基于物聯網云平臺的養雞場智能監控系統研究與開發

郭英軍 ，王 莉 ，尹全昭 ，任博恒 ，侯寶帥

（1.河北科技大學 電氣工程學院，石家莊 050018；2.河北桑能科技有限公司，石家莊 050090）

我國是禽肉和禽蛋生產與消費大國，隨著人們生活水平的提高，對禽蛋產品的質量要求也在提升，高質量的禽蛋產品需要有高質量的養殖環境和科學的飼養方法。我國的禽蛋產業正從散養模式逐漸向規模化和科學化方向發展，實現智能化養殖是規模養殖場的發展趨勢，國內學者在實現智能化養殖方面做了大量工作，沈華剛等[1]設計了一種適合小養殖場的低成本雞舍環境監控系統，便于養殖戶推廣應用；張宏偉等[2]提出了一種以可編程邏輯控制器（PLC）為核心處理器的養雞場多參數智能化監控系統，可使雞舍環境參數有效控制在適宜范圍內；李帥等[3]提出了一種基于低功耗局域網無線標準（LoRa）的養雞場有害氣體監測系統，該系統能有效監控養殖場內的溫濕度、氨氣、二氧化碳、PM2.5和PM10等參數；楊心茹等[4]利用物聯網技術設計了一款基于CC2530 單片機的智能養雞場控制系統，該系統能采集多種參數。

工業物聯網云平臺技術具有遠程組態監控、多終端共享界面、數據云存儲和安全性好等優勢，已在鵝孵化機[5]、母豬精細飼喂器[6]、溫室大棚[7]、漁業養殖[8]和玉米播種[9]等眾多農業領域得到了良好應用，推動了智慧農業的發展。然而云平臺技術在畜禽養殖方面的應用卻鮮有報道，因此，本文提出構建基于物聯網云平臺的畜禽智慧養殖系統，該系統除具有傳統的光照和溫濕度檢測外，還能檢測氨氣、硫化氫等惡臭氣體，并搭配窄光譜專用光源，通過輻射一定劑量的紫外線產生臭氧，從而達到殺滅雞場內病毒病菌、降低惡臭氣體含量，以及改善雞場內的空氣環境質量的目的。

1 監控系統方案設計

實現智慧養殖是實現農業智能化的重要組成部分，為構建遠程監控、管養一體和安全健康的智慧養殖系統，設計了如圖1 所示的智能監控系統。

圖1 養雞場智能監控系統示意圖

智能監控系統能夠實現本地監控和遠程監控2 種功能，其中本地監控利用PLC 的RS485 通信接口以Modbus 協議的方式采集養雞場內的溫濕度、硫化氫含量、光照度、氨氣含量和紫外線輻照度，控制對象包括風機、水簾、紫外燈、照明燈和暖風機，本地采用觸摸屏實現人機交互。系統的遠程監控采用海為云平臺實現，通過設計開發云組態，可以實現手機和PC 端對系統的遠程監控，且其組態畫面與本地觸摸屏上的畫面是同步的。

系統中溫濕度傳感器用于監測雞場內的環境溫濕度，當溫度超過一定閾值時啟動水簾降溫，當低于某個閾值時啟用暖風機加溫；當濕度低于某個閾值時也可啟動水簾加濕。光照度傳感器用于檢測雞場內的光照強度，當光照強度較低時用于補光，尤其是蛋雞，充足的光照時間能夠提高產蛋量。風機主要用于雞場內的通風，當場舍內環境參數不達標時啟用。

2 場舍環境健康監控

養雞場周圍總是散發著難聞的氣味，尤其是夏季更為嚴重，導致養雞場通常建在遠離居民區的地方，難聞的氣味通常是由雞糞的部分物質被分解為氨氣和硫化氫導致的，這2 種氣體都是易溶于水的有毒性物質，常附著在雞的皮膚黏膜或吸入肺中，當有害氣體含量超過一定數值時，長期暴露在該環境下，會引起雞的肺部疾病、食欲不振和產蛋降低等問題，因此養雞場內的氨氣含量一般控制在20 ppm 以下，硫化氫的含量一般控制在8 ppm 以下。而控制有害氣體含量的前提是檢測，因此系統中加裝了KD21B30-NH3 型氨氣含量傳感器和VMS-3002-H2S-N01 型硫化氫含量傳感器。

已有文獻表明，紫外線照射可以促進雞體內維生素D3 的合成，從而增強肌體對鈣的吸收，提高產蛋率，并具有殺菌消毒的作用[10]。游小杰教授等[11]的研究表明，經過紫外線照射不僅提高了產蛋率，而且增加了蛋殼厚度和平均蛋重，并降低了死亡率，其中蛋殼厚度的提高能夠降低蛋在運輸過程中的破損率。本系統紫外燈采用窄光譜專用光源，該專用光源總輻射量較低且安全可靠，其通過輻射一定劑量的短波紫外線和真空紫外線產生臭氧，由此能夠殺滅雞場內的病毒病菌，并能降低氨氣和硫化氫等惡臭氣體的含量，改善空氣質量。紫外線傳感器能夠檢測紫外光源的輻射強度，系統能夠自動根據燈具安裝的高度和雞的日齡自動調節輻射量。在石家莊市鹿泉區某養雞場做的對比實驗驗證了紫外照射的有效性，能有效預防常見疾病，提高蛋品質量。

3 云組態設計與遠程監控

要實現監控系統的遠程監控功能，離不開物聯網云平臺與云組態，本系統利用海為云組態軟件（Haiwell Cloud SCADA）開發了云組態界面，這是一款基于.NET Framework 的工業自動化監控管理平臺軟件，同時也是海為物聯網云HMI 的編程管理軟件。該系統的云組態具有狀態監控、報警參數設置、紫外照射配方與云視頻監控和歷史趨勢報表等功能，其中紫外照射配方設定了4個照射時間段，上午和下午各2 次，分別給定了開啟時間和照射時間。狀態監控界面如圖2 所示，可以實現紫外輻射強度、溫濕度、光照度和惡臭氣體的遠程顯示，可以對不同雞的品種和日齡進行紫外照射配方選擇與設定，隨著日齡的增加，系統能自動地更新配方數據。場舍內的水簾、暖風機、補光和風機等設備既可以本地控制也可以遠程控制，并帶有反饋顯示，即云端的控制指令是否完成了對設備的有效控制。

圖2 智慧養殖手機端數據監控界面

系統可實現分時段的喂料配方設置與自動控制，這里設置了3個時段，如圖3 所示。系統還具有云地圖功能，云平臺中的云地圖功能可以定位設備所處的位置，并能在地圖上實時顯示。云地圖有利于養殖戶對分布在不同地區的養殖場進行監控，也有利于相關部門遠程監管。

圖3 配方及喂料控制界面

4 結束語

養雞屬于利潤率較低的行業，較高價格的智能化設備不易被養殖戶接受，降低整套系統的成本是能否推廣應用的關鍵。由于涉及網絡傳輸，因此系統的信息安全也是需要考慮的一個問題。該系統軟硬件運行良好，尤其是帶有紫外照射功能，能有效預防常見疾病，提高蛋品質量，具有重要的推廣應用前景。