鸡舍智能环境控制系统设计

摘要

　　我国是一个鸡只养殖大国，无论鸡只养殖总量还是鸡产品总量均居世界前列。然而鸡产品在国际市场的竞争力却差强人意。出现这种情况的主要原因是我国现有的环境智能控制系统检测的环境因子比较少，并且只考虑了各环境因子对鸡只生长的影响，而没有考虑它们的交互作用，工作效果不理想，精度稳定性比较低。饲养者为追求利润而大量使用药物，从而造成了药物残留超标的问题。因此，本课题从为鸡只提供一个适宜的生长环境的目的出发，研究设计了该智能环境控制系统，并将数据融合技术融入到环境检测系统中，提高了检测的精度。

　　通过借鉴国内外现有的鸡舍智能环境控制系统的设计经验，查阅参考有关文献，分析我国已有的鸡舍环境控制系统的发展现状，设计了一种有利于鸡只生长的鸡舍智能环境控制方案。本系统主要分为六个部分：控制模块、环境采集模块、人机交互模块、时钟模块、GPRS 无线传输模块和继电器驱动模块。在论文中依次论述了智能环境控制方案的研究背景与意义、系统的总体设计、系统硬件部分的设计、环境调节设备的设计、环境参数的数据融合、系统软件部分的设计。最后将设计的环境控制系统完成了安装，并进行了实地试验。

　　本设计结构简单，易于操作。经过试验表明，本系统节约了劳动力，提高了鸡舍环境的控制精度，实现了预期目标，有利于促进鸡只养殖业的发展。

　　关键词：鸡舍；单片机；智能控制；数据融合

Abstract

　　Our country is a chicken farming superpower，and regardless of the total amount of chicken or chicken products are ranked in the forefront of the world. However, the competitiveness of chicken products in the international market is not satisfactory. The main reason for this is that the environmental intelligent control system in our country has fewer environmental factors. And it only considers the effects of environmental factors on the growth of chickens, without considering their interaction. It leads to the work effect is not ideal and the precision stability is relatively low. Therefore, we have researched and designed the intelligent environment control system to provide a suitable growth environment for chickens. And the data fusion technology is integrated into the environment detection system, which improves the detection accuracy.

　　By referring to the domestic and foreign existing design experience of house intelligent control system refer to the relevant literature, analysis of the development of control system of China's existing henhouse environment, We designed a intelligent environment control scheme which is beneficial to the growth of chickens. The system is mainly divided into six parts: control module, environment acquisition module, human-computer interaction module, clock module, GPRS wireless transmission module and relay driver module. In this paper, this chapter discusses the intelligent environment control scheme research background and significance, the overall design of the system, the design of system hardware, the design of environmental control equipment, the data fusion of environmental parameters and the design of system software.

　　The utility model has the advantages of simple structure, easy operation. The experiment shows that the system saves labor force, improves the control accuracy of chicken coop environment, and achieves the expected target. It is helpful to promote the development of chicken breeding industry.

　　Keywords：Henhouse; Singlechip; Intelligent control; Data fusion

　　国家和政府一直非常关心和重视“三农”问题。在第十八次全国代表大会的报告中又一次强调“解决好‘三农’问题是全党工作的重中之重”。同时在报告中还指出“城乡一体化发展是解决‘三农’问题的最根本途径，要逐步形成以工促农、以城带乡，工农互惠的新型工农、城乡关系，在这种非常有利的形式下，畜牧业作为一种承工启农的‘中轴产业’必然会得到更进一步的发展”（辜胜阻，2012）。

　　鸡只养殖业作为一种极为常见的畜牧养殖业，是农民收入的重要来源之一，也是农村经济的支柱性产业。鸡只养殖在中国已经有 5000 多年的历史。特别是在改革开放后的 30 多年里我国鸡只养殖业已经取得了高速发展。2015 年，我国的鸡肉产量由最初的122.3 万吨增长到 2201.34 万吨，鸡蛋产量增长到 2157 万吨（宫桂芬，2014），人均占有量也已经接近于世界平均水平。自从我国于 2001 年加入世界贸易组织（WTO）之后，我国加工和生产的产品可以参入国际竞争中，因此鸡肉和鸡蛋产品有了向世界各地出口的机会。但是，我国的鸡产品的出口量却没有随着鸡只养殖业的发展而增加。经过调查发现，影响鸡产品出口最重要的一个因素就是我们对鸡舍环境的关注度不是足够高，未能为鸡只创造一个舒适的生长环境，从而增加了鸡只疫病的发生率和鸡产品的药物残留，降低了鸡产品的质量。另一方面，欧盟、美国和日本等的世界发达国家和地区在上个世纪就提出了“动物福利养殖”的科学概念（杨柳等，2015）。养殖者普遍具有极为强烈的产品质量意识，保证农产品的优质、新鲜已经成为进入市场最低的门槛,绿色食品与有机食品的比重也逐步提高，并且美国、英国、日本等发达国家凭借着自身在科技、管理和环保等多个方面的优势设置以技术法规、标准的评定程序为核心内容的“绿色壁垒”（ 龚震，2009）,这些新“标准”的设置不利于我国鸡产品在国际市场上的竞争，对我国的鸡只养殖和鸡产品的生产与出口提出了更加严格的要求。

　　近年来我国养殖业已经意识到问题存在的严重性，大力发展鸡舍环境智能控制技术。如今我国鸡只养殖的技术已经取得了相当大的发展，同其他发达国家差距也正在逐步缩小。但是目前我国的鸡只养殖主要以家养或者中小规模为主，在这方面的养殖设施和技术发展缓慢，并且没有考虑各环境因子的交互对鸡只的影响。因此，研究设计一种高精度的鸡舍环境智能实时检测与控制系统对于鸡只健康的生长、降低鸡的发病率和死亡率、提高鸡产品的质量具有重要意义，同时也符合了动物福利养殖的要求，有利于我国鸡产品在国际市场的竞争。

　　本课题根据我国目前的鸡只环境控制系统研究现状，从为鸡只提供一个舒适的生长环境的目的出发，通过比较和总结国内与国外各种控制方案的优点和差距，结合养殖企业的实际需求，设计出一套针对中小型养殖场、使用方便、性价比高、监控精准的环境智能控制系统。本系统选用 MSP430F5438A 单片机为系统的控制器，集鸡舍环境参数采集、检测、显示、调控为一体的环境控制设备，分为控制模块、采集模块、GPRS 传输模块、环境调节模块、人机交互模块和时钟模块等六个部分，研究内容和方法如下：

　　（1）查阅已有文献资料，分析鸡舍内环境的特点，了解各环境因素对鸡只健康生长的影响；

　　（2）总结已有的各种控制方案的优缺点，研究设计一种准确、方便且经济的鸡舍环境智能控制方案；

　　（3）根据设计的方案，选择所需的硬件模块和设备，包括模块和设备的种类、型号，并设计相应的硬件电路；

　　（4）根据试验鸡舍的实际面积，计算出所需的环境调节设备的数量；

　　（5）完成系统软件设计，主要包括设计系统主程序和各种环境参数采集子程序、时钟模块程序和触摸屏模块程序等等；

　　（6）完成实物的制作和安装，并且调试运行。

 　　鸡舍智能环境控制系统设备：

风机实图

湿帘实物图

暖风机实物图

喷雾主机实物图/ 喷头实物图

目录

　　中 文 摘 要
　　Abstract
　　1 绪论
　　　　1.1 课题研究背景
　　　　1.2 课题研究目的与意义
　　　　1.3 鸡舍环境对鸡只的影响
　　　　　　1.3.1 温湿度对鸡只生长的影响
　　　　　　1.3.2 光照对鸡只生长的影响
　　　　　　1.3.3 空气质量对鸡只生长的影响
　　　　　　1.3.4 通风对鸡只生长的影响
　　　　1.4 国内外鸡舍环境控制的研究现状
　　　　　　1.4.1 国外研究现状
　　　　　　1.4.2 国内研究现状
　　　　1.5 研究内容
　　　　1.6 本章小结
　　2 系统的总体设计
　　　　2.1 系统设计的基本原则
　　　　2.2 系统设计的总体框架
　　　　2.3 本章小结
　　3 系统硬件部分的设计
　　　　3.1 控制模块的设计
　　　　　　3.1.1 单片机的选型
　　　　　　3.1.2 单片机最小系统的设计
　　　　3.2 时钟模块的选择与设计
　　　　3.3 环境采集模块的设计
　　　　　　3.3.1 温湿度采集模块的选择与设计
　　　　　　3.3.2 空气质量模块的选择与设计
　　　　　　3.3.3 风速监测模块的选择与选择与设计
　　　　　　3.3.4 光照监测模块的选择与设计
　　　　　　3.3.5 采集卡模块的选择与设计
　　　　3.4 485 转换模块
　　　　3.5 人机交互模块的选择与设计
　　　　3.6 GPRS 传输模块的选择与设计
　　　　3.7 驱动模块的选择与设计
　　　　3.8 本章小结
　　4 环境调节设备的设计
　　　　4.1 温度控制方案的设计
　　　　　　4.1.1 温度控制
　　　　　　4.1.2 风机数量的确定
　　　　　　4.1.3 湿帘的计算
　　　　　　4.1.4 暖风机的计算
　　　　4.2 湿度控制方案的设计
　　　　　　4.2.1 湿度控制
　　　　　　4.2.2 喷雾设备的计算
　　　　4.3 光照控制方案的设计
　　　　　　4.3.1 光照控制
　　　　　　4.3.2 补光灯数量的计算
　　　　4.4 空气质量控制方案的设计
　　　　4.5 通风控制方案的设计
　　　　4.6 电流型输出信号的转换计算
　　　　　　4.6.1 NH传感器输出信号的计算
　　　　　　4.6.2 温度传感器输出信号的计算
　　　　4.7 本章小结
　　5 数据融合的概述与应用
　　　　5.1 数据融合概述
　　　　5.2 数据融合技术的结构
　　　　5.3 数据融合算
　　　　　　5.3.1 单一因子的数据融合
　　　　　　5.3.2 多因子的数据融合
　　　　　　5.3.3 算例分析
　　　　5.4 本章小结
　　6 系统软件部分的设计
　　　　6.1 主控程序流程图
　　　　6.2 人机交互模块的软件设计
　　　　6.3 本章小结
　　7 试验与讨论
　　　　7.1 试验条件
　　　　7.2 试验结果
　　　　7.3 本章小结
　　总结与建议
　　参考文献
　　致谢

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