智慧养殖—智能畜禽养殖环境测控物联网系统

-1-解决方案：智慧养殖—智能畜禽养殖环境测控物联网系统圣启科技•河北摘要当前国内对畜禽设施养殖环境的监测手段主要是靠养殖人员的经验进行人工观测，人工调节，调节有滞后性，生产效率低，占用人力资源多，这一做法基本无法适应现代化的养殖要求，导致我国的畜禽业生产水平处于落后水平。而环境因素对家禽养殖的重要性已被国内外大量的科学研究和生产实践所证实，尤其是封闭式的畜禽舍，光照有限，温度、湿度波动比较大，有害气体不容易散发，这些均对畜禽的生长繁殖影响比较大。畜禽舍内的环境质量已经上升为影响畜禽健康状态与生产性能、人类安全和维护社会稳定的首要问题。因此，根据畜禽养殖环境的特点，利用智慧畜禽养殖环境测控系统对温度、湿度、有害气体浓度等主要环境参数准确和实时监测是十分有必要的，以监测数据为参考依据，对畜禽舍养殖环境进行调控，能大大提高畜禽舍管理效率。由石家庄圣启科技有限公司自主研发的智能畜禽养殖环境综合测控系统，针对当下畜禽养殖业中存在的问题，从用户角度考虑，真正实现了畜禽养殖的智能化。关键词：智能畜禽养殖，环境监测，物联网系统AbstractThecurrentmonitoringmethodsofdomesticlivestockbreedingfacilities,theenvironmentismainlyrelyonfarmingpersonnelexperienceofartificialobservation,artificialregulation,regulatorylag,lowproductionefficiency,takehumanresources,thisapproachcannotadapttothemoderncultureofbasicrequirements,resultinginlivestockandpoultryproductionlevelofourcountryinabackwardlevel.Theimportanceofenvironmentalfactorsonpoultrybreedinghasbeenconfirmedbyalargenumberofdomesticandforeignscientificresearchandproductionpractice,especiallytheenclosedlivestockhouse,light,temperatureandhumidityfluctuationisrelativelylarge,theharmfulgasisnoteasytodistribute,whichareonthegrowthoflivestockandpoultrybreedingrelativelylargeimpact.Theenvironmentalqualityinlivestockandpoultryhouseshasrisentobetheprimaryproblemthataffectsthehealthstatusandproductionperformance,humansafetyandsocialstabilityoflivestockandpoultry.Therefore,accordingtothecharacteristicsoflivestockbreedingenvironment,usingthewisdomoflivestockenvironmentmeasurementand-2-controlsystemofthemainenvironmentalharmfulgasconcentration,temperatureandhumidityparametersaccuratelyandreal-timemonitoringisnecessary,basedonthemonitoringdataforreference,theregulationoflivestockandpoultrybreedingenvironment,cangreatlyimprovetheefficiencyofmanagementoflivestockandpoultry.ComprehensivecontrolofintelligentlivestockenvironmentsystemconsistsofShijiazhuangKaiShengTechnologyCo.,independentresearchanddevelopment,aimingattheexistingproblemsinthelivestockindustry,fromtheuserpointofview,trulyintelligentlivestock.第一部分：客户需求（1）畜禽养殖业发展状况畜牧业是否为农业支柱产业，是衡量一个国家农业发达程度的主要标志，而人均畜禽供应及消费也是评价一个国家发展程度的一个重要指标。随着人口的增长和社会经济的发展，城市人口不断增多，人们收入不断提高，对畜禽产品的需求也急剧增加。养殖业的迅猛发展，满足了人们对肉蛋奶的需求，并对发展国民经济，提高城乡居民生活水平做出了较大贡献。目前，随着农业结构调整和相关国家政策的扶持，我国农林牧渔业发展迅速，特别是畜牧养殖业正逐渐向着现代化、规模化的方向发展，封闭式的畜禽养殖场被广泛运用于禽类的饲养管理。得益于农村产业结构调整，畜禽业养殖方式和养殖规模发生了重大变化，规模化、智能化的畜禽养殖发展迅速，逐步发展成为一个独立产业。-3-（2）智能养殖系统的现实要求养殖业的发展造成了环境污染问题。主要有粪便，污水，和恶臭三个方面，严重影响了空气质量。由于养殖往往受到养殖品种、饲料种类和质量、疫病、生长环境、管理水平等因素的影响，致使我国养殖业一直发展不强大。与此同时，规模化养殖场的养殖风险也在增加。养殖过程中的粗放管理方式，通风、排污、取暖等设施不完备，导致牲畜生长环境恶劣，容易引起动物疾病、死亡，畜牧产品质量不过关等问题。因此实现现代有效的养殖场环境监控措施，不仅可以及时防止传染疾病的发生，还有利于畜禽的健康生长和提升产品品质。所以科学的智能化养殖显得尤为重要。随着4G无线网络的逐步普及，传感器网络技术的发展，智慧农业具体到养殖业，农业物联网技术为现代养殖场环境监控的智能化提供了新的解决方案。（3）设计“智慧养殖”系统意义重大当前国内对畜禽设施养殖环境的监测手段主要是靠养殖人员的经验进行人工观测，人工调节，调节有滞后性，生产效率低，占用人力资源多，这一做法基本无法适应现代化的养殖要求，导致我国的畜禽业生产水平处于落后水平。而环境因素对家禽养殖的重要性已被国内外大量的科学研究和生产实践所证实，尤其是-4-封闭式的畜禽舍，光照有限，温度、湿度波动比较大，有害气体不容易散发，这些均对畜禽的生长繁殖影响比较大。畜禽舍内的环境质量已经上升为影响畜禽健康状态与生产性能、人类安全和维护社会稳定的首要问题。因此，根据畜禽养殖环境的特点，利用智慧畜禽养殖环境测控系统对温度、湿度、有害气体浓度等主要环境参数准确和实时监测是十分有必要的，以监测数据为参考依据，对畜禽舍养殖环境进行调控，能大大提高畜禽舍管理效率。由石家庄圣启科技有限公司自主研发的智能畜禽养殖环境综合测控系统，针对当下畜禽养殖业中存在的问题，从用户角度考虑，真正实现了畜禽养殖的智能化。第二部分：系统概述（1）系统设计原理智能畜禽养殖系统是将物联网智能化感知、传输和控制技术与养殖业结合起来，利用先进的网络传输技术，围绕集约化畜禽养殖生产和管理环节设计而成。系统通过智能传感器在线采集养殖场环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等），同时集成及改造现有的养殖场环境控制设备，实现畜禽养殖的智能生产与科学管理。管理员可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖厂环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现健康养殖、节约成本、减少人工、节能降耗的目的。-5-系统在增加相应控制设备后可定时定量或按需求喂料、喂水、照明、取蛋、降温、升温、通风换气、清粪等，从而实现禽畜养殖自动化。同时，根据市场需要，满足消费者对食品安全的要求，系统设计了溯源部分。采用先进的电子标签技术对畜禽进行全程管理，可以逐个获取畜禽所吃饲料、病历、喂药、转群等信息。应用智能电子耳标，用于证明牲畜身份，可承载畜禽个体信息。各监管部门通过RFID（射频识别）技术浏览相关信息，及时发现和精准处理疫情，降低由疫情造成的经济损失。通过监控平台可掌控各养殖场的状况，对养殖场的生产经营实施起监督、管理、推进作用。系统建立了属性维护机制，用户可以自选定义和编辑属性，无需二次开发，并提供了集成接口，实现应用系统间的无缝集成，克服信息孤岛，实现各类用户能够对数据库平台进行检索。（2）系统组成结构及优势①系统主要由采集层，传输层，控制层，应用层组成。-6----信息采集系统：二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度、光照强度、气压、粉尘等各类传感器，实时采集养殖舍内的环境值。---无线或有线传输系统：无线传输终端或有线链路，将采集层的数据传输到上位机平台。即可远程无线传输采集数据；---自动控制系统：主要包括温度控制，湿度控制，通风控制，光照控制，喷淋控制以及定时或远程手动喂食，喂水，掏粪等。---视频监控系统：可远程监控各舍内的视频图像及环境变化情况，及时查看畜禽的成长生活状况，密切关注疫情的发生、防治；---软件平台：可通过电脑或手机等信息终端，远程实时查看养殖舍内的环境参数，通过应用平台实现自动控制功能，各类报警功能。②系统优势--采用先进准确的数字传感器，可精准的检测各项环境指标。--采用物联网技术，利用无线通讯，用户可远程监控。--自动化控制，可自动控制通风机，光照装置，环境模拟系统等，定时自动喂食，喂水，大大降低人工成本。--自报警装置，当某项环境指标不达标或超标时便自动报警。--人性化人机界面，简便易懂，操作方便。-7-第三部分：感知层应用——信息采集系统感知层信息采集一般有空气温湿度传感器，二氧化碳传感器，氨气传感器，硫化氢传感器，实时采集舍内的环境数值，并上传至采集终端。实现养殖舍内环境参数（包括CO2、氨氮、H2S、温度、湿度、光照强度、视频等）信号的自动监测、采集与传输。（1）温湿度监测——营造舒适的温湿度环境通过温湿度传感器，实时监测采集养殖舍内外的温湿度数值，通过舍内、外的温度对比，及时采取控制温湿度的措施。例如，鸡舍内温度以保持在18℃—23℃为宜，最低不应低于15℃，普通的兔舍温度应维持在16°—29°C之间，相对湿度为40%—70%。在炎热夏季，当室内温度高于室外温度时，启动风机进行空气交换、通风排湿；在寒冬，需要进行保温处理，适当进行送暖措施（如太阳能、电热炉、锅炉供暖）等。圣启科技在智能畜禽养殖环境测控物联网系统中采用的温湿度传感器具有以下功能特点：相对湿度和温度一体测量，同时可兼测露点；全量程校准，数字信号输出；壁挂式安装；优越的长期稳定性；无需其他外部元件；超低功耗。传感器主要技术参数：传感元件：原装进口温湿度传感器；测湿范围：0～100%RH；测温范围：-40～+80℃；响应时间：湿度：30s，温度：30s；供电电压：5V；功耗：300μW。（2）光照度监测——保证充足的光照时间光照影响畜禽生长发育、食欲、性成熟、换毛，尤其对鸡的产蛋率、啄癖等有重要影响。所以，充足的光照时间是保证动物健康、快速成长的重要因素。对于阴天养殖舍内光线阴暗或冬季日照时间不足的情况，适当增加辅助照明，弥补光照度的不足。-8-光照度传感器采用高灵敏度的硅蓝光伏探测器，具有测量范围宽，使用方便，便于安装，传输距离远等特点。其供电电压为24VDC，精度为±7%，测量范围：0～200KLux，输出信号为4～20Ma、RS485\RS232。（3）CO2、NH3、H2S等气体监测——通风换气，保持养殖舍内空气清新二氧化碳为无色、无臭、略带酸味的气体。二氧化碳