智能化奶牛饲喂新技术

智能化奶牛饲喂新技术

高雪

中国农业大学工学院，北京 （100083）

E-mail: gaoxue85@

摘 要：奶牛饲养技术有传统的精、粗饲料分食饲喂、TMR饲养，本文提出了一种新型的奶牛饲养技术——智能化奶牛饲喂技术，此技术针对个体产奶奶牛的生理特点和营养需求，在奶牛的饲喂过程中将个体奶牛所需定量精饲料投放在奶牛食槽的粗饲料之上，实现奶牛精饲料饲养的自动化。该技术将机械装置、RFID、计算机、单片机通过RS-232通信结合起来，让奶牛饲养更加科学化。

关键词：奶牛饲养，饲喂装置，RFID，RS-232

中图分类号：T

1．引言

牛奶含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质, 是人类最为完美的食品。随着经济和社会发展、人民生活水平的日益提高, 以及人们对健康、营养的不断追求, 推动了我国奶业的飞速发展。目前, 奶业已经成为农业的一个组成部分,而我国的牛奶产量跟国外先进国家相比还相差很远，我国的荷斯坦牛的年平均产奶水平大约为3400kg左右，发达国家平均单产都在6000kg以上，荷兰牛奶年产量大约为7500kg[1]，以色列、美国和日本都在 8200kg 以上[2]。 造成我国产奶量低的原因主要是奶牛养殖规模小，饲养技术与装备落后,管理水平低, 缺乏规模经济和抗风险能力。

奶牛养殖技术有传统的精、粗饲料分食饲喂、全日粮混合饲喂（TMR）技术。在我国，这两种技术都有应用。传统饲养技术主要应用于小型的养牛场，这种饲养方法有很多不便，奶牛易发生干物质食量不足的现象,导致产后失重恢复期延长，产奶量上升缓慢甚至下降,随之出现繁殖障碍和代谢病等；由于是分食制,容易发生某种饲料进食过多而导致营养失衡。此外,由于前后采食时间差2～3 小时,造成先吃进的料在瘤胃先发酵,后吃进的料在瘤胃后发酵。因不同的饲料在瘤胃内发酵产生的pH值不同,易造成瘤胃pH值较大的波动，而奶牛瘤胃的理想PH值在6.4-6.8[3]之间，波动太大影响奶牛健康；由于饲料投放准确度难以保证,会造成某一种或几种饲料的浪费。这种饲养技术目前广泛的用于我国。TMR（total mixed ration）是根据不同生长发育及泌乳阶段奶牛的营养需求和营养战略，按照营养专家计算提供的配方，将粗料、精料、矿物质、维生素和其他添加剂充分混合，能够提供足够的营养以满足奶牛需要的饲养技术。TMR技术近些年才在我国应用，主要应用于中大型养牛场，这种饲养方法是针对牛群来饲喂的，将产奶量相近的奶牛分为一组进行饲喂，这种分群方法无法考虑到每头奶牛的生理状况（如相同产奶量的奶牛可能在不同的泌乳期），奶牛在各个生理时期所需要的精饲料量以及饲料配方是不同的；奶牛要进行频繁的分群，这种分群带来的结果是，奶牛的生理机能下降，采食量得不到保证，进而影响到产奶量、产奶品质；此外，这种技术养牛必须具备能够进行彻底混合饲料的搅拌设备和用于称量及分发日粮的专业设备，这种设备对饲料搅拌的要求比较高，要求充分混合，设备价格昂贵，在一般的中型养牛场都不能得到普及。

2．智能化奶牛饲喂技术与装备

智能化奶牛饲喂技术中，精饲料的量是依据奶牛的生理特点和营养需求精确投放的，而

粗饲料是任意采食的。粗饲料主要是维持奶牛自身需要，精饲料主要是用于产奶。粗精饲料的合理饲喂才能保证奶牛瘤胃PH 值的波动范围小且身体机能正常。精饲料过多会使PH 值降低，容易发生食滞现象[4]，精饲料过少，牛奶产量低。新型TMR技术系统的工作原理如下图所示，

图1 工作原理图

2.1系统工作原理

整个系统的工作过程为RFID 系统识别出牛只的编号传入PC 机中，通过信处理计算出牛只所需要的精饲料量，通过单片机与PC 机的串行通信，把计算好的精饲料量发送到单片机中，由单片机控制饲喂装置的给料量。由描述的工作原理可知，智能化奶牛饲喂技术是针对每头奶牛，根据牛只所处的不同生理周期来进行精饲料的自动精确饲喂。避免了TMR 中奶牛的频繁分群。

2.2系统组成

新型TMR 技术分为三个部分：机械装置、自动控制系统和信息采集与处理系统。

机械装置为饲喂小车，主要由料仓、螺旋推进器、机架组成，可以在奶牛饲养间自由移动，饲料装在料仓中，饲料投放量由螺旋推进器组成。

控制系统由装载在饲喂小车上的单片机和各种控制元件等组成，单片机所选型号为AT89S52，主要作用是接收PC 机传输的信号，通过控制饲喂小车的螺旋推进器的运转时间来控制给料量。采用MAX232芯片接口的PC 机与

89S52单片机串行通信接口电路。将PC 机的发送端TXD 与单片机的R 1IN 引脚连接，RXD 与T 1OUT 引脚连接，单片机引脚P1.3、VCC 与继电器的输入端连接，继电器输出端与饲喂小车上螺旋推进器的电机控制开关处连接，通过继电器的通、断来控制螺旋推进器的运转。电路连接示意图如下：

图2 电路连接图

信息处理系统由RFID 、PC 组成。RFID 为无线射频识别系统，是一种非接触式的自动识别技术。它是由阅读器和电子标签组成，把电子标签附在被识别物体的表面或内部，当被识

别物体进入阅读器的识别范围时，阅读器自动以无接触的方式读取电子标签中的物体的识别数据，从而实现自动识别物体或自动收集物体信息数据的功能。在此系统中，RFID的作用是识别出牛只的牛号，将牛号传送到计算机里。其中，RFID阅读器装在饲料小车上，标签挂在牛只的颈部，在喂料时，牛头在牛颈夹固定范围里活动，便于读出牛只号。系统中计算机为普通PC机，配置具有较高的运行速度和较快的数据处理能力，以便进行及时的数据运算和通信，具有较大的硬盘存储空间，用于存储所需的数据库，以便进行以后的数据更改、查询，具有较高的安全性，确保系统的正常运行。在计算机Windows环境中，利用软件 制作了计算奶牛所需精饲料的软件。提供了可视化的集成开发环境，包括了所有设计、调试、配置应用程序所用到的工具，通过这些工具，可以很容易地创建程序中的可视化部分，并及时地观察界面设计过程中的变化。PC机在此控制系统中的作用是接收RFID传送的信息，并进行相应的后台数据处理，得出牛只所需要的精饲料量，再将饲料量通过RS-232通信传送给控制系数的单片机。信息处理的软件界面如下见图1：奶牛的精饲料确定按奶牛泌乳周期（分为五个阶段, 即围产期、泌乳盛期、泌乳中期、泌乳后期和干奶期）和产奶量进行系统处理后得出。

图3 信息处理界面

3．结论

随着信息技术的发展，计算机技术的普及，智能化已经应用在很多领域，奶牛饲养的研究也朝着智能化的方向发展, 只有加大奶业中的科技含量，才能增加我国奶牛业竞争力。奶牛饲养新型TMR技术中，充分利用了智能化，自动化的设备，让奶牛养殖精确化，大大提高了饲养效率，这种新型饲养技术也是对畜牧业现代化发展的有益尝试。

致谢

感谢此研究的指导老师高振江，在他的悉心指导下，完成了此研究，在此，表示深深的感谢。

参考文献

[1]考博斯特拉,荷兰的奶业发展及乳品加工业,奶业论坛,2006.10

[2]贾建新,孙中才.我国奶业发展的现状、问题及对策,综述专论,2004（2）

[3]王秋菊,胡海权,崔一吉吉.反刍动物瘤胃生理及代谢调控,饲料博览,2006 (11)

[4]易学武,张石蕊.日粮精粗比对奶牛瘤胃内环境的影响,中国饲料,2006（4）