CN105486813B - 多功能封闭式小型动物饲养实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能封闭式小型动物饲养实验系统，涉及小型动物饲养领域。本系统包括设置在饲养箱体（10）内的全自动除粪装置（20）、恒温恒湿环境调控装置（30）、定量换气装置（40）、养殖环境和小型动物体征检测装置（50）、自动升降饲喂饮水装置（60）和设置在饲养箱体（10）外的电脑（70）；全自动除粪装置（20）、恒温恒湿环境调控装置（30）、定量换气装置（40）、养殖环境和小型动物体征检测装置（50）及自动升降饲喂饮水装置（60）分别与电脑（70）连接。本发明封闭化养殖，与外界环境隔离，便于对变量的控制；使用电脑控制，大量减轻劳动强度，所采集的数据准确可靠；主要用于小型动物饲养实验的科学研究。

Description

多功能封闭式小型动物饲养实验系统

技术领域

本发明涉及小型动物饲养领域，尤其涉及一种多功能封闭式小型动物饲养实验系统。

背景技术

畜禽养殖过程中排放的污染气体会对大气环境造成很大的污染；随着养殖规模的扩大，引起的环境污染问题也日益严重。畜禽养殖场排放的污染气体主要有氨气、硫化氢和甲烷等，这些有毒有害气体严重危害周围居民身心健康和生态环境，尤其对养殖场的动物和饲养人员的危害更大，且动物在氨的长期作用下，体质变弱，抵抗力差，采食量和生产力都会下降。

畜禽养殖过程中排放的污染气体成分复杂而且难以测算排放系数和排放量。采用一些气体传感器对畜禽舍的污染气体进行检测，检测精度比较低，获得数据不可靠。传统的测算污染气体排放主要通过分析动物饲料总消耗量、动物排泄物、动物肉质成分含量，进而估算污染气体排放系数和排放量。这些方法实验周期长、操作复杂、准确性不高，而且无法预知各个环节的相互影响。因此，使用传统理化分析方法难以准确测算污染气体排放系数和排放量。

研究畜禽生长过程中污染气体排放系数和排放量对周围大气环境的影响有着非常重要的意义。因此，减少污染气体的排放对于改善大气环境有着非常重要的意义。为了能够精确得到污染气体排放数据，进行实验室的研究是前提，实验用小型动物饲养环境的密闭性对实验的精准度有很大的影响。在目前的研究中，小型动物饲养密闭箱只是作为单一的饲养装置，因此不可避免存在这样的问题：

①小型动物密闭饲养装置的功能相对比较单一，只是给动物提供生长的环境，不能实时记录饮水量、采食量、粪便排泄量和动物体重量，需要定期把动物、排泄物、饲料、水从饲养箱内取出称量，操作繁琐；

②小型动物饲养密度、所需通风量、温湿度与饲养方式、生长周期密切相关，对于不同生长阶段的小型动物不能满足其生长所需要的饮食及环境条件；

③小型动物尤其是肉鸡从幼稚到育成不同生长阶段需要更换不同规格的饲养密闭箱，而且小型动物在生长过程中排放的污染气体无法准确的测算，只是随着密闭箱内空气的流动排放到周围环境中，目前的研究都未提供这样的实验装置和实现这样的功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决畜禽养殖过程中无法准确测算排放污染气体的排放系数和排放量，以及饮食对动物生长与污染气体排放特征的影响，无法获得准确的污染气体排放数据等问题，提供一种多功能封闭式小型动物饲养实验系统，满足小型动物在不同生长阶段生长需求，实时记录小型动物生长状态，精确检测进气和排气的流量及污染气体浓度，为进一步测算小型动物养殖过程中排放污染气体的排放系数和排放量提供数据基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

具体地说，本系统包括包括饲养箱体、全自动除粪装置、恒温恒湿环境调控装置、定量换气装置、养殖环境和小型动物体征检测装置、自动升降饲喂饮水装置和电脑；

其位置和连接关系是：

在饲养箱体中低部水平设置有全自动除粪装置；

在饲养箱体的左右内侧壁垂直设置有恒温恒湿环境调控装置；

在箱体内设置有定量换气装置；

在饲养箱体内设置有内部环境和小型动物体重检测装置；

在箱体的内侧壁垂直设置有自动升降饲喂饮水装置；

在饲养箱体外设置有电脑；

全自动除粪装置、恒温恒湿环境调控装置、定量换气装置、养殖环境和小型动物体征检测装置及自动升降饲喂饮水装置分别和电脑连接，实现检测和控制。

本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：

①封闭化养殖，与外界环境隔离，便于对变量的控制；

②使用电脑控制，大量减轻劳动强度，所采集的数据准确可靠；

③根据小型动物不同生长阶段要求饲养架高度的不同以及小型动物采食的特点，自动升降饲喂饮水装置可以实现上下自由调节；

④可以对小型动物的体重进行实时记录，可以保证实验小型动物科学研究的时效性，提供精确、及时、可靠的实验数据，同时可以减少劳动强度，提高劳动效率；

⑤通过定量换气装置实时控制系统内通风换气率、温湿度及污染气体浓度等环境参数，并根据监测结果结合小型动物生长需求反馈调节空气温湿度以及通风量，将饲养箱体内的污染气体浓度控制在相对稳定、安全的范围内，保证小型动物正常生长。

本发明主要用于小型动物饲养实验的科学研究。

附图说明

图1是本系统的结构方框图；

图2是本系统的结构示意图；

图3是定量换气装置的结构方框图；

图4是换气筒的结构示意图；

图5是单向通气口的结构示意图；

图6是单向通气口的结构示意图(侧视)。

图中：

10—饲养箱体；

20—自动除粪装置，

21—刮板，22—铁丝网，23—刮板推杆，

24—推杆步进电机，25—进水管，26—电动阀门，

27—冲水槽，28—出水管，29—刮板导轨；

30—恒温恒湿环境调控装置，

31—第1电热板，32—第2电热板；

40—定量换气装置，

41—换气筒，

411—步进电机，412—螺杆，413—活塞，

414—螺杆套筒，415—活塞套筒；

42—单向通气口，

42A—第1单向通气口，

42B—第2单向通气口，

42C—第3单向通气口，

421—通气口套筒，422—卡销，423—卡槽，

424—盖，425—气密管，426—通气柱，

427—通气孔；

43—三通，

43A—第1三通口，

43B—第2三通口，

43C—第3三通口；

50—养殖环境和小型动物体征检测装置，

51—第1压力传感器，

52—第2压力传感器，

53—第3压力传感器；

60—自动升降饲喂饮水装置，

61—加水漏斗，62—饲料桶，63—密封圈，

64—第1弹簧管，65—第2弹簧管，66—升降台导轨，

67—升降台，68—食槽；69—水槽，

610—水箱；

70—电脑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本系统详细说明：

一、总体

如图1、2，本系统包括饲养箱体10、全自动除粪装置20、恒温恒湿环境调控装置30、定量换气装置40、养殖环境和小型动物体征检测装置50、自动升降饲喂饮水装置60和电脑70；

其位置和连接关系是：

在饲养箱体10中部水平设置有全自动除粪装置20；

在饲养箱体10的左右内侧壁垂直设置有恒温恒湿环境调控装置30

在饲养箱体10内设置有定量换气装置40；

在饲养箱体10内设置有内部环境和小型动物体重检测装置50；

在饲养箱体10的内侧壁垂直设置有自动升降饲喂饮水装置60；

在饲养箱体10外设置有电脑70；

全自动除粪装置20、恒温恒湿环境调控装置30、定量换气装置40养殖环境和小型动物体征检测装置50及自动升降饲喂饮水装置60分别和电脑70连接，实现检测和控制。

工作机理：

养殖环境和小型动物体征检测装置50采集的数据经过数据线传给电脑70，由电脑70实时记录并根据预先在电脑70上设定的阈值给全自动除粪装置20、恒温恒湿环境调控装置30、定量换气装置40和自动升降饲喂饮水装置60发送控制信号，使以上装置在有需求时自动运行；

安装在食槽68、水槽69和铁丝网22下方的压力传感器用于测定小型动物体重变化；

定量换气装置40按设定的体积以及换气频率进行换气；

自动升降饲喂饮水装置60的高度调整是根据小型动物不同生长阶段来确定；小型动物的饲料和饮水是根据小型动物不同生长阶段的饲养标准添加适当的量；清粪周期是根据小型动物排泄粪便情况确定；

利用本系统来模拟小型动物生长所需要的环境条件，根据小型动物不同的生长阶段调整通风量和换气率进而满足动物生长需要，提供恒温恒湿的环境；调整自动升降饲喂饮水装置到合理高度并添加足量食物，从而满足小型动物饮水和吃食生长需要；同时，选择合理的清粪周期，保证饲养箱体10内的污染气体浓度在正常允许浓度，不会对动物造成伤害，进气和出气通道的设计保证新鲜空气在饲养箱体10内均匀分布。

二、功能装置

1、饲养箱体10

所述的饲养箱体10是一种立方形的全封闭的空间，采用厚度为5cm的有机玻璃亚克力材料制作，长度、宽度和高度均为150cm。

2、全自动除粪装置20

如图1，所述的全自动除粪装置20由刮板21、铁丝网22、刮板推杆23、推杆步进电机24、进水管25、电动阀门26、冲水槽27、出水管28和刮板导轨29组成；

其位置和连接关系是：

铁丝网22水平安装在饲养箱体10中部，铁丝网22下表面安装第3压力传感器53；刮板21与铁丝网22垂直，且刮板21上边沿紧贴铁丝网22下表面；从左至右，推杆步进电机24、刮板推杆23、刮板21依次连接；刮板导轨29垂直于铁丝网22安装在刮板21两侧，刮板21两侧的突起部分位于刮板导轨29内；冲水槽位于饲养箱体10中部右侧，进水管25、电动阀门26、冲水槽27、出水管28依次连接。

其工作机理是：

刮板21由刮板推杆23推动，沿刮板导轨29移动，刮板导轨29引导刮板21前进时沿铅垂面行进，将粪便刮入冲水槽27，后退时沿轨道后退；刮板推杆23由推杆步进电机24驱动，推杆步进电机24由电脑70控制；进水管25一端连接电动阀门26再连接冲水槽27，一端连接自来水管，出水管28连接冲水槽27另一端，电动阀门25由电脑70控制。

3、恒温恒湿环境调控装置（30）

所述的恒温恒湿环境调控装置（30）包括第1电热板（31）、第2电热板（32）和电热丝网；第1电热板（31）和第2电热板（32）分别设置于饲养箱体（10）左右侧壁的内表面，电热丝网设置于活塞套筒（415）的内表面。

电热丝网用于预先加热吸入的空气，保障进入饲养箱体（10）的空气和饲养箱体内部气体温度一致。

4、定量换气装置40

如图3，定量换气装置40由换气筒41、单向通气口42和三通43组成；

在饲养箱体10内左边的顶部设置有换气筒41，在饲养箱体10内右边的顶部设置有进气的（即正装的）第1单向通气口42A，在密闭饲养箱30内的中间设置有出气的（即反装的）第2单向通气口42B，在密闭饲养箱30内右边设置有出气的（即反装的）第3单向通气口42C；

三通43的第1三通口43A、第2三通口43B和第3三通口43C分别与第1单向通气口42A的出口、第2单向通气口42B的入口和换气筒41的出口连接；

电脑70和换气筒41的步进电机411连接。

其工作机理是：

在电脑70上预先输入单次换气体积、换气频率数值；当到达设定的时间时，电脑70向换气筒41发出控制信号，换气筒41把饲养箱体10外的空气吸入到饲养箱体10内，饲养箱体10内原有的气体通过第3单向通气口42C排到饲养箱体10外。

1）换气筒41

如图4，所述的换气筒41由换气步进电机411、推杆412、活塞413、推杆套筒414和活塞套筒415组成；

其位置和连接关系是：

推杆套筒414和活塞套筒415左右连接成一个密闭的长筒；

在推杆套筒414内设置有换气步进电机411；

在活塞套筒415内设置有推杆活塞413，活塞413的外径和活塞套筒415的内径适配；

换气步进电机411、推杆412和活塞413依次连接。

其工作机理是：

换气步进电机411通过推杆412带动活塞413在活塞套筒415内左右运动，使活塞套筒415内的空气循环吸入和排出；换气步进电机（411）由电脑（70）控制。

2）单向通气口42

如图5、6，单向通气口42由通气口套筒421、卡销422、卡槽423、单向通气口盖424、橡胶气密管425、通气柱426和通气孔427组成；

其位置和连接关系是：

沿通气口套筒421的横截圆面按60º角均匀设置有6个通气柱426；

在每个通气柱426表面设置有两个通气孔427；

6个橡胶气密管425分别套在通气柱426外；

通气口套筒421的左端面和换气筒41的活塞套筒415的右端面连接成一密闭的整体，通气口套筒421的右端面通过卡销422和卡槽423与单向通气口盖424连接。

其工作机理是：

通气柱426是一端开口、另一端封闭的圆筒，圆筒面上设置有两个通气孔427，橡胶气密管425分别套在通气柱426外覆盖住两个通气孔427。

其结构类似轮胎上的气门芯。

从通气柱426开口端进入的气体使通气柱426内部气压增加，当气压高于橡胶气密管425及橡胶气密管425外部气压的总压力时，气体从两个通气孔427中溢出；因为橡胶气密管425覆盖住两个通气孔427，气体无法从通气孔7流入通气柱26，从而实现从通气柱6开口端到两个通气孔427的单向流通。

5、养殖环境和小型动物体征检测装置50

如图1，所述的养殖环境和小型动物体征检测装置50由内部的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、气体传感器以及外部的第1压力传感器51、第2压力传感器52和第3压力传感器53组成；

其位置和连接关系是：

第1压力传感器51安装在水槽69底部，第2压力传感器52安装在食槽68底部，第3压力传感器53安装在铁丝网22下方；

内部的温度传感器、湿度传感器、光照传感器、气体传感器以及外部的第1压力传感器51、第2压力传感器52和第3压力传感器53分别与电脑70连接。

其工作机理是：

第1压力传感器51和第2压力传感器52分别用于测定饮水和食物的重量变化，第3压力传感器53用于测定小型动物体重变化；所有传感器采集的数据通过数据线传输给电脑70。

6、自动升降饲喂饮水装置60

所述自动升降饲喂饮水装置60由加水漏斗61、饲料桶62、密封圈63第1弹簧管64、第2弹簧管65、升降台导轨66、升降台67、食槽68、水槽69和水箱10）组成；

其位置和连接关系是：

升降台67安装在升降台导轨66上，可沿升降台导轨66上下移动；食槽68和水槽69安装在升降台67上；

加水漏斗61位于饲养箱体10顶部外侧，从上到下，加水漏斗61、第1弹簧管64、水箱610和水槽69依次连接；

饲料桶62和密封圈63位于饲养箱体10顶部外侧，从上到下，饲料桶62、密封圈63、第2弹簧管65和食槽68依次连接。

升降台67和电脑70连接。

其工作机理是：

水槽69和水箱610用“U”形管连接隔绝气体，食槽68和饲料桶62由密封圈63连接隔绝气体；升降台67由电脑70控制。

7、电脑（70）

电脑（70）是一种通用件, 分别与其它功能装置的传感器件和执行器件连接，起检测和控制的作用。

安装在铁丝网（22）底部的压力传感器实时采集肉鸡体重并将数据通过数据线传给电脑（70），电脑（70）通过数据判断肉鸡所处的生长阶段，并给自动升降饲喂饮水装置（60）发送控制信号调整到合适高度；

安装在食槽（68）底部的压力传感器实时采集饲料重量并将数据通过数据线传给电脑（70），电脑（70）通过数据判断是否需要添加饲料，饲料不足将会发出提醒信号；

安装在水槽（69）底部的压力传感器实时采集饮水重量并将数据通过数据线传给电脑（70），电脑（70）通过数据判断是否需要添加饮水，饮水不足将会发出提醒信号；

内部环境和小型动物体重检测装置（50）中的温度传感器和湿度传感器实时采集饲养箱体（10）内部的温度和湿度数据，并将数据通过数据线传给电脑（70），电脑（70）根据预先设定值发送控制信号给恒温恒湿环境调控装置（30）和定量换气装置（40），通过电加热或通风方式控制温度和湿度在预先设定的范围内；

电脑（70）可以人工输入换气体积，并通过数据线将信号发送给定量换气装置（40），换气步进电机（41）带动活塞(43)先向后运动，使外界空气从第1单向通气口（42A）进入活塞套筒（45），再向前运动，使活塞套筒（45）内一定体积的空气从活塞套筒（45）内通过第2单向通气口（42B）排出到饲养箱体（10）内部，电脑（70）也可以根据气体传感器回传的数值给定量换气装置（40），在污染气体浓度过高的情况下进行换气；

电脑（70）每隔一定的时间自动向全自动除粪装置（20）发送控制信号，使推杆步进电机（24）驱动刮板推杆（23），刮板（21）由刮板推杆（23）推动，沿刮板导轨（29）移动，刮板导轨（29）引导刮板（21）沿铅垂面前进，将粪便刮入冲水槽（27），并保持固定，此时打开电动阀门（25），外接自来水从进水管（25）进入冲水槽（27），将粪便经过出水管（28）带出饲养箱体（10），冲水完毕后电动阀门（25）关闭，推杆步进电机（24）反转，带动刮板（21）后退，刮板（21）后退时在重力影响下进入另一条轨道，与水平面成一定角度后退，避免带回粪便。

Claims (1)

1.一种多功能封闭式小型动物饲养实验系统，

此系统包括饲养箱体(10)、全自动除粪装置(20)、恒温恒湿环境调控装置(30)、定量换气装置(40)、养殖环境和小型动物体征检测装置(50)、自动升降饲喂饮水装置(60)和电脑(70)；

其位置和连接关系是：

在箱体(10)中低部水平设置有全自动除粪装置(20)；

在饲养箱体(10)的左右内侧壁垂直设置有恒温恒湿环境调控装置(30)

在箱体(10)内设置有定量换气装置(40)；

在饲养箱体(10)内设置有内部环境和小型动物体重检测装置(50)；

在箱体(10)的内侧壁垂直设置有自动升降饲喂饮水装置(60)；

在饲养箱体(10)外设置有电脑(70)；

全自动除粪装置(20)、恒温恒湿环境调控装置(30)、定量换气装置(40)、养殖环境和小型动物体征检测装置(50)及自动升降饲喂饮水装置(60)分别和电脑(70)连接，实现检测和控制；

其特征在于：

所述的定量换气装置(40)由换气筒(41)、单向通气口(42)和三通阀(43)组成；

在饲养箱体(10)内左边的顶部设置有换气筒(41)，在箱体(10)内右边的顶部设置有进气的第1单向通气口(42A)，在饲养箱体(10)内的中间设置有出气的第2单向通气口(42B)，在箱体(10)内右边设置有出气的第3单向通气口(42C)；

三通阀(43)的第1三通口(43A)、第2三通口(43B)和第3三通口(43C)分别与第1单向通气口(42A)的出口、第2单向通气口(42B)的入口和换气筒(41)的出口连接；

电脑(70)和换气筒(41)的步进电机(411)连接；

所述的换气筒(41)由换气步进电机(411)、推杆(412)、活塞(413)、推 杆套筒(414)和活塞套筒(415)组成；推杆套筒(414)和活塞套筒(415)左右连接成一个密闭的长筒；在推杆套筒(414)内设置有换气步进电机(411)；在活塞套筒(415)内设置有活塞(413)，活塞(413)的外径和活塞套筒(415)的内径适配；换气步进电机(411)、推杆(412)和活塞(413)依次连接；

所述的单向通气口(42)由通气口套筒(421)、卡销(422)、卡槽(423)、单向通气口盖(424)、橡胶气密管(425)、通气柱(426)和通气孔(427)组成；沿通气口套筒(421)的横截圆面按60°角均匀设置有6个通气柱(426)；在每个通气柱(426)表面设置有两个通气孔(427)；6个橡胶气密管(425)分别套在通气柱(426)外；通气口套筒(421)的左端面和换气筒(41)的活塞套筒(415)的右端面连接成一密闭的整体，通气口套筒(421)的右端面通过卡销(422)和卡槽(423)与单向通气口盖(424)连接。