養(yǎng)殖場(chǎng)子母式人員通道智能消毒管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯學(xué)恒+裴雅靜+晏亭+周平

摘要：為了降低畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)人員通道的消毒費(fèi)效比，設(shè)計(jì)出一種智能消毒管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于超聲波霧化消毒，采用子母式人員通道，人員少時(shí)使用子消毒室，縮小消毒空間，人員多時(shí)使用母消毒室，提高通行效率；通過(guò)門(mén)禁單元對(duì)通行人員信息實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人流高峰與非高峰時(shí)段的智能化判別，自主決策控制子母消毒室的工作模式；對(duì)消毒液霧充滿(mǎn)度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋，及時(shí)控制霧化消毒機(jī)的啟停，保持液霧充滿(mǎn)度穩(wěn)定。結(jié)果表明，對(duì)于12 m2的消毒通道，在通行人數(shù)為8人以下時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)比傳統(tǒng)消毒系統(tǒng)可減少消毒液損耗70%以上。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了消毒費(fèi)效比的智能優(yōu)化，降低了消毒成本，滿(mǎn)足了畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的發(fā)展需求，提高了養(yǎng)殖場(chǎng)衛(wèi)生防疫工作的智能化水平。

關(guān)鍵詞：消毒通道；子母式；液霧充滿(mǎn)度；消毒費(fèi)效比

中圖分類(lèi)號(hào)：S126；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）23-4604-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.047

Abstract： To reduce the ROI of disinfection channel for livestock farms， a smart controlling system for disinfection was designed. This design， based on ultrasonic spray disinfection， adopted the primary-secondary disinfection channel. The secondary disinfection room would run for a small number of staff while the primary disinfection room ran for a large number of staff. The former cut down the size of the disinfection space and the latter raised the disinfection efficiency. The access control unit counted the number of staff in real time， realizing the dynamical identification of peak and off-peak hours and deciding the work pattern of the disinfection channel on its own. Additionally， the filling extent of disinfectant spray was constantly monitored so as to start or stop the spray machine timely for the stability of spray filling. The test result showed that this system， for a disinfection channel of 12 m2， can reduce the disinfectant consumption by over 70% when the number of staff in the channel was no more than 8. This design realized the smart optimization of disinfection ROI， reduced the cost of disinfection， met the developing needs of large-scaled livestock and poultry industry and improved the intellectualization lever of epidemic prevention for livestock farming.

Key words： disinfection channel；primary-secondary layout；spray filling；ROI of disinfection

隨著人們生活水平的改善，市場(chǎng)對(duì)于畜禽食品的需求越來(lái)越大。農(nóng)業(yè)部在《全國(guó)生豬生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》（農(nóng)牧發(fā)〔2016〕6號(hào)）中明確提出到2020年全國(guó)豬肉產(chǎn)量5 760萬(wàn)t、規(guī)模企業(yè)屠宰量占比75%的發(fā)展目標(biāo)。市場(chǎng)需求和政府支持有力地推動(dòng)了畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的快速發(fā)展。規(guī)?；B(yǎng)殖的關(guān)鍵問(wèn)題是衛(wèi)生防疫?！吨腥A人民共和國(guó)動(dòng)物防疫法》和農(nóng)業(yè)部《動(dòng)物防疫條件審查辦法》（農(nóng)業(yè)部令2010年第7號(hào)）均對(duì)動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)、養(yǎng)殖小區(qū)的免疫、消毒的條件與設(shè)施有具體的規(guī)定。若沒(méi)有有效的消毒管理體系，養(yǎng)殖業(yè)將面臨極大的疫病風(fēng)險(xiǎn)。因此，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展離不開(kāi)智能消毒系統(tǒng)的衛(wèi)生防疫保障。目前，行業(yè)內(nèi)主流的消毒方式有消毒池消毒、風(fēng)淋消毒、紫外殺菌燈消毒、超聲波霧化消毒等。其中，超聲波霧化消毒是利用大于20 kHz的高頻率聲波的振蕩作用，使消毒藥水霧化。其主要特點(diǎn)是霧粒直徑小于10 μm，能在不打濕衣服的情況下對(duì)人員進(jìn)行全方位徹底消毒[1-4]。對(duì)于大中型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，現(xiàn)有人員消毒技術(shù)方案[5-11]存在以下3個(gè)方面的不足：人員通道空間布局單一，非高峰時(shí)段消毒浪費(fèi)；高峰與非高峰時(shí)段無(wú)法動(dòng)態(tài)智能判別，消毒模式固定；消毒系統(tǒng)定時(shí)開(kāi)關(guān)控制，消毒費(fèi)效比高。

目前，市場(chǎng)上的各類(lèi)消毒設(shè)備普遍采用定時(shí)控制，容易造成消毒不足或過(guò)度消毒。消毒不足會(huì)引發(fā)疫病風(fēng)險(xiǎn)，而過(guò)度消毒不但造成消毒液的浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一定危害。本研究的設(shè)計(jì)針對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)入口的衛(wèi)生防疫管理，提供一種基于子母式人員通道的智能消毒管理系統(tǒng)（發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01611016164），能夠依據(jù)人流量的變化智能判別高峰與非高峰時(shí)段，實(shí)時(shí)控制子母消毒室的工作調(diào)度，并根據(jù)室內(nèi)消毒液霧充滿(mǎn)度自動(dòng)控制消毒設(shè)備的啟停，大幅度降低了消毒費(fèi)效比。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括子母式人員通道、智能門(mén)禁單元、超聲波霧化消毒機(jī)和液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)單元。通過(guò)微控制器（以宏晶STC12C5A60S2為主控芯片）對(duì)來(lái)自智能門(mén)禁單元和液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)單元的信息進(jìn)行處理，并發(fā)送指令控制門(mén)禁與超聲波霧化消毒機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

1.1 子母式人員通道

子母式空間結(jié)構(gòu)是指在人員通道（母消毒室）中劃分出2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子消毒室。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)人員通行場(chǎng)景分為高峰時(shí)段與非高峰時(shí)段2種情況。上下班等少數(shù)情況出現(xiàn)人流高峰，通行人員多而集中；大多數(shù)情況為非高峰時(shí)段，通行人員少而分散。非高峰時(shí)段，2個(gè)子消毒室獨(dú)立工作，縮小消毒空間，減少消毒液霧損耗；高峰時(shí)段，子消毒室出口敞開(kāi)，在空間上與母消毒室合為一體，整個(gè)人員通道充分利用以容納更多的人員同時(shí)消毒，提高通行效率。

1.2 智能門(mén)禁單元

目前，門(mén)禁技術(shù)已經(jīng)具備身份識(shí)別、人員考勤、訪(fǎng)客管理等功能[12，13]。在消毒通道入口處設(shè)置智能門(mén)禁設(shè)備，利用身份識(shí)別裝置對(duì)通行人員進(jìn)行身份信息記錄與統(tǒng)計(jì)。身份信息驗(yàn)證成功后，門(mén)禁系統(tǒng)放行并記錄。子消毒室優(yōu)先使用，且1號(hào)子消毒室優(yōu)先使用，2個(gè)子消毒室可以獨(dú)立工作。

當(dāng)連續(xù)進(jìn)入消毒室的人員數(shù)量不多于1號(hào)子消毒室的容納上限設(shè)定值（n1），微控制器根據(jù)門(mén)禁系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)判定當(dāng)前為非高峰時(shí)段，并做出指令控制1號(hào)子消毒室工作。此時(shí)1號(hào)子消毒室中的小型霧化消毒機(jī)啟動(dòng)。消毒期間，1號(hào)子消毒室出入口門(mén)禁均禁止開(kāi)啟。經(jīng)過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)（人為預(yù)設(shè)）后，消毒機(jī)關(guān)機(jī)，1號(hào)子消毒室與母消毒室的出口門(mén)禁同時(shí)開(kāi)啟，消毒完成。

當(dāng)連續(xù)進(jìn)入消毒室的人員數(shù)量多于1號(hào)子消毒室的容納上限設(shè)定值（n1）且不多于2個(gè)子消毒室的容納上限總和設(shè)定值（n1+n2），或者1號(hào)子消毒室正在工作，而后到的人員數(shù)量不多于2號(hào)子消毒室的容納上限設(shè)定值（n2），微控制器根據(jù)門(mén)禁系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)判定當(dāng)前依然為非高峰時(shí)段，并做出指令控制2個(gè)子消毒室獨(dú)立工作。2個(gè)子消毒室中的小型霧化消毒機(jī)分別啟動(dòng)。消毒期間，子消毒室出入口門(mén)禁均禁止開(kāi)啟。經(jīng)過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)（人為預(yù)設(shè)）后，消毒機(jī)關(guān)機(jī)，子消毒室與母消毒室的出口門(mén)禁同時(shí)開(kāi)啟，消毒完成。

當(dāng)連續(xù)進(jìn)入消毒室的人員數(shù)量多于2個(gè)子消毒室的容納上限總和設(shè)定值（n1+n2）且不多于母消毒室的容納上限設(shè)定值（n3），微控制器根據(jù)門(mén)禁系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)判定當(dāng)前為高峰時(shí)段，并做出指令控制2個(gè)子消毒室的出口常開(kāi)，使子消毒室在空間上與母消毒室合并，以容納更多的人同時(shí)消毒。此時(shí)母消毒室中的所有小型霧化消毒機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。消毒期間，母消毒室出入口門(mén)禁均禁止開(kāi)啟。經(jīng)過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)（人為預(yù)設(shè)）后，消毒機(jī)關(guān)機(jī)，母消毒室的出口門(mén)禁開(kāi)啟，消毒完成。

當(dāng)連續(xù)進(jìn)入消毒室的人員數(shù)量達(dá)到母消毒室的容納上限設(shè)定值（n3）后，母消毒室隨即開(kāi)始工作。門(mén)禁系統(tǒng)將不再接受人員進(jìn)入消毒室，直到前一批次消毒工作完成，等待下一批次消毒開(kāi)始。

1.3 液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)單元

在子、母消毒室中均布置有基于光電傳感器的液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)裝置。光電傳感器的基本工作原理是把光信號(hào)的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化，進(jìn)而利用得到的電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路控制。一般光電傳感器由發(fā)送器、接收器以及檢測(cè)電路三部分組成。光電傳感器的發(fā)送器可對(duì)相應(yīng)的靶標(biāo)發(fā)射光束，光束一般來(lái)自半導(dǎo)體光源、發(fā)光二極管、激光二極管以及紅外發(fā)射二極管。接收器由三部分組成，分別為光電二極管、光電三極管和光電池。在接收器的前面裝有光學(xué)元件，如透鏡、光圈等；后面則是檢測(cè)電路，其作用是濾出有效信號(hào)，同時(shí)應(yīng)用此信號(hào)[14]。光電傳感器檢測(cè)靈敏度高，反應(yīng)時(shí)間短，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到探測(cè)范圍內(nèi)的液霧并快速響應(yīng)。根據(jù)系統(tǒng)需要，選用E18-D50NK漫反射型光電傳感器。這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，其有效檢測(cè)距離可以根據(jù)使用要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)裝置布置在消毒室空間對(duì)角線(xiàn)的墻角處，以便達(dá)到更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)效果。在預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)的消毒過(guò)程中，當(dāng)消毒液霧充滿(mǎn)消毒室空間，多個(gè)光電傳感器均監(jiān)測(cè)到消毒液霧時(shí)，微控制器根據(jù)光電傳感器的反饋信號(hào)發(fā)出相應(yīng)指令使霧化消毒機(jī)暫停工作并待機(jī)；當(dāng)消毒液霧逐漸消散至任意一個(gè)光電傳感器無(wú)法監(jiān)測(cè)到液霧信號(hào)時(shí)，微控制器根據(jù)光電傳感器的反饋信號(hào)發(fā)出相應(yīng)指令喚醒霧化消毒機(jī)，保持液霧充滿(mǎn)度穩(wěn)定直到消毒工作結(jié)束?？刂葡到y(tǒng)的總體工作流程如圖2所示。

2 消毒通道系統(tǒng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程園進(jìn)行消毒通道系統(tǒng)模擬試驗(yàn)。分別搭建傳統(tǒng)人員消毒通道與子母式人員消毒通道，傳統(tǒng)通道尺寸為3 m×4 m，子母式通道的母室尺寸為3 m×4 m、兩個(gè)子室尺寸為1.5 m×1.5 m，通道高均為2.8 m。試驗(yàn)中，智能門(mén)禁單元用光電計(jì)數(shù)傳感器代替，進(jìn)行人員計(jì)數(shù)；8臺(tái)超聲波霧化消毒機(jī)和12個(gè)液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)裝置等其他設(shè)備均按照?qǐng)D1進(jìn)行布置；采用宏晶STC12C5A60S2為主控芯片，以L(fǎng)CD1602液晶屏顯示消毒人數(shù)和消毒時(shí)間；消毒液以清水代替，用電子秤測(cè)量消毒液的消耗量。試驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 試驗(yàn)方法

設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)比分析子母式通道和充滿(mǎn)度反饋系統(tǒng)對(duì)消毒費(fèi)效比產(chǎn)生的影響。試驗(yàn)分為試驗(yàn)1“傳統(tǒng)通道+定時(shí)系統(tǒng)”、試驗(yàn)2“傳統(tǒng)通道+充滿(mǎn)度反饋系統(tǒng)”、試驗(yàn)3“子母式通道+定時(shí)系統(tǒng)”、試驗(yàn)4“子母式通道+充滿(mǎn)度反饋系統(tǒng)”。分別測(cè)定4個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的消毒液消耗量，每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目重復(fù)3次，消毒時(shí)間均設(shè)定為5 min。

2.3 結(jié)果與分析

完成試驗(yàn)后，對(duì)所記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，配備有液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)單元的消毒系統(tǒng)對(duì)比定時(shí)消毒系統(tǒng)，消毒液消耗量可減少約41%；子母式消毒通道對(duì)比傳統(tǒng)消毒通道，在通行人數(shù)為1～4人時(shí)消毒液消耗量可減少約77%，在通行人數(shù)為5～8人時(shí)消毒液消耗量可減少約52%。子母式通道+充滿(mǎn)度反饋系統(tǒng)對(duì)比傳統(tǒng)消毒+定時(shí)系統(tǒng)，在通行人數(shù)較少時(shí)消毒液消耗量減少可達(dá)70%以上。由此可見(jiàn)，該系統(tǒng)中子母式消毒通道以及液霧充滿(mǎn)度閉環(huán)控制等創(chuàng)新性設(shè)計(jì)對(duì)消毒費(fèi)效比的大幅降低起到了關(guān)鍵作用。

使用MATLAB軟件對(duì)4組試驗(yàn)的消毒液平均消耗量進(jìn)行處理，得到消毒液平均消耗量（圖4）。從圖4中可以看出，在通行人數(shù)較少時(shí)該系統(tǒng)大幅降低了消毒液的損耗，有效地節(jié)約了消毒成本。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)中，該系統(tǒng)在消毒費(fèi)效比方面的突出表現(xiàn)可以歸結(jié)為以下3個(gè)方面：

1）低費(fèi)效比消毒空間結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。該系統(tǒng)采用子母式空間設(shè)計(jì)，在人員通道中劃分出小尺寸的子消毒室。高峰時(shí)段，母消毒室工作，提高通行效率。非高峰時(shí)段，子消毒室獨(dú)立工作，縮小消毒空間，避免消毒浪費(fèi)。

2）高峰與非高峰時(shí)段動(dòng)態(tài)智能判別的創(chuàng)新。利用智能門(mén)禁技術(shù)，對(duì)通行人員身份信息進(jìn)行記錄與統(tǒng)計(jì)，通過(guò)閾值實(shí)現(xiàn)高峰時(shí)段與非高峰時(shí)段的動(dòng)態(tài)智能判斷，實(shí)時(shí)控制子、母消毒室的工作模式，有效降低消毒費(fèi)效比。

3）消毒液霧充滿(mǎn)度智能監(jiān)測(cè)的創(chuàng)新。利用液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)裝置對(duì)消毒室的液霧充滿(mǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反饋。光電傳感器在液霧充滿(mǎn)度達(dá)到消毒要求時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)反饋信號(hào)使霧化消毒機(jī)暫停工作；當(dāng)液霧充滿(mǎn)度下降到消毒要求以下時(shí)，光電傳感器產(chǎn)生相應(yīng)反饋信號(hào)重啟霧化消毒機(jī)。液霧充滿(mǎn)度保持穩(wěn)定，在保證充分消毒的前提下避免了消毒液霧的浪費(fèi)。

系統(tǒng)模擬試驗(yàn)主要針對(duì)消毒費(fèi)效比，因此試驗(yàn)對(duì)智能門(mén)禁單元進(jìn)行了簡(jiǎn)化。實(shí)際畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中智能門(mén)禁必不可少。通過(guò)門(mén)禁單元可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制消毒，并對(duì)工作人員和訪(fǎng)客的信息進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、可追溯式管理。另外，該系統(tǒng)中的液霧充滿(mǎn)度監(jiān)測(cè)裝置的核心元件是光電傳感器，試驗(yàn)中僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)近距離內(nèi)消毒液霧有無(wú)的監(jiān)測(cè)，沒(méi)有對(duì)消毒液霧的濃度進(jìn)行定量判斷。后續(xù)在系統(tǒng)改進(jìn)過(guò)程中，將把對(duì)消毒液霧濃度的定量判斷作為重要研究?jī)?nèi)容，以實(shí)現(xiàn)精確控制。

人員消毒通道是畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖重要的衛(wèi)生防疫手段，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)對(duì)智能化消毒管理系統(tǒng)的研究忽略了消毒費(fèi)效比的合理優(yōu)化。因此，一套高效、可靠的智能化消毒管理系統(tǒng)對(duì)于畜禽養(yǎng)殖行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。該方案采用子母式空間設(shè)計(jì)與消毒機(jī)閉環(huán)控制，對(duì)消毒費(fèi)效比進(jìn)行智能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)生防疫的智能化高效管理，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，切合市場(chǎng)需求。綜合市場(chǎng)現(xiàn)狀、行業(yè)政策以及該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)將會(huì)有可觀(guān)的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 雷云峰，康潤(rùn)敏，曾 凱，等.不同消毒方式對(duì)豬場(chǎng)消毒通道消毒效果的研究[J].養(yǎng)豬，2014，29（3）：85-86.

[2] 謝春梅，陶勁松，李成功.規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)常用消毒技術(shù)[J].四川畜牧獸醫(yī)，2012，40（5）：41-42.

[3] 畢朝安，溥 明.規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)的消毒[J].畜禽業(yè)，2012，23（3）：22-23.

[4] 殷 容，徐 剛，劉勝發(fā).養(yǎng)殖場(chǎng)不同入場(chǎng)消毒方法效果觀(guān)察[J].綠色養(yǎng)殖，2014，16（7）：70-71.

[5] 方 勇.一種奶牛場(chǎng)紫外線(xiàn)智能消毒通道[P].中國(guó)，201320780577.X，2014-08-13.

[6] 周小龍.一種養(yǎng)殖場(chǎng)人員消毒通道[P].中國(guó)，201420741841.3，2015

-05-06.

[7] 丁林奎.一種消毒通道[P].中國(guó)，201420457287.6，2014-12-31.

[8] 秦英林，錢(qián) 瑛，朱建華，等.養(yǎng)殖人員進(jìn)出養(yǎng)殖場(chǎng)用的消毒裝置[P].中國(guó)，201520267855.0，2015-11-11.

[9] 鮑馬羊.一種養(yǎng)殖場(chǎng)用消毒通道[P].中國(guó)，201610437535.4，2016

-09-28.

[10] 唐慧娟，鮑得江，李 崢.一種用于養(yǎng)殖場(chǎng)的消毒通道[P].中國(guó)，201620727905.3，2017-03-22.

[11] 楊春華，時(shí)佰勇.一種人員入場(chǎng)消毒通道[P].中國(guó)，201620582491.

X，2017-03-15.

[12] 陸 璐.物聯(lián)網(wǎng)中RFID智能門(mén)禁系統(tǒng)研究[J].信息技術(shù)，2013， 37（7）：87-90.

[13] 張晨曦，李全彬.基于局域網(wǎng)的新型智能門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)安防，2015，22（11）：62-65.

[14] 李洋洋，周建國(guó)，梁 昭，等.基于PLC的規(guī)?；i場(chǎng)霧化消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)（科技版），2015，58（17）：134-137.