agriculture: quantitative methods for the plant, animal and ecological sciences[J]. 2008.

[19] Chakraborty B, Bhattacharya S, Basu A, et al. Goodness-of-fit testing for the Gompertz growth curve model[J]. Metron, 2014, 72(1): 45－64.

[20] Sandland R L, Mcgilchrist C A. Stochastic growth curve analysis[J]. Biometrics, 1979, 35(1): 255－271.

[21] 劉洋，徐文科. Gompertz 增長曲線方程的參數估計及對初始預報值的優化[J]. 黑龍江大學自然科學學報，2015，32(5)：600－606.

Liu Yang, Xu Wenke. Parameter estimation of Gompertz growth curve equation and optimization for initial predicted values[J]. J. of natural Science of Heilongjiang University, 2015, 32(5): 600－606. (in Chinese with English abstract)

[22] 韓漢鵬. 應用SAS 解非線性回歸問題[J]. 大學數學，2006，22(1)：4－8.

Han Hanpeng. The Application of SAS/STAT on Nonlinear Regression[J]. College Mathematics, 2006, 22(1):4－8. (in Chinese with English abstract)

[23] 肖煒，云鵬，李光兵，等. 不同來源大白豬生長曲線的比較研究[J].安徽農業科學，2007，35(10)：2912－2913，3082.

Xiao Wei, Yun peng, Li Guangbing, et al. Comparison of growth cruves of different sources of large white pigs[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007, 35(10): 2912－2913, 3082. (in Chinese with English abstract)

[24] 姜伶斌，劉思頌，黨正強. 基于ADS1232的高精度測試技術[J]. 中國測試技術，2008，34(3)：138－139.

Jiang Lingbin, Liu Sisong, Dang Zhengqiang. High-precision testing technology based on ADS1232[J]. China Measurement & Testing Technology, 2008, 34(3): 138－139. (in Chinese with English abstract)

[25] 張建，陳偉. 種豬性能測定關鍵技術及其進展[J]. 山東畜牧獸醫，2012，12(191)：93－94.

[26] 魏斌，袁國莉，伏軍. 開展種豬性能測定的探討[J]. 云南畜牧獸醫，2013，4：8－10.

[27] 蒲紅州. 濕熱環境對豬采食行為及生理生化指標影響的研究[D]. 成都：四川農業大學，2014.

Pu Hongzhou, Effect of Hot-humid Environment on Feeding Behavior,Physiological and Biochemical Parameters of Swine[D]. Chengdu: Sichuan Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[28] 蒲紅州，陳磊，張利娟，等. 濕熱環境對自由采食生長育肥豬采食行為的影響[J]. 動物營養學報，2015，27(5)：1370－1376.

Pu Hongzhou, Chen Lei, Zhang Lijuan, et al. Effects of hot and humid environment on feeding behavior in growing-finishing pigs with ad libitum feeding[J]. Chinese Journal Of Animal Nutrition, 2015, 27(5): 1370－1376. (in Chinese with English abstract)

[29] 羅鳳珍，朱亮. 大白生長母豬采食行為研究[J].豬業科學，2010(8)：96－97.

[30] 李慶崗，呂培，韋培培. 不同性別美系大白豬生長曲線擬合分析[J]. 養豬，2014(5)：60－62.

[31] 許棟，陸雪林，沈富林，等. 梅山豬母豬生長發育規律及其生長曲線擬合[J]. 中國畜牧雜志，2016，52(23)：15－17.

Xu Dong, Lu Xuelin, Shen Fulin, et al. The law of growth and growth curve fitting of Meishan sows[J]. Chinese Journal of Animal Science, 2016, 52(23): 15－17. (in Chinese with English abstract)

Design and performance testing of production performance determination system for boar

Xiong Benhai1, Jiang Linshu2, Yang Liang1, Pan Xiaohua1

(1.,100193,; 2.;,102206,)

In order to monitor feeding behavior of sows and further attain the sow’s precise feeding, an intelligent production performance testing system was designed in this study, which played functions in sows’ automatic identification, body weight perception, automatic feeding data acquisition and data analysis simultaneously. The system was composed of electric ear tag identification module, precise feed flow control module, feed trough and boar weighing module, data communication and remote control module. The mechanical device system was constituted of feeding bin, brackets, railing and blocking apron. The mechanical device system was constituted of feeder’s vertical wall, weighting platform, flapper, feed loading device, feed bin, control box, switch of discharge and ear tag recognizer. Electronic control systems included microprocessor (LPC1766, ARM Cortex-M3, Working temperature -40-105℃, Operating voltage 2.0-3.6 V, flash 256 K, low power consumption et al.), RS232 reader port, data storage chip (the default storage capacity is 256 KB), circuit of watchdog, weighing circuit, exterior-drivers circuit, JTAG connector circuit and stabilivolt source circuit. Among above, the sensor used for pigs weighing was Delux ADS1232 which had 2 rate options, 10 times per second and 80 times per second, with high precision and large range of features. The performance testing experiment revealed that: 1) the system’s precision meets the monitoring requirement of sow production performance. The discharge rate of feeder depended on the level of feed in stock bin, and the average amount of unloading feed was 93±2 g at one time; the range of pig weighing was 0-200 kg with the precision error below 10 g, and the dynamic weighing error was below 0.5% of pig’s weight. 2) The feeding behavior monitor for 40 gilts (25-60 kg) showed that the frequency of free feed intake was 10-12 times per day, the average feed time was 78 min, the feed conversion ratio was 2.33:1, and their weight gain was converged to the Gompertz curves (e.g.W=172.1exp(-4.0187exp(-0.0122*)),Wmeans body weight, kg;means day old, day), the predicted decreasing daily weight gain of growing pigs by Gompertz curve occurred at day 111-117, with corresponding inflection point weight in the range of 63-64 kg. The observed and predicted results above could precisely determine the growth performance, indicating that the software systems and hardware devices could satisfy the requirement of growth performance determination in sows. 3) The wiper motor rather than early stepping motor was used in feed discharging control system, which reduced the cost of production. In addition, the combined wiper motor with cylindrical scraper structure decreased the discharge rate of feeder and improved the precision of unloading control system. 4) The core chip in control system was imported, multi-redundant, and protection systems were applied in circuit design. Multiply functional verification was adopted in software writing. The redundancy design in software and hardware eliminated the interference of power, electrical machine and electromagnetic wave, and improved the systems’ reliability and stability. 5) The collected data could be saved or transferred, which facilitates the accumulation of pig production, data mining and sow breeding.

feeding; control systems; models; boar; performance measurement; data collection; electronic identification

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.022

S817.3

A

1002-6819(2017)-09-0174-06

2016-09-05

2017-04-26

國家“十三五”重點研發課題（2016YFD0700205, 2016YFD0700201及北京市重大計劃項目所屬課題（D171100000417002）。

熊本海，男，湖北紅安人，研究員，博士生導師，研究方向為動物營養與信息技術。北京 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，100193。Email：Xiongbenhai@caas.cn

熊本海，蔣林樹，楊 亮，潘曉花. 種豬生產性能測定系統開發與性能測試[J]. 農業工程學報，2017，33(9)：174－179. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.022 http://www.tcsae.org

Xiong Benhai, Jiang Linshu, Yang Liang, Pan Xiaohua. Design and performance testing of production performance determination system for boar[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 174－179. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.022 http://www.tcsae.org