種雞場(chǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

金 松 王 姣 羅堅(jiān)強(qiáng) 秦 凱

（1.常州市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，江蘇常州 213000；2.新北區(qū)動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，江蘇常州 213001）

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代家禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，當(dāng)前，大多數(shù)家禽養(yǎng)殖場(chǎng)點(diǎn)不采取或者僅采用常規(guī)的環(huán)境控制技術(shù)，其不能保證環(huán)境的穩(wěn)定性和遞進(jìn)式變化，容易造成雞群的應(yīng)激，從而影響整個(gè)雞群的生產(chǎn)性能和抗病能力。現(xiàn)代化的家禽養(yǎng)殖追求的目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)利益的最大化，而養(yǎng)殖環(huán)境的有效控制直接影響?zhàn)B殖效益的高低，種禽是家禽業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，種禽生產(chǎn)性能的優(yōu)良直接影響企業(yè)乃至整個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。通過(guò)種雞場(chǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了種雞場(chǎng)雞舍內(nèi)空氣溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，減少了環(huán)境中的致病因素，增強(qiáng)了雞只自身的免疫功能，有效抵御疫病侵害，最大限度降低了死亡率，提升了種禽的綜合生產(chǎn)性能。同時(shí)，實(shí)施全自動(dòng)操作系統(tǒng)，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了人工成本，節(jié)約了能源消耗，對(duì)于養(yǎng)雞業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、農(nóng)民增收致富和畜牧業(yè)節(jié)能增效意義重大。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中的融合應(yīng)用已成為畜牧業(yè)提質(zhì)增效的關(guān)鍵手段之一，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算具有全面感知、精準(zhǔn)傳送、智能處理、快速高效等特征，它可以幫助我們以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理畜牧業(yè)生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控的可靠保障。根據(jù)畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)際和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了種雞場(chǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能控制系統(tǒng)（系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1），從示意圖可以看出，整個(gè)控制系統(tǒng)分為6個(gè)部分：傳感端、控制柜端、服務(wù)器端、電腦PC端、網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端，該系統(tǒng)以公共網(wǎng)絡(luò)和高精度傳感器為基礎(chǔ)，遵循分布式架構(gòu)、集中管理的原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)種雞場(chǎng)內(nèi)空氣溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控。

圖1 遠(yuǎn)程智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2 傳感端設(shè)計(jì)

傳感端是采集養(yǎng)殖環(huán)境信息參數(shù)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)信息感知的第一端口，根據(jù)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)要素，傳感端的主要包括二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、空氣溫度傳感器、空氣濕度傳感器以及光照傳感器。二氧化碳和氨氣傳感器主要用于檢測(cè)采集養(yǎng)殖環(huán)境內(nèi)二氧化碳和氨氣等有害氣體的濃度，從而將監(jiān)測(cè)信息反饋到控制端啟動(dòng)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)有害氣體濃度的實(shí)時(shí)調(diào)控；空氣溫濕度傳感器是根據(jù)具有感溫、感濕特性的電介質(zhì)介電常數(shù)隨相對(duì)溫濕度而變化的特質(zhì)設(shè)計(jì)而成，用來(lái)檢測(cè)養(yǎng)殖設(shè)施內(nèi)的環(huán)境溫濕度，溫度量程-20℃～80℃，精度正負(fù)0.25℃，濕度量程0～100%RH，精度正負(fù)2%；光照傳感器是用于檢測(cè)養(yǎng)殖環(huán)境的光照輻射強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度，以滿(mǎn)足雞群生長(zhǎng)對(duì)光照和時(shí)長(zhǎng)的需求。該系統(tǒng)將所有傳感器集成在同一個(gè)儀器箱內(nèi)，用于應(yīng)對(duì)養(yǎng)殖雞舍內(nèi)潮濕、高粉塵的惡劣環(huán)境，確保傳感器的監(jiān)測(cè)精度和使用壽命，同時(shí)方便安裝和定期對(duì)傳感器精度進(jìn)行檢驗(yàn)校準(zhǔn)。（見(jiàn)圖2、圖3）

圖2 傳感器箱

圖3 傳感器校準(zhǔn)圖

3 控制柜端設(shè)計(jì)

控制柜端在分析傳感數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，通過(guò)智能算法完成對(duì)種雞舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的智能調(diào)控。控制柜端主要實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍內(nèi)硬件設(shè)備的智能控制（見(jiàn)圖4），考慮到實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)需要，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式，可以手動(dòng)集中控制風(fēng)機(jī)、濕簾、水泵、噴淋、照明等設(shè)施，也可預(yù)先設(shè)定環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)控制，在自動(dòng)模式下，手動(dòng)控制無(wú)效，如出現(xiàn)緊急情況，啟動(dòng)控制柜端異常處理模塊，以紅色急停按鈕進(jìn)行總控制，所有設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，控制柜端建立了報(bào)警模塊，當(dāng)雞舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)置的閾值時(shí)，報(bào)警燈長(zhǎng)量，提示報(bào)警信息。

圖4 控制端柜

4 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

服務(wù)器端在整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中主要起到承上啟下的作用，實(shí)在采集數(shù)據(jù)的信息化傳輸，服務(wù)器端主要建立了三大模塊：一是數(shù)據(jù)采集模塊，與各控制柜端進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，得到控制柜端經(jīng)分析過(guò)的傳感器數(shù)值；二是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；三是數(shù)據(jù)上傳模塊，與云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，并將采集的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器。

5 電腦PC端設(shè)計(jì)

畜禽養(yǎng)殖和物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的融合目標(biāo)就是做到計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控，根據(jù)養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了種雞場(chǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)（見(jiàn)圖5），該系統(tǒng)包含六大模塊：一是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊，可以查看雞舍內(nèi)當(dāng)前的傳感器數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，以利于實(shí)時(shí)掌握雞舍內(nèi)的環(huán)境狀況；二是時(shí)間查詢(xún)模塊，查詢(xún)硬件設(shè)備控制信息、登錄信息等日志；三是歷史數(shù)據(jù)模塊，可以查詢(xún)?nèi)我庖欢螘r(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成歷史曲線圖，以便養(yǎng)殖技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；四是軟件操作控制模塊，當(dāng)控制柜端處于自動(dòng)模式時(shí)，可以在電腦PC端遠(yuǎn)程查看設(shè)備狀態(tài)，也可對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控（包括遠(yuǎn)程手動(dòng)模式、定時(shí)控制模式以及反饋控制模式），五是系統(tǒng)配置模塊，可以設(shè)定雞舍硬件設(shè)備的定時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)間、環(huán)境參數(shù)的報(bào)警閾值以及反饋模式下硬件設(shè)備自啟動(dòng)和自關(guān)閉的閾值；六是用戶(hù)管理模塊，可分配各用戶(hù)操作權(quán)限及操作域。

圖5 電腦PC端

6 網(wǎng)頁(yè)端和手機(jī)端的設(shè)計(jì)

網(wǎng)頁(yè)端的設(shè)計(jì)和電腦PC端的功能基本相同，考慮生產(chǎn)安全因素，在網(wǎng)頁(yè)端取消操作控制模塊，在網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的前提下，能實(shí)現(xiàn)除硬件設(shè)備控制以外的所有功能（見(jiàn)圖6）。同時(shí)，為切實(shí)做到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的充分應(yīng)用，我們還設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了手機(jī)App客戶(hù)端（見(jiàn)圖7），主要包含三大功能：一是實(shí)時(shí)信息查看，可以在手機(jī)上顯示雞舍內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)、硬件設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等；二是歷史數(shù)據(jù)查看，可以查看各雞舍內(nèi)環(huán)境的歷史數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)變化曲線；三是異常報(bào)警，在雞舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，在手機(jī)端自動(dòng)推送報(bào)警信息。

圖6 網(wǎng)頁(yè)端

圖7 手機(jī)端

7 小結(jié)

通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施證明，在運(yùn)用種雞場(chǎng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)后，有效提升了種雞場(chǎng)雞舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控水平，有效改善了種禽生長(zhǎng)的小氣候環(huán)境，降低了人工成本，提高了種禽綜合生產(chǎn)性能和抗病能力，種禽產(chǎn)蛋數(shù)量明顯提高，發(fā)病率和死亡率明顯降低。同時(shí)，經(jīng)過(guò)一系列的推廣應(yīng)用證明，該系統(tǒng)適用于不同畜禽品種和不同畜禽養(yǎng)殖環(huán)境，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)易、維護(hù)方便，值得廣大畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)戶(hù)借鑒和應(yīng)用。

[1] 謝秋菊，閆麗，劉金明.畜禽健康養(yǎng)殖信息智能化感知技術(shù)及裝備研究[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2015.

[2] 李保明，王朝元.規(guī)模化養(yǎng)雞環(huán)境控制技術(shù)的主要成就與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)家禽，2008，30（17）：1-5.

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