畜舍環控系統研究現狀淺析

戚江濤，蒙賀偉，李亞萍，李成松，坎 雜，路士興

（1.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000；2.山東省濰坊監獄）

畜舍環控系統研究現狀淺析

戚江濤1，蒙賀偉1，李亞萍1，李成松1，坎 雜1，路士興2

（1.石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000；2.山東省濰坊監獄）

畜禽舍內的環境實時監測和控制對畜禽養殖具有重要的意義，良好的生活環境不僅有利于畜禽的健康生長、發病率的降低，而且還可提高生產性能、增加牧場經濟效益等。本文介紹了畜禽舍中環境各因素對畜禽生產性能、健康成長等方面的影響，綜述了環境控制系統的研究現狀，提出了環境控制技術的發展方向。

畜禽；氣候環境；環控；監測

0 引言

近年來，在國家政策大力扶持下我國畜牧業得到了快速發展，畜禽養殖的集約化、規模化及科學化發展為農民帶來了巨大的經濟效益。但是隨著畜牧業生產規模的不斷擴大，環境問題日益突出，環境污染對畜禽的生長、發育和繁殖均產生了影響，進而出現畜禽生產性能下降、淘汰率升高等問題，嚴重制約了牧場經濟的良好發展。為此，加強畜禽養殖環境的自動化實時監測，充分了解畜禽各階段生長狀態，有效調節畜禽舍內各環境因素狀態，為畜禽提供最優的生活環境，實現畜禽養殖環境的自動化、智能化調控對畜禽健康生長、充分發揮生產性能、最大限度節省人工及降低養殖成本等具有重要意義。

1 畜舍養殖環境對畜禽健康的影響

目前，大多數養殖場采用的是封閉式畜舍養殖方式，畜舍內的氣候環境（溫度、濕度、光照和有害氣體含量等）好壞對畜禽的生長、繁殖和發育具有重要的影響。孫建忠[1]介紹了畜禽舍內產生的氨氣、硫化氫、二氧化碳等有害氣體的來源以及對畜禽的正常生長所產生的影響。有害氣體不僅會導致畜禽發病率提高、生產性能降低，而且還會對周圍環境造成污染，不利于飼養人員的身體健康。Frank Van Eerdenburg等人[2]介紹了散欄飼養奶牛舍中臥床地面設計的氣溫條件要求，在不同的季節保證不同的合適的牛舍溫度，不僅可以提高產奶性能、增加牛場經濟效益，而且還可以延長奶牛壽命。漆海霞等人[3]針對現代生豬規模化養殖帶來的養殖場舍內環境污染對豬生長不利的問題，闡明了豬舍內溫濕度、有害氣體、粉塵和氣流速度等環境因子對生豬健康生長的影響及各環境因子間的相互影響、相互作用的關系。為此，飼養者只有為畜禽提供最適宜的生活環境，才能增強畜禽生產性能、降低畜禽發病率及提高養殖場經濟效益。

1.1溫度的影響

畜舍內溫度高低會直接影響畜禽體溫調節，從而影響畜禽的生長速度和生產能力。對于奶牛養殖來說，奶牛生活的最佳環境溫度為13～23℃，臨界溫度為0～30℃，畜舍溫度過高會導致奶牛采食量下降，溫度每上升l℃，奶牛采食量下降4．6%。當畜舍溫度降到5℃時，飼料消耗量增加7%，當環境溫度降到-10℃時，飼料消耗量增加20%[4]。對于養殖雞來說，禽舍溫度過高會導致雞生長遲緩，發病率和死亡率會上升。溫度過低則會導致飼料利用率下降，料蛋比和料肉比增高，飼養成本較大[5]。對于養殖豬來說，當畜舍溫度過高時，溫度每增加1℃，日增重減少3 g，飼料消耗增加60～70 g。當溫度過低時，每下降1℃，日增重減少11～22 g，飼料多消耗20～30 g[6]。

1.2濕度的影響

畜舍濕度主要來源于外界進入畜舍內空氣所含水分、畜禽自身排出水分及水槽、墊草等蒸發的水分等3部分。畜舍濕度的高低對畜禽的健康同樣有著重要的影響。當畜舍濕度過高時，病菌生長較快，使畜禽機體抵抗力下降，誘發各種疾病，奶牛易患濕疹等皮膚病，雞易患熱應激或中暑，豬易患肌肉、關節方面的疾病。當畜舍濕度過低時，粉塵漂浮在空氣中，易引起畜禽呼吸道感染。為此，合適的畜舍濕度對降低畜禽發病率具有重要作用，另外合適的畜舍濕度應以合適的溫度為基礎，高溫或低溫與合適的溫度相配合同樣會影響畜禽的健康生長。

1.3光照的影響

光照主要包括光照時間和光照強度，合理的光照對于畜禽繁殖和健康是有益的，自然光中的紫外線可起到殺死病毒和細菌、增強機體抗病力和免疫力等作用。但是當光線過強的時候會導致畜禽出現體溫過高和煩躁不安等現象，嚴重影響畜禽的新陳代謝活動，不能正常的發揮生產性能。當光線過弱時會導致畜禽采食量下降，飲水減少，影響生產發育等。

1.4有害氣體含量的影響

在封閉式畜禽舍中有害氣體主要有氨氣、硫化氫和二氧化碳等。氨氣為無色氣體，溶解度較高，高濃度氨氣環境會使畜禽身體組織受到強烈刺激，降低對疾病的抵抗能力，誘發呼吸道炎癥、心肌損傷等病癥；硫化氫屬于窒息性氣體，低濃度硫化氫環境中可使畜禽體質變弱，抗病力下降，高濃度的硫化氫可直接抑制畜禽呼吸中樞，引起窒息和死亡；畜禽在高濃度二氧化碳環境中會出現食欲減退，體質下降，生產力降低等現象。為此，減少舍內有毒氣體含量也是保證畜禽健康成長的必做之一。

2 國內外環境控制系統研究現狀

實時監測畜禽舍中的環境狀況并進行有效控制是畜禽健康成長的重要前提。目前，國內對環境控制系統進行研究的主要有：于豐華等人[7]提出了一種基于K60單片機的環境控制系統，利用AM2301和MQ137傳感器可快速監測禽畜舍的溫度、濕度及氨氣等環境信息，并將信息通過無線模塊傳輸到觸摸顯示屏。該系統的抗干擾較強，有較好的適應性和穩定性。高永強等人[8]設計了一種畜禽舍環境綜合測控系統，主要由傳感器采集、計算機處理及PLC控制等部分組成。系統基于LabWindows/CVI開發平臺，傳感器將采集到的畜禽舍環境信息通過以太網技術傳遞給計算機進行存儲和分析，同時控制相應部件運動調控環境。高樂昌[9]提出了基于家禽畜牧業養殖環境智能控制的思路，詳細闡述了通風加濕、照明亮度的智能控制的設計，對涉及的智能環控裝備進行了分析，通過智能控制技術使養殖環境達到最優。韓靜等人[10]針對目前封閉牛舍內小氣候變化對奶牛生產性能產生不利影響的問題，研制出一套規模化養牛場全自動無線智能環境采控器。采控器可對牛舍內多點溫度、濕度、有害氣體濃度及光照等信息進行采集，并在牛舍內的液晶顯示屏上實時顯示。具有存儲功能的上位機控制系統在牛舍環境無線采控過程中對數據進行長期記錄，為奶牛繁殖及產奶量統計等信息提供分析依據。李修松[11]提出了一種豬舍環境控制系統，該系統主要由環境控制器、溫度傳感器、風機、濕簾及各種進風口等組成。環境控制器通過讀取舍內特意布置的溫度、濕度等環境數據，進而控制風機、濕簾、進風口等部件進行工作。朱偉興等人[12]設計了基于物聯網的保育豬舍環境監控系統，該系統依據分布于各保育床內的傳感器獲得的環境參數，精確調節各保育床內的小氣候環境。采用B/S（瀏覽器/服務器）模式，實現通過瀏覽器遠程實時監控豬舍，適合保育豬舍環境智能化精準管理。馮江等人[13]對豬舍內溫度和濕度等因素對豬生長的影響進行了分析，介紹了現有先進的豬舍監測技術，討論了基于單片機的自動化監測和基于物聯網的監測等手段，并提出了未來的環境監測趨勢為高效化、精確化及智能化。以上研究通過傳感器獲取畜舍環境信息，利用單片機、PLC等為控制單元，根據傳感器反饋信息驅動執行機構（風機、濕簾等），實現了畜舍環境的自動控制。但是大部分環境控制系統存在著以下問題：（1）仍處于實驗室階段，未能在畜舍內推廣使用；（2）穩定性較差，尤其在較為寒冷的冬季，極易出現控制系統反應遲鈍、死機現象；（3）雖然實現了畜禽生長狀況的實時監測，能夠保證畜禽生病狀態的及時解決，但仍然需要人員過多地觀察畜舍情況。針對以上問題，一種穩定性好、性價比高、適用性好及減少人為參與的環境控制系統的應用是實現畜舍真正意義上的智能化、自動化的重要基礎。

國外的相關技術研究不僅實現了畜舍環境自動監測和控制，而且還能根據傳感器所采集的信息分析畜禽健康狀況，預防疾病的發生和傳染。如荷蘭DigDutchman公司研制的畜禽環境監控管理系統能實現禽舍內溫度、濕度、氨氣濃度等參數的自動采集和控制[14]。加拿大圭爾大學Simon X．Yang研發的豬場氣味無線傳感器檢測設備能夠監控養殖環境并根據氣味分析豬的健康情況[15～16]。

國內外畜舍環境控制技術資料顯示：綜合運用了機械、電子及信息技術完成了畜禽養殖環境控制系統的建立，利用傳感器、單片機等自動化監測和物聯網等網絡監測方式實現了對畜禽養殖的實時監測，進而對環境因素進行了有效調控，為畜禽健康生長提供了保障。目前，國外通過環境控制技術來分析畜禽的健康狀況，在國內未見廣泛使用案例，但是該技術在我國畜禽規模化養殖進程中的應用將是必然發展方向。

3 總結與建議

畜禽養殖舍內環境控制技術正在向網絡化、自動化及標準化方向發展。網絡化發展，在國家大力倡導互聯網技術與其他行業技術相融合背景下，利用物聯網技術實現飼養員對畜禽的遠程實時監控，充分了解畜禽的進食量、飲水量及活動情況等信息，能夠做到畜禽早病早治，減少牧場損失。自動化發展，能夠實現舍內環境因素數據的實時采集，在保證控制單元性能穩定、適應性強的基礎上，通過設定的標準化參數，自動控制相應機構進行通風、加熱和降溫等操作。標準化發展，在畜禽養殖過程中應充分考慮地域氣候特色執行國家頒布的農業和畜牧養殖業標準，確保舍內的環境因素如氨氣、硫化氫和二氧化碳等氣體的濃度達到標準值，為畜禽的健康生長奠定扎實基礎。在環境控制技術的實施中能夠和畜禽的身體狀況有效的結合，實現畜禽的更加智能化飼養。在我國畜牧業快速發展的同時，最值得我們注意的就是保護好環境，環境污染不僅需要花費大量的人力、財力去治理，而且還會對我們人類的身體造成傷害。為此，我們必須在行業發展之前制定相應的環境保護措施，以便于在發展過程中減少環境污染，更加有效地治理環境污染。

[1]孫建忠．畜禽圈舍有害氣體對畜禽及環境的危害[J]．畜禽業，2015（01）:36～37．

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[15]Yang S Y，Pan L,An new intelligent electronic nose for

3 新疆棉花打頂機研究對策

（1）研究雙仿形棉花打頂機。新型棉花打頂機不僅能夠實現對不同棉田地形進行仿形，還能夠對棉花株型進行仿形，這樣可大大提高棉花打頂的準確率，減少對棉株的傷害。

（2）研究自走式棉花打頂機。新型自走式棉花打頂機具有自走、高地隙底盤和輪距可調等特點，可適應不同種植模式下的棉花打頂要求，從而降低打頂機對棉株的損傷。

（3）研究具有消毒裝置和棉芽回收裝置打頂機。具有消毒裝置的新型打頂機可以降低棉花病毒的傳播，棉芽回收裝置可以有效避免棉花病蟲害的傳播。

4 結語

新疆棉花種植面積的不斷擴大對于棉花打頂機的進一步研究來說是個很好的機遇，然而棉花打頂作業的精密和復雜也給研究人員帶來了較大的挑戰。為此，應把握機遇，清楚看到新疆棉花打頂機械化研究的不足，合理采取應對政策。研制雙仿形、自走式通用底盤、具有消毒裝置和棉芽回收裝置的棉花打頂機械是目前科技人員的重要任務，也將為我國棉花生產全程機械化提供強大動力。

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Present Research State of livestock and Poultry House Environment Control System

Qi Jiangtao1，Meng Hewei1，LiYaping1，LiChengsong1，Kan Za1，LuShixing2

（1.College of Mechanical and Electronical Engineering, Shihezi University, Shihezi 832000，XinJiang，China；2.Shandong province'sWeifang prison )

The environmental monitoring and control is important for livestock and poultry breeding，good living environmentis not only beneficial to the healthy growth of livestock and poultry, the incidence of the disease, but also can improvethe production performance, increase the economic benefits of pasture, etc.. This paper introduces the influence of environmentalfactors on the production performance and health growth of livestock and poultry house, and summarizes the presentresearch state of environmental control system, and puts forward suggestions for further development of environmental controltechnology.

Livestock and poultry；Climate；Environmental control；Monitor

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.04.010

S831.4+5

A

1007-7782（2016）04-0024-04

2016-08-12

新疆生產建設兵團工業及高新技術科技攻關與成果轉化計劃項目，2015AB001

蒙賀偉