雞舍內(nèi)粉塵的檢測與控制

趙旭，付家林，沈華剛，李婭，蔣世權(quán)，靳德錦

（鄭州科技學院機械工程學院，河南鄭州，450064）

1 雞舍出現(xiàn)粉塵的原因

目前養(yǎng)雞場的養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，隨著雞群數(shù)量的增大，養(yǎng)雞的方式大多數(shù)是采用集中圈養(yǎng)，很少一部分是采用山地散養(yǎng)的方式，圈養(yǎng)雖然有利于減少空間，但是許多問題也隨之而來，雞如果有病，傳染的速度很快，會給農(nóng)戶帶來很大的經(jīng)濟損失。其中，雞舍內(nèi)粉塵的控制與檢測是一個很重要的問題。雞舍內(nèi)容易出現(xiàn)粉塵，其主要原因分為內(nèi)部因素和外部因素。外部原因：有時候由于刮大風把外界的許多灰塵吹到雞舍內(nèi)，同時雞身上本身也有灰塵，雞的羽毛以及雞在生長過程中產(chǎn)生的糞便都會產(chǎn)生一定的灰塵，另外，如果生產(chǎn)作業(yè)過程中在雞舍內(nèi)進行飼料攪拌，那么也會產(chǎn)生灰塵[1]。這些灰塵漂浮在雞舍內(nèi)，如果不及時降低，會給雞或者是飼養(yǎng)員帶來危害。

2 雞舍內(nèi)粉塵過多帶來的危害

2.1 影響雞的健康生長

如果雞舍內(nèi)粉塵過多，那么雞在這種環(huán)境中長期生長，會刺激雞的呼吸道，產(chǎn)生炎癥，使得雞的呼吸道水腫，免疫力降低，這種情況下雞不僅容易患呼吸道疾病，也容易感染其它疾病，嚴重時還會造成雞的死亡。檢測雞舍內(nèi)的PM2.5的濃度，可以提前知道雞舍內(nèi)的粉塵情況，同時，及時采取措施降低粉塵的濃度，可以利用向外抽風的措施，也可以利用噴水來降低粉塵，從而降低PM2.5的濃度，減少雞患疾病的概率，對農(nóng)戶有較高的經(jīng)濟效益。

2.2 對飼養(yǎng)員的危害

由于飼養(yǎng)員長期在雞舍內(nèi)工作，雞舍內(nèi)還有氨氣、二氧化碳等其它有害氣體，當人體吸入氨氣、二氧化碳、粉塵這些混合氣體時，人也會產(chǎn)生呼吸道疾病，同時，這些氣體還能夠使人產(chǎn)生肺部疾病，對飼養(yǎng)員的健康構(gòu)成一定的威脅[2]。粉塵對人體有四種危害：（1）不同的粉塵會對飼養(yǎng)員產(chǎn)生不同的危害，如果粉塵是可溶性粉塵，那么當飼養(yǎng)員吸入粉塵的時候粉塵就會融入血液，那么飼養(yǎng)員就會中毒；（2）如果一些粉塵顆粒較大，質(zhì)地較硬，那么當飼養(yǎng)員的眼睛接觸這些粉塵的時候，就會損傷飼養(yǎng)員的眼睛，造成角膜發(fā)炎，產(chǎn)生結(jié)膜炎疾病，所以飼養(yǎng)員在生產(chǎn)過程中要避免這些粉塵。（3）由于飼養(yǎng)員長期在充滿灰塵的雞舍環(huán)境中工作，當飼養(yǎng)員把灰塵吸入肺部時，容易使肺部的纖維硬化，讓飼養(yǎng)員得塵肺病這種疾病，所以，飼養(yǎng)員在生產(chǎn)過程中要佩戴口罩來降低感染塵肺病的幾率，同時，雞舍內(nèi)也要采取主動的措施降低粉塵的濃度，來保證飼養(yǎng)員的健康。（4）長期在雞舍內(nèi)工作，灰塵容易使飼養(yǎng)員的皮膚受到侵害，容易引起皮膚干燥，堵塞毛孔，造成皮膚疾病。

2.3 對生產(chǎn)設備造成危害

現(xiàn)代化雞舍養(yǎng)殖場檢測設備、生產(chǎn)設備很多，由于雞舍內(nèi)有許多的生產(chǎn)設備，這些生產(chǎn)設備的電路長期在粉塵環(huán)境中，容易造成這些生產(chǎn)設備線路短路，會損害這些生產(chǎn)或者檢測設備，給養(yǎng)殖戶帶來一定的經(jīng)濟損失。同時，粉塵對雞舍內(nèi)的開關有影響，尤其對繼電器、接觸器影響最大，會造成這些用電器接觸不良，使繼電器、接觸器動作不穩(wěn)定，接觸不好，從而會造成誤動作和達不到控制目的，引起設備故障。另外，粉塵還會造成電器設備的通風不暢，許多粉塵堆積在電器上，會引起電器的溫度升高，例如，由于粉塵堆積會引起電動機的溫度比正常情況下高10℃，這樣就會使電機帶動外部負載的能力降低，也容易燒壞電機。

3 系統(tǒng)電路圖

系統(tǒng)包含傳感器模塊、Arduino單片機控制模塊、聲光報警模塊、顯示模塊、繼電器控制水泵和電風扇模塊。所包含的硬件設備有Arduino單片機、三色LED燈、蜂鳴器、PM2.5傳感器、LCD12864液晶顯示屏，還有繼電器、水泵和電風扇。Arduino單片機容易學習，含有各種庫函數(shù)，可以實現(xiàn)多種傳感器檢測；夏普PM2.5傳感器可以快速檢測空氣內(nèi)的粉塵，檢測精度較高，LCD12864液晶屏可以顯示中文與英文，3色LED燈通過閃爍與蜂鳴器實現(xiàn)報警功能。

4 系統(tǒng)各模塊功能介紹

4.1 Arduino讀取PM2.5傳感器數(shù)據(jù)模塊

雞舍內(nèi)PM2.5的值是反映雞舍內(nèi)灰塵多少的重要指標，能否準確地檢測出PM2.5的值是系統(tǒng)的關鍵。雞舍粉塵檢測采用的是夏普PM2.5灰塵傳感器，利用Arduino 讀取PM2.5灰塵傳感器數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)傳遞給Arduino單片機的A0端口，PM2.5灰塵傳感器的GND、VDD端口分別與Arduino單片機的5V和GND引腳相連[3]。Arduino單片機的A0端口讀取到的是連續(xù)的模擬值，與實際檢測的雞舍粉塵數(shù)據(jù)一致，編程時利用數(shù)組接收讀取到的A0端口的值，然后再進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，就可以得到雞舍內(nèi)的PM2.5 濃度值。雞舍內(nèi)的PM2.5濃度值的計算公式為ppm=(float)((buffer[1]*256)+buff er[2])*8/1024。

4.2 蜂鳴器報警模塊

本課題下位機采用蜂鳴器報警，當檢測到的雞舍內(nèi)PM2.5值正常時，系統(tǒng)的12864液晶屏上顯示笑臉，并顯示具體的PM2.5值，當檢查到的PM2.5超標時，本次設置的PM2.5的閾值是380ug/m3時，液晶屏顯示沮喪表情，系統(tǒng)的三色LED燈會閃爍提示，并且蜂鳴器也會報警[4]。蜂鳴器一端接Arduino單片機的D2端口，一端接地，當PM2.5值超標時，給蜂鳴器高電平，并給蜂鳴器不同的頻率，讓其發(fā)出聲音，提示客戶雞舍內(nèi)的PM2.5值超標。

4.3 12864液晶顯示屏顯示模塊

首先，初始化液晶顯示屏，設置為普通模式，清屏，然后，設置指針指向液晶顯示屏的第一行第一個字的位置，輸出字符“PM2.5”；設置指針指向液晶顯示屏的第二行第一個字的位置,輸出“濃度”，輸出“濃度”兩個漢字時要利用字模轉(zhuǎn)換軟件把漢字轉(zhuǎn)化為十六進制數(shù)保存在數(shù)組中；設置指針指向液晶顯示屏的第三行第一個字的位置，輸出PM2.5濃度值；設置指針指向液晶顯示屏的第四行第一個字的位置，輸出PM2.5濃度單位ug/m3；顯示表情，濃度正常時為笑臉表情，超標時為哭臉表情，顯示表情時，利用字模轉(zhuǎn)換軟件把漢字轉(zhuǎn)化為十六進制數(shù)保存在數(shù)組中，最后顯示數(shù)組數(shù)據(jù)[5]。

4.4 水泵與排風扇控制模塊

當檢測到的雞舍內(nèi)的粉塵過高時，系統(tǒng)采用繼電器來控制雞舍內(nèi)的排風扇和噴水泵進行噴水，來降低雞舍內(nèi)的PM2.5值。繼電器模塊可以通過單片機控制端口來控制排風扇和水泵，實現(xiàn)用低壓來控制高壓的目的。繼電器輸入的電壓是5v，可以控制220v的用電器。當雞舍內(nèi)的粉塵過高時，可以利用排風扇向外排風，從而使雞舍內(nèi)的粉塵濃度降低，噴水也可以讓雞舍內(nèi)的粉塵在空氣中掉落下來，從而降低雞舍內(nèi)粉塵的濃度。利用水泵和排風扇控制雞舍內(nèi)的粉塵電路圖如圖1所示，水泵利用單片機的D12端口來控制，排風扇利用單片機的D5端口來控制，當雞舍內(nèi)的粉塵濃度過高時，D5端口置高電平，繼電器的線圈得電，觸頭閉合排風扇工作，當雞舍內(nèi)的灰塵濃度較低時，D5端口置低電位，繼電器線圈不得電，排風扇不工作，同理，當灰塵濃度較高時，D12端口置高電平，水泵工作噴水降低灰塵濃度，當灰塵濃度降低到一定濃度時，D12端口置低電位，繼電器線圈不得電，水泵停止工作。

圖1 系統(tǒng)電路圖

5 結(jié)論

該智能雞舍管理粉塵檢測系統(tǒng)精度較高，可以很好的控制雞舍內(nèi)的粉塵和PM2.5值，起到減少和降低雞舍環(huán)境污染，保證雞健康生長，提高雞產(chǎn)蛋效能的優(yōu)點，可以使養(yǎng)殖戶的利益得到保證，有利于推廣使用。