種雞場遠程網(wǎng)絡環(huán)境智能控制系統(tǒng)的設計應用

金 松 王 姣 羅堅強 秦 凱

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

現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術的應用是現(xiàn)代家禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，當前，大多數(shù)家禽養(yǎng)殖場點不采取或者僅采用常規(guī)的環(huán)境控制技術，其不能保證環(huán)境的穩(wěn)定性和遞進式變化，容易造成雞群的應激，從而影響整個雞群的生產(chǎn)性能和抗病能力?，F(xiàn)代化的家禽養(yǎng)殖追求的目標是經(jīng)濟利益的最大化，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，種禽生產(chǎn)性能的優(yōu)良直接影響企業(yè)乃至整個行業(yè)的經(jīng)濟收益。通過種雞場遠程網(wǎng)絡環(huán)境智能控制系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)了種雞場雞舍內(nèi)空氣溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度、光照強度等參數(shù)的實時監(jiān)測，減少了環(huán)境中的致病因素，增強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，實施全自動操作系統(tǒng)，減少了勞動強度，降低了人工成本，節(jié)約了能源消耗，對于養(yǎng)雞業(yè)轉型升級、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)總體設計

當前，物聯(lián)網(wǎng)技術和云計算技術在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中的融合應用已成為畜牧業(yè)提質增效的關鍵手段之一，物聯(lián)網(wǎng)和云計算具有全面感知、精準傳送、智能處理、快速高效等特征，它可以幫助我們以更加精細和動態(tài)的方式管理畜牧業(yè)生產(chǎn)，是實現(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)實際和物聯(lián)網(wǎng)技術特點，我們設計了種雞場遠程網(wǎng)絡環(huán)境智能控制系統(tǒng)（系統(tǒng)示意圖見圖1），從示意圖可以看出，整個控制系統(tǒng)分為6個部分：傳感端、控制柜端、服務器端、電腦PC端、網(wǎng)頁端和手機端，該系統(tǒng)以公共網(wǎng)絡和高精度傳感器為基礎，遵循分布式架構、集中管理的原則，實現(xiàn)對種雞場內(nèi)空氣溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度和光照強度等參數(shù)的實時監(jiān)測和智能調控。

圖1 遠程智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2 傳感端設計

傳感端是采集養(yǎng)殖環(huán)境信息參數(shù)的基礎，是實現(xiàn)信息感知的第一端口，根據(jù)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測要素，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)測信息反饋到控制端啟動風機實現(xiàn)有害氣體濃度的實時調控；空氣溫濕度傳感器是根據(jù)具有感溫、感濕特性的電介質介電常數(shù)隨相對溫濕度而變化的特質設計而成，用來檢測養(yǎng)殖設施內(nèi)的環(huán)境溫濕度，溫度量程-20℃～80℃，精度正負0.25℃，濕度量程0～100%RH，精度正負2%；光照傳感器是用于檢測養(yǎng)殖環(huán)境的光照輻射強度，從而調節(jié)溫室內(nèi)的光照強度，以滿足雞群生長對光照和時長的需求。該系統(tǒng)將所有傳感器集成在同一個儀器箱內(nèi)，用于應對養(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)測精度和使用壽命，同時方便安裝和定期對傳感器精度進行檢驗校準。（見圖2、圖3）

圖2 傳感器箱

圖3 傳感器校準圖

3 控制柜端設計

控制柜端在分析傳感數(shù)據(jù)信息的基礎上，通過智能算法完成對種雞舍養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的智能調控?？刂乒穸酥饕獙崿F(xiàn)對雞舍內(nèi)硬件設備的智能控制（見圖4），考慮到實際養(yǎng)殖生產(chǎn)需要，專門設計了手動控制和自動控制兩種模式，可以手動集中控制風機、濕簾、水泵、噴淋、照明等設施，也可預先設定環(huán)境參數(shù)，進行自動控制，在自動模式下，手動控制無效，如出現(xiàn)緊急情況，啟動控制柜端異常處理模塊，以紅色急停按鈕進行總控制，所有設備停止運轉；同時，控制柜端建立了報警模塊，當雞舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)超過設置的閾值時，報警燈長量，提示報警信息。

圖4 控制端柜

4 服務器端設計

服務器端在整個系統(tǒng)架構中主要起到承上啟下的作用，實在采集數(shù)據(jù)的信息化傳輸，服務器端主要建立了三大模塊：一是數(shù)據(jù)采集模塊，與各控制柜端進行實時通訊，得到控制柜端經(jīng)分析過的傳感器數(shù)值；二是數(shù)據(jù)存儲模塊，將采集的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；三是數(shù)據(jù)上傳模塊，與云數(shù)據(jù)庫進行通訊，并將采集的數(shù)據(jù)上傳到云服務器。

5 電腦PC端設計

畜禽養(yǎng)殖和物聯(lián)網(wǎng)、云計算的融合目標就是做到計算機智能監(jiān)控，根據(jù)養(yǎng)殖生產(chǎn)實際，設計開發(fā)了種雞場遠程網(wǎng)絡環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)（見圖5），該系統(tǒng)包含六大模塊：一是實時數(shù)據(jù)模塊，可以查看雞舍內(nèi)當前的傳感器數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)等，以利于實時掌握雞舍內(nèi)的環(huán)境狀況；二是時間查詢模塊，查詢硬件設備控制信息、登錄信息等日志；三是歷史數(shù)據(jù)模塊，可以查詢?nèi)我庖欢螘r間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，并自動生成歷史曲線圖，以便養(yǎng)殖技術人員進行數(shù)據(jù)分析；四是軟件操作控制模塊，當控制柜端處于自動模式時，可以在電腦PC端遠程查看設備狀態(tài)，也可對設備進行遠程操控（包括遠程手動模式、定時控制模式以及反饋控制模式），五是系統(tǒng)配置模塊，可以設定雞舍硬件設備的定時開關時間、環(huán)境參數(shù)的報警閾值以及反饋模式下硬件設備自啟動和自關閉的閾值；六是用戶管理模塊，可分配各用戶操作權限及操作域。

圖5 電腦PC端

6 網(wǎng)頁端和手機端的設計

網(wǎng)頁端的設計和電腦PC端的功能基本相同，考慮生產(chǎn)安全因素，在網(wǎng)頁端取消操作控制模塊，在網(wǎng)絡正常運行的前提下，能實現(xiàn)除硬件設備控制以外的所有功能（見圖6）。同時，為切實做到互聯(lián)網(wǎng)技術在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的充分應用，我們還設計開發(fā)了手機App客戶端（見圖7），主要包含三大功能：一是實時信息查看，可以在手機上顯示雞舍內(nèi)環(huán)境的實時數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設置數(shù)據(jù)、硬件設備的運行狀態(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；三是異常報警，在雞舍內(nèi)環(huán)境參數(shù)超過設定閾值時，在手機端自動推送報警信息。

圖6 網(wǎng)頁端

圖7 手機端

7 小結

通過項目實施證明，在運用種雞場遠程網(wǎng)絡環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)后，有效提升了種雞場雞舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控水平，有效改善了種禽生長的小氣候環(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，經(jīng)過一系列的推廣應用證明，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)結構精簡、運行穩(wěn)定、操作簡易、維護方便，值得廣大畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場戶借鑒和應用。

[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及裝備研究[M].中國農(nóng)業(yè)出版社，2015.

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[3] 汪衛(wèi)樂.家禽養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究[D].廣東工業(yè)大學，2014.