微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，包括發(fā)酵床、傳感器單元、PLC控制器、繼電器和執(zhí)行機構；所述發(fā)酵床的底面鋪設有一墊料層；所述傳感器單元包括溫度傳感器、空氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、空氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控制器連接；所述第一墊料濕度傳感器設于所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接；所述執(zhí)行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，且所述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)分別與繼電器連接。本發(fā)明提高了豬的生長效率和抗病力，減少飼料消耗，解決豬糞污染。
【專利說明】微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 大豬群的養(yǎng)殖與傳統(tǒng)養(yǎng)豬的養(yǎng)殖有著很大的差異，傳統(tǒng)養(yǎng)豬一欄在20-80 頭，群體較小，無大豬群養(yǎng)殖的問題。傳統(tǒng)豬舍的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)有過幾篇的報道，朱 偉興等（朱偉興戴陳云黃鵬，基于物聯(lián)網(wǎng)的保育豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。農業(yè)工程學 報.2012, 28(11).-177-182。）報道了基于物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)了保育舍環(huán)境可視化調控系 統(tǒng)，采用Zigbee無線技術將舍內各保育床及周圍設備組成無線網(wǎng)絡系統(tǒng)，以ARM-LINUX嵌 入式服務器為現(xiàn)場控制中心，系統(tǒng)依據(jù)分布于各保育床內的傳感器獲得的環(huán)境參數(shù)，精確 調節(jié)各保育床內的小氣候環(huán)境，通過WIFI無線技術將服務器與INTERNET無縫連接，使用 戶端延伸并擴展到豬舍及室內設備，實現(xiàn)環(huán)境與設備之間，環(huán)境與人之間進行信息交換。 韓寶龍等（韓寶龍[1，2]倪偉[2]，基于WSN豬場養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計。中國農機化學 報.2014, 35 (1). -260-263, 269。）根據(jù)豬場養(yǎng)殖環(huán)境控制過程中存在的非線性、強耦合、大 慣性等難題，傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用的有線方式成本高、效率低且不便布設管理等缺陷，設 計一種基礎無線傳感網(wǎng)技術的豬場養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中采用基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡 解耦控制算法。仿真結果表明，系統(tǒng)能夠很好的解決環(huán)境因子之間的強耦合，提高系統(tǒng)的實 時性。該系統(tǒng)既具有較高的解耦性能.又能夠滿足監(jiān)控過程中對多測點、多要素、易組網(wǎng)、 易安裝等方面的要求，具有較好的實用價值和應用前景。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)， 提1?豬的生長效率和抗病力，減少詞料消耗，解決豬奠污染。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán) 境監(jiān)控系統(tǒng)，包括發(fā)酵床、傳感器單元、PLC控制器、繼電器和執(zhí)行機構；所述發(fā)酵床的底面 鋪設有一墊料層；
[0005] 所述傳感器單元和執(zhí)行機構均位于發(fā)酵床內部；所述傳感器單元包括溫度傳感 器、空氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、 空氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控 制器連接；所述第一墊料濕度傳感器設于所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接； [0006] 所述執(zhí)行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，且所 述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)分別與繼電器連接。
[0007] 進一步地，所述傳感器單元還包括光照傳感器、風向傳感器和風速傳感器，且光照 傳感器、風向傳感器和風速傳感器分別與所述PLC控制器連接。
[0008] 進一步地，所述墊料層的高度為80cm ;所述傳感器單元還包括兩第二墊料濕度傳 感器，且所述第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度傳感器分別對應埋設于所述墊料層的 20cm、40cm、60cm 深度處。
[0009] 進一步地，所述執(zhí)行機構還包括照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)與繼電器連接。
[0010] 進一步地，所述發(fā)酵床內部的各項指標如下：
[0011] 空氣濕度為65% -95%，墊料濕度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，C02濃度小 于 2000ppm，NH3 濃度小于 20mg/m3。
[0012] 進一步地，所述發(fā)酵床包括一發(fā)酵床本體和一頂蓋，該發(fā)酵床本體的底面積為 1900m 2,高為6m ;所述頂蓋為8m。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可同期養(yǎng)殖1500 頭育肥豬；豬舍可保持冬暖夏涼，保障發(fā)酵床環(huán)境處于最優(yōu)的狀態(tài)，實現(xiàn)自動化控制，提高 豬的生長效率和抗病力，減少飼料消耗，解決豬糞污染；在發(fā)酵床地面鋪設墊料層，墊料層 接菌微生物，豬養(yǎng)殖在墊料層上，排出的糞便排由微生物分解消納，原位發(fā)酵成有機肥，達 到無臭味、零污染、提1?豬肉品質和豬抗病力等效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 下面參照附圖結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0015] 圖1為本發(fā)明微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明中執(zhí)行機構與發(fā)酵床的配合圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明中發(fā)酵床的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 請參閱圖1和圖3, 一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，包括發(fā)酵床、傳感 器單元、PLC控制器、繼電器和執(zhí)行機構；所述發(fā)酵床包括一發(fā)酵床本體1和一頂蓋2,該發(fā) 酵床本體1的底面積為1900m 2,高為6m ;所述頂蓋2為8m。所述發(fā)酵床的底面鋪設有一墊 料層（未圖示），所述墊料層的高度為80cm ;所述發(fā)酵床內部的各項指標控制為如下：
[0019] 空氣濕度為65% -95%，墊料濕度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，C02濃度小 于2000ppm，NH3濃度小于20mg/m 3。豬對溫度的高低非常敏感，高密度飼養(yǎng)，如果空氣質量 差，為某些疾病的發(fā)生和傳播創(chuàng)造了有利條件
[0020] 請再參閱圖1和圖2,所述傳感器單元和執(zhí)行機構均位于發(fā)酵床內部；所述傳感器 單元包括溫度傳感器、空氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度傳感器、二 氧化碳傳感器、氨氣傳感器、光照傳感器、風向傳感器和風速傳感器，且溫度傳感器、空氣濕 度傳感器、第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、光 照傳感器、風向傳感器和風速傳感器分別與所述PLC控制器連接；所述第一墊料濕度傳感 器設于所述墊料層上；所述第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度傳感器分別對應埋設于 所述墊料層的20cm、40cm、60cm深度處。所述PLC控制器與繼電器連接，該PLC控制器具有 一 10接口，PLC控制器通過該10接口控制連接繼電器；所述執(zhí)行機構包括鋁合金窗簾、風 機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，且所述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風 機、噴淋系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和照明系統(tǒng)分別與繼電器連接，由繼電器驅動執(zhí)行機構。
[0021] 請再參閱圖1，本發(fā)明還可包括一 PC機及與該PC機相連接的一人機界面（HMI)， 且該PC機的一端與PLC控制器連接，另一端與傳感器單元中的溫度傳感器、空氣濕度傳感 器、第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣傳感器、光照傳感 器、風向傳感器和風速傳感器分別連接。
[0022] 所述鋁合金窗簾為電動鋁合金窗簾，可自動控制鋁合金窗簾開閉，鋁合金窗簾通 過時間或光強識別白天和晚上，用于白天開窗，晚上關窗；通過空氣濕度檢測判別下雨，用 于晴天開窗，雨天關窗；通過溫度檢測，控制高溫開窗，低溫關窗；通過C0 2和NH3的檢測，超 標時控制開窗通氣，冬天通氣后關窗保溫。
[0023] 所述軸流風機用于室內空氣循環(huán)，通過時間定時器或空氣溫度和濕度，開啟或關 閉軸流風機，控制室內空氣流通。所述噴霧系統(tǒng)用于空氣消毒和增濕，用于每日一次的益生 菌微噴消毒，通過空氣濕度檢測開啟和關閉噴霧系統(tǒng)，增加空氣濕度，使室內空氣濕度控制 在 65% -95% ;
[0024] 所述噴淋系統(tǒng)用于墊料增濕和添加益生菌，根據(jù)第一墊料濕度傳感器和第二墊料 濕度傳感器檢測墊料濕度，控制開啟和關閉，以增加墊料濕度和益生菌。所述風機水簾是在 鋁合金窗簾關閉時啟用，用于降溫增濕，增加氧氣，降低室內co 2，降低室內NH3，通過豬舍環(huán) 境監(jiān)測，控制執(zhí)行。
[0025] 請再參閱圖1和圖2,當應用本發(fā)明時有三種工作狀態(tài)：一是電動鋁合金窗簾關閉 狀態(tài)，此時，室內的溫度、濕度、通氣由風機水簾控制，調節(jié)室內的溫度、濕度、C0 2、NH3、照明 等參數(shù)；二是電動鋁合金窗簾開啟狀態(tài)，此時室內僅有軸流風機受控，進行均勻通風；三是 噴霧系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)的控制，無論電動鋁合金窗簾開啟與否，根據(jù)空氣濕度傳感器對空氣 濕度的監(jiān)測，噴霧系統(tǒng)控制空氣濕度和進行益生菌空氣消毒；根據(jù)第一墊料濕度傳感器和 第二墊料濕度傳感器檢測對墊料濕度的監(jiān)測，噴淋系統(tǒng)控制墊料濕度和補充墊料益生菌。 主要控制原理如下：
[0026] (1)溫度的調節(jié)與控制
[0027] 根據(jù)豬生長的不同階段、不同季節(jié)對溫度的要求，進行溫度控制。在氣溫低于15°C 的冬春季（11月、12月、1月、2月），電動鋁合金窗簾全天候關閉，溫度的控制由風機水簾 進行。在低溫下會增加體溫熱量消耗，增加采食量，降低肉料比，當豬處于下限臨界溫度 (15°C )時，氣溫每下降1°C日增重減少11?22g，飼料多消耗20?30g。冬春季墊料在分 解糞尿達到糞污零排放的同時產(chǎn)生生物熱，有利于發(fā)酵床內溫度的提高，當豬舍溫度高于 25°C時，通過溫度傳感器的監(jiān)測，開啟風機水簾至豬舍即發(fā)酵床內溫度低于25°C，停止風 機，以此不斷循環(huán)。
[0028] 在氣溫高于25°C的夏秋季，當豬處于上限臨界溫度時（35°C )，氣溫每上升1°C日 增重減少15?30g，飼料多消耗60?70g，因此保持豬舍有一個適宜的溫度非常必要。此 時開啟電動鋁合金窗簾，采用自然通風為主，可使豬舍內的溫度控制在30°C，以利于豬的生 長。當夏季中午短暫高溫，豬舍內氣溫高于35°C時，可以關閉電動鋁合金窗簾，適時開啟風 機水簾降溫，還可啟動噴霧系統(tǒng)、屋頂噴淋系統(tǒng)降溫，使得豬舍內溫度降至30°C以下，關閉 風機水簾等，開啟電動鋁合金窗簾，以此不斷循環(huán)。中午過后，豬舍內氣溫可以由自然通風 達到30°C以下時，保持電動鋁合金窗簾開啟狀態(tài)，使得豬舍氣溫穩(wěn)定在30°C以下。
[0029] (2)濕度的調節(jié)與控制
[0030] 空氣濕度對豬的影響總是與氣溫共同作用的，當溫度適宜時，相對濕度從45%升 到75% -95%時，對豬的采食量和增重均無明顯的不良影響。當豬舍內低溫高濕時，豬體內 熱量散發(fā)加劇，豬采食量增加，增重減少。當豬舍內高溫高濕時，直接影響豬體內外熱量交 換，擾亂正常生理而易發(fā)暑病。適宜的豬舍空氣濕度范圍在65%-95%。當豬舍的空氣濕 度低于65%時，通過空氣濕度傳感器監(jiān)測，開啟噴霧系統(tǒng)，增加空氣濕度，達到85%時關閉 噴霧系統(tǒng)。室外空氣濕度、電動鋁合金窗簾開啟和關閉、風機水簾、噴淋系統(tǒng)等都會影響豬 舍濕度的變化，根據(jù)執(zhí)行機構的不同狀態(tài)，按豬舍實際濕度的監(jiān)控，采用不同的調控方法， 如電動鋁合金窗簾、風機水簾、噴淋系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)等，將濕度控制在65% -95%范圍。
[0031] 墊料濕度的監(jiān)控，把發(fā)酵床墊料的發(fā)酵管理好了，墊料內微生物生長旺盛，分解豬 糞能力、除臭能力、抵抗病原能力就強。墊料的把控關鍵在通氣量和濕度，通氣量可以通過 拖拉機的翻耕實現(xiàn)，而濕度則通過噴淋系統(tǒng)實現(xiàn)。將第一墊料濕度傳感器、兩第二墊料濕度 傳感器分別埋入墊料層的20cm、40cm、60cm深度的墊料，以20cm深的墊料的濕度即第一墊 料濕度傳感器所監(jiān)測的濕度為標準，將墊料層的濕度控制在65%以上，當墊料層濕度低于 65%時，開啟噴淋系統(tǒng)，增加墊料濕度，濕度達到70%時，關閉噴淋系統(tǒng)，在使用噴淋系統(tǒng)時 周期性地加入芽胞桿菌益生菌，可以達到補充微生物，增強墊料抗豬病原的能力。
[0032] (3)空氣質量的調劑與控制
[0033] 豬舍內空氣質量主要指二氧化碳濃度和氨氣濃度。當豬舍內二氧化碳和氨氣濃度 過高時，表現(xiàn)出豬舍空氣質量的不良，環(huán)境悶，氨味大，對豬生長不利。大氣中二氧化碳平均 濃度一般為〇. 03%，變幅較小。在豬舍中，由于豬的呼吸和排便，缺少豬舍內外氣體交換，二 氧化碳濃度增加明顯。氨氣是一種有毒、無色、有強烈刺激性臭味的氣體，豬舍的氨氣來源 主要有豬的腸胃消化物、糞尿、舍內環(huán)境飼料殘渣、墊料有機物腐敗分解等。豬舍內氨氣的 含量與飼養(yǎng)密度、豬舍溫濕度、豬舍結構等有著密切關系。一定量的氨氣進入呼吸道可引起 咳嗽、氣管炎、呼吸困難、窒息等，氨的水溶液呈堿性，對黏膜具有刺激性，嚴重時可發(fā)生堿 灼傷，故可引起視覺障礙等各種炎癥。氨可以由肺泡進入血液，與血紅蛋白結合，引起貧血 和組織缺氧。
[0034] 當豬舍二氧化碳平均濃度大于2000ppm時，舍內空氣悶著，開啟通風設備。氨氣可 感覺最低濃度為5. 3mg/L，我國無公害養(yǎng)殖GB18407. 3規(guī)定，豬舍氨氣濃度應小于20mg/m3， 應開啟通風設備，通風設備包括風機水簾或電動鋁合金窗簾。
[0035] 豬舍溫度控制在30°C以下，空氣濕度控制在65%以上，墊料濕度控制在65%以 上。不同季節(jié)，不同晝夜、不同風速，采用的控制方法不同：
[0036] 當?shù)蜏丶竟?jié)（溫度15°C以下），電動鋁合金窗簾關閉，微生物發(fā)酵床產(chǎn)生的生物熱 能和豬散發(fā)的熱量，使得豬舍升溫和保溫，豬舍保持20°C溫度。當溫度高于25°C時，開啟 風機水簾降溫；當豬舍濕度低于65%時，開啟噴霧系統(tǒng)提高濕度；當空氣質量超標即二氧 化碳濃度和氨氣濃度超標時，如果溫度高于25°C，開啟電動鋁合金窗簾進行通風，達標后關 閉；如果溫度低于20°C，開啟風機水簾通風，達標時關閉。墊料濕度低于65%時，開啟噴淋 系統(tǒng)加濕，達標關閉。
[0037] 當適溫季節(jié)（溫度在15-30°C )，微生物發(fā)酵床產(chǎn)生的生物熱能和豬散發(fā)的熱量， 使得豬舍升溫和保溫，豬舍保持25°C溫度。當溫度高于25°C時，開啟電動鋁合金窗簾通風 降溫，達標時關閉。當空氣濕度低于65 %時，開啟噴霧系統(tǒng)提高濕度，達標時關閉；當墊料 濕度低于65 %時，開啟噴淋系統(tǒng)增加墊料濕度，達標關閉。
[0038] 當高溫季節(jié)時（溫度在30°C以上），如果風速超過3m/秒時，開啟電動鋁合金窗 簾，降低豬舍溫度；如果風速低于3m/秒，關閉電動鋁合金窗簾，開啟風機水簾降溫，達標 關閉；當豬舍濕度低于65%時，開啟噴霧系統(tǒng)提高濕度；當空氣質量超標時，如果風速超過 3m/秒時，開啟電動鋁合金窗簾通風；如果風速低于3m/秒，關閉電動鋁合金窗簾，開啟風機 水簾通風降溫，達標關閉；空氣濕度低于65%時，開啟噴霧系統(tǒng)提高空氣濕度，達標關閉； 墊料濕度低于65 %時，開啟噴淋系統(tǒng)加濕，達標關閉。
[0039] 本發(fā)明微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可同期養(yǎng)殖1500頭育肥豬，采用自 動喂料系統(tǒng)，自動飲水系統(tǒng)，采用密閉豬舍，通過環(huán)境監(jiān)控，可保持冬暖夏涼，提高豬的生長 效率和抗病力，減少飼料消耗，解決豬糞污染。本發(fā)明利用植物廢棄物如谷殼、秸桿、鋸糠、 椰糠等，制作發(fā)酵床的墊料層，接菌微生物，豬養(yǎng)殖在墊料層上，排出的糞便排由微生物分 解消納，原位發(fā)酵成有機肥，達到無臭味、零污染、提高豬肉品質和豬抗病力等效果。
【權利要求】
1. 一種微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：包括發(fā)酵床、傳感器單元、 PLC控制器、繼電器和執(zhí)行機構；所述發(fā)酵床的底面鋪設有一墊料層； 所述傳感器單元和執(zhí)行機構均位于發(fā)酵床內部；所述傳感器單元包括溫度傳感器、空 氣濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、空氣 濕度傳感器、第一墊料濕度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控制器 連接；所述第一墊料濕度傳感器設于所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接； 所述執(zhí)行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)，且所述鋁 合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)分別與繼電器連接。
2. 如權利要求1所述的微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述傳感 器單元還包括光照傳感器、風向傳感器和風速傳感器，且光照傳感器、風向傳感器和風速傳 感器分別與所述PLC控制器連接。
3. 如權利要求1所述的微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述墊料 層的高度為80cm ;所述傳感器單元還包括兩第二墊料濕度傳感器，且所述第一墊料濕度傳 感器、兩第二墊料濕度傳感器分別對應埋設于所述墊料層的20cm、4〇 Cm、6〇Cm深度處。
4. 如權利要求1所述的微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述執(zhí)行 機構還包括照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)與繼電器連接。
5. 如權利要求1所述的微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 床內部的各項指標如下： 空氣濕度為65% -95%，墊料濕度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，0)2濃度小于 2000ppm，NH3 濃度小于 20mg/m3。
6. 如權利要求1所述的微生物發(fā)酵床大欄豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)酵 床包括一發(fā)酵床本體和一頂蓋，該發(fā)酵床本體的底面積為1900m 2,高為6m ;所述頂蓋為8m。
【文檔編號】G05B19/418GK104111647SQ201410327732
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】劉波, 鄭回勇, 史懷, 林營志, 藍江林, 唐建陽 申請人:福建省農業(yè)科學院農業(yè)生物資源研究所