生豬智能養(yǎng)殖裝備設(shè)計(jì)思路及傳感器選用

房強(qiáng)

摘要：研發(fā)綠色智能養(yǎng)殖飼喂、環(huán)控、采集、糞污利用等裝備，是生豬養(yǎng)殖業(yè)未來發(fā)展趨勢。根據(jù)當(dāng)前生豬養(yǎng)殖需求，提出生豬智能養(yǎng)殖設(shè)備設(shè)計(jì)思路，分析其結(jié)構(gòu)組成及工作原理，提出傳感器的選用方向，為生豬智能養(yǎng)殖設(shè)備的設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：生豬;智能養(yǎng)殖;設(shè)計(jì);傳感器

中圖分類號(hào)：S817.3;TP212.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2022）01-0032-02

收稿日期：2021-12-28

作者簡介：房 強(qiáng)（1989—），男，碩士，工程師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)計(jì)與研究工作。

到2020年底，我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；蔬_(dá)到64.5%，規(guī)模養(yǎng)殖場相關(guān)設(shè)施裝備配套率達(dá)到93%，在自動(dòng)化養(yǎng)殖方面取得了重大成績。我國“十四五”規(guī)劃要求在畜禽圈養(yǎng)、自動(dòng)飼喂、疾病防控等設(shè)施設(shè)備上加快建設(shè)，繼續(xù)研發(fā)綠色智能養(yǎng)殖飼喂、環(huán)控、采集、糞污利用等裝備，以達(dá)到智能化養(yǎng)殖的目標(biāo)。以遼寧為例，2020年全省新改擴(kuò)建養(yǎng)豬場370個(gè)，生豬產(chǎn)能逐步恢復(fù)到疫情前存欄數(shù)量，但智能養(yǎng)殖機(jī)械化尚未跟上畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展步伐，相關(guān)設(shè)備研究亟待加強(qiáng)。結(jié)合當(dāng)前生豬養(yǎng)殖迫切需求，提出生豬智能養(yǎng)殖設(shè)備設(shè)計(jì)思路，分析傳感器的選用，為生豬智能養(yǎng)殖設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供借鑒。

1 生豬智能養(yǎng)殖設(shè)備的設(shè)計(jì)思路

生豬養(yǎng)殖需求主要包括適宜的光照、溫度、濕度，及時(shí)排出氨氣、硫化氫、甲烷、二氧化碳等有害氣體，自動(dòng)化喂料等。生豬養(yǎng)殖智能化設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

生豬智能養(yǎng)殖裝備主要由傳感器、控制單元、人機(jī)交互、執(zhí)行器4個(gè)部分組成，其工作原理是根據(jù)傳感器采集到的相關(guān)信息或人為發(fā)出的控制指令，通過通信協(xié)議傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，再經(jīng)過軟硬件響應(yīng)計(jì)算發(fā)出控制指令，控制執(zhí)行器工作，從而達(dá)到設(shè)計(jì)所需的技術(shù)要求。具體工作過程是通過光照、溫度、濕度、氨氣等傳感器來識(shí)別環(huán)境中的光照強(qiáng)度、溫濕度、氨氣含量等環(huán)境信息，并將其轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，由有線或無線協(xié)議輸入到控制單元。然后，控制單元利用自身軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得出某項(xiàng)環(huán)境信息不適宜生豬生長，并通過控制單元向執(zhí)行器發(fā)出控制指令，打開或關(guān)閉執(zhí)行器開關(guān)，改變豬舍相應(yīng)環(huán)境指標(biāo)，使其利于生豬生長。飼養(yǎng)員若想控制某一執(zhí)行器開關(guān)，可使用人機(jī)交互的電腦、手機(jī)或開關(guān)直接發(fā)出命令，通過控制單元控制執(zhí)行器工作。

2傳感器的選用

2.1 溫濕度傳感器

選用DHT11溫濕度傳感器，如圖2所示。

這是集溫度、濕度測量于一體的數(shù)字信號(hào)傳感器，具有高可靠性、工作穩(wěn)定、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高的特點(diǎn)，由1個(gè)NTC（負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）測溫元件、1個(gè)電容式感濕元件、1個(gè)8位單片機(jī)相組成 ，4針單排引腳封裝，測量溫度范圍為-20～60 ℃。單線制串行接口，接線方便。

2.2 光照傳感器

選用BH1750光照傳感器，如圖3所示。

BH1750光照傳感器是一種雙線式串行總線的數(shù)字信號(hào)傳感器，由高精度光敏二極管檢測光照產(chǎn)生不同電流，經(jīng)運(yùn)算放大器放大為電壓值，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由I2C總線傳輸，輸出對應(yīng)數(shù)字信號(hào)。該傳感器對光譜感應(yīng)十分靈敏，支持I2 BUS接口，輸出對應(yīng)亮度的數(shù)字信號(hào)，受紅外線影響非常小，測量誤差控制在±20%內(nèi)。

2.3 氨氣傳感器

選用TGS826氨氣傳感器，如圖4所示。

該傳感器由二氧化錫半導(dǎo)體構(gòu)成，其特點(diǎn)是在無氨氣的環(huán)境中電阻值很大，而在有一定氨氣濃度的環(huán)境下電阻會(huì)下降。這種傳感器對氨氣檢測靈敏度高，能對低至30 ppm濃度的氨氣快速檢測，并通過上拉電阻或下拉電阻輸出模擬值。底座由陶瓷制成，不易腐蝕。應(yīng)用電路簡單，受溫濕度影響較低，適于各類復(fù)雜環(huán)境。

2.4 液位傳感器

選用 CSW01非接觸液體的水位檢測芯片，如圖5所示。

這種液位傳感器采用電容感應(yīng)原理，對被檢測液體上電與否均能精確檢測出液面高度。內(nèi)部集成IC，能做到智能識(shí)別。非接觸式檢測有利于防止傳感器感應(yīng)頭損壞或腐蝕，具有壽命長、性價(jià)比高、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，并可輸出數(shù)字信號(hào)，易于連接使用。

3 結(jié)語

生豬智能養(yǎng)殖是未來畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢，許多科研人員開啟規(guī)?；悄莛B(yǎng)殖研究，通過大數(shù)據(jù)、圖像識(shí)別、語言識(shí)別、物流算法等智能運(yùn)用，探索效率提高、風(fēng)險(xiǎn)可控的生豬養(yǎng)殖新模式。建議在原有養(yǎng)殖機(jī)械化自動(dòng)化基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展智能化設(shè)備的創(chuàng)新與應(yīng)用，加快智能養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展步伐。而且，隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步及其性能的提升，這類設(shè)備必將廣泛應(yīng)用于智能養(yǎng)殖業(yè)，推動(dòng)畜牧業(yè)提質(zhì)增效。此外，還要將控制單元選用及算法與現(xiàn)代通信協(xié)議充分融合，在人機(jī)交互領(lǐng)域加強(qiáng)科技創(chuàng)新，以達(dá)到通過手機(jī)APP、電腦等設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)有線、無線、遠(yuǎn)程等智能養(yǎng)殖控制的目的。

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Design Idea and Sensor Selection of Intelligent Pig Breeding Equipment

FANG Qiang

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Research and development of green and intelligent breeding equipment for feeding， environmental control， collection and manure utilization is the future development trend of pig breeding industry. According to the current requirements of pig breeding， this paper put forward the design idea of intelligent pig breeding equipment， analyzed its structure and working principle， and proposed the selection direction of sensors， providing reference for the design of intelligent pig breeding equipment.

Key words： pig; intelligent breeding; design; sensorBB7850AE-A12D-4AB7-9C32-3D4BB8697829