微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統的製作方法

2023-04-28 02:05:26 2

微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統的製作方法
【專利摘要】一種微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，包括發酵床、傳感器單元、PLC控制器、繼電器和執行機構；所述發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、空氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、空氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控制器連接；所述第一墊料溼度傳感器設於所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接；所述執行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統，且所述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統分別與繼電器連接。本發明提高了豬的生長效率和抗病力，減少飼料消耗，解決豬糞汙染。
【專利說明】微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統

【技術領域】
[0001] 本發明具體涉及一種微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統。

【背景技術】
[0002] 大豬群的養殖與傳統養豬的養殖有著很大的差異，傳統養豬一欄在20-80 頭，群體較小，無大豬群養殖的問題。傳統豬舍的環境監控系統有過幾篇的報導，朱 偉興等（朱偉興戴陳雲黃鵬，基於物聯網的保育豬舍環境監控系統。農業工程學 報.2012, 28(11).-177-182。）報導了基於物聯網技術開發了保育舍環境可視化調控系 統，採用Zigbee無線技術將舍內各保育床及周圍設備組成無線網絡系統，以ARM-LINUX嵌 入式伺服器為現場控制中心，系統依據分布於各保育床內的傳感器獲得的環境參數，精確 調節各保育床內的小氣候環境，通過WIFI無線技術將伺服器與INTERNET無縫連接，使用 戶端延伸並擴展到豬舍及室內設備，實現環境與設備之間，環境與人之間進行信息交換。 韓寶龍等（韓寶龍[1，2]倪偉[2]，基於WSN豬場養殖環境監控系統設計。中國農機化學 報.2014, 35 (1). -260-263, 269。）根據豬場養殖環境控制過程中存在的非線性、強耦合、大 慣性等難題，傳統環境監控系統採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技術的豬場養殖環境監控系統，並在系統中採用基於RBF神經網絡 解耦控制算法。仿真結果表明，系統能夠很好的解決環境因子之間的強耦合，提高系統的實 時性。該系統既具有較高的解耦性能.又能夠滿足監控過程中對多測點、多要素、易組網、 易安裝等方面的要求，具有較好的實用價值和應用前景。


【發明內容】

[0003] 本發明所要解決的技術問題在於提供一種微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統， 提1?豬的生長效率和抗病力，減少詞料消耗，解決豬奠汙染。
[0004] 本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種微生物發酵床大欄豬舍環 境監控系統，包括發酵床、傳感器單元、PLC控制器、繼電器和執行機構；所述發酵床的底面 鋪設有一墊料層；
[0005] 所述傳感器單元和執行機構均位於發酵床內部；所述傳感器單元包括溫度傳感 器、空氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、 空氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控 制器連接；所述第一墊料溼度傳感器設於所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接； [0006] 所述執行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統，且所 述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統分別與繼電器連接。
[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溼度傳 感器，且所述第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度傳感器分別對應埋設於所述墊料層的 20cm、40cm、60cm 深度處。
[0009] 進一步地，所述執行機構還包括照明系統，該照明系統與繼電器連接。
[0010] 進一步地，所述發酵床內部的各項指標如下：
[0011] 空氣溼度為65% -95%，墊料溼度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，C02濃度小 於 2000ppm，NH3 濃度小於 20mg/m3。
[0012] 進一步地，所述發酵床包括一發酵床本體和一頂蓋，該發酵床本體的底面積為 1900m 2,高為6m ;所述頂蓋為8m。
[0013] 本發明的有益效果在於：微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統可同期養殖1500 頭育肥豬；豬舍可保持冬暖夏涼，保障發酵床環境處於最優的狀態，實現自動化控制，提高 豬的生長效率和抗病力，減少飼料消耗，解決豬糞汙染；在發酵床地面鋪設墊料層，墊料層 接菌微生物，豬養殖在墊料層上，排出的糞便排由微生物分解消納，原位發酵成有機肥，達 到無臭味、零汙染、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明作進一步的描述。
[0015] 圖1為本發明微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統的原理框圖。
[0016] 圖2為本發明中執行機構與發酵床的配合圖。
[0017] 圖3為本發明中發酵床的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 請參閱圖1和圖3, 一種微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，包括發酵床、傳感 器單元、PLC控制器、繼電器和執行機構；所述發酵床包括一發酵床本體1和一頂蓋2,該發 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 ;所述發酵床內部的各項指標控制為如下：
[0019] 空氣溼度為65% -95%，墊料溼度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，C02濃度小 於2000ppm，NH3濃度小於20mg/m 3。豬對溫度的高低非常敏感，高密度飼養，如果空氣品質 差，為某些疾病的發生和傳播創造了有利條件
[0020] 請再參閱圖1和圖2,所述傳感器單元和執行機構均位於發酵床內部；所述傳感器 單元包括溫度傳感器、空氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度傳感器、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、空氣溼 度傳感器、第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度傳感器、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；所述第一墊料溼度傳感 器設於所述墊料層上；所述第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度傳感器分別對應埋設於 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；所述執行機構包括鋁合金窗簾、風 機水簾、軸流風機、噴淋系統、噴霧系統和照明系統，且所述鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風 機、噴淋系統、噴霧系統和照明系統分別與繼電器連接，由繼電器驅動執行機構。
[0021] 請再參閱圖1，本發明還可包括一 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、空氣溼度傳感 器、第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度傳感器、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，用於白天開窗，晚上關窗；通過空氣溼度檢測判別下雨，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，冬天通氣後關窗保溫。
[0023] 所述軸流風機用於室內空氣循環，通過時間定時器或空氣溫度和溼度，開啟或關 閉軸流風機，控制室內空氣流通。所述噴霧系統用於空氣消毒和增溼，用於每日一次的益生 菌微噴消毒，通過空氣溼度檢測開啟和關閉噴霧系統，增加空氣溼度，使室內空氣溼度控制 在 65% -95% ;
[0024] 所述噴淋系統用於墊料增溼和添加益生菌，根據第一墊料溼度傳感器和第二墊料 溼度傳感器檢測墊料溼度，控制開啟和關閉，以增加墊料溼度和益生菌。所述風機水簾是在 鋁合金窗簾關閉時啟用，用於降溫增溼，增加氧氣，降低室內co 2，降低室內NH3，通過豬舍環 境監測，控制執行。
[0025] 請再參閱圖1和圖2,當應用本發明時有三種工作狀態：一是電動鋁合金窗簾關閉 狀態，此時，室內的溫度、溼度、通氣由風機水簾控制，調節室內的溫度、溼度、C0 2、NH3、照明 等參數；二是電動鋁合金窗簾開啟狀態，此時室內僅有軸流風機受控，進行均勻通風；三是 噴霧系統和噴淋系統的控制，無論電動鋁合金窗簾開啟與否，根據空氣溼度傳感器對空氣 溼度的監測，噴霧系統控制空氣溼度和進行益生菌空氣消毒；根據第一墊料溼度傳感器和 第二墊料溼度傳感器檢測對墊料溼度的監測，噴淋系統控制墊料溼度和補充墊料益生菌。 主要控制原理如下：
[0026] (1)溫度的調節與控制
[0027] 根據豬生長的不同階段、不同季節對溫度的要求，進行溫度控制。在氣溫低於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，增加採食量，降低肉料比，當豬處於下限臨界溫度 (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 解糞尿達到糞汙零排放的同時產生生物熱，有利於發酵床內溫度的提高，當豬舍溫度高於 25°C時，通過溫度傳感器的監測，開啟風機水簾至豬舍即發酵床內溫度低於25°C，停止風 機，以此不斷循環。
[0028] 在氣溫高於25°C的夏秋季，當豬處於上限臨界溫度時（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，採用自然通風為主，可使豬舍內的溫度控制在30°C，以利於豬的生 長。當夏季中午短暫高溫，豬舍內氣溫高於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、屋頂噴淋系統降溫，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。中午過後，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，使得豬舍氣溫穩定在30°C以下。
[0029] (2)溼度的調節與控制
[0030] 空氣溼度對豬的影響總是與氣溫共同作用的，當溫度適宜時，相對溼度從45%升 到75% -95%時，對豬的採食量和增重均無明顯的不良影響。當豬舍內低溫高溼時，豬體內 熱量散發加劇，豬採食量增加，增重減少。當豬舍內高溫高溼時，直接影響豬體內外熱量交 換，擾亂正常生理而易發暑病。適宜的豬舍空氣溼度範圍在65%-95%。當豬舍的空氣溼 度低於65%時，通過空氣溼度傳感器監測，開啟噴霧系統，增加空氣溼度，達到85%時關閉 噴霧系統。室外空氣溼度、電動鋁合金窗簾開啟和關閉、風機水簾、噴淋系統等都會影響豬 舍溼度的變化，根據執行機構的不同狀態，按豬捨實際溼度的監控，採用不同的調控方法， 如電動鋁合金窗簾、風機水簾、噴淋系統、噴霧系統等，將溼度控制在65% -95%範圍。
[0031] 墊料溼度的監控，把發酵床墊料的發酵管理好了，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溼度，通氣量可以通過 拖拉機的翻耕實現，而溼度則通過噴淋系統實現。將第一墊料溼度傳感器、兩第二墊料溼度 傳感器分別埋入墊料層的20cm、40cm、60cm深度的墊料，以20cm深的墊料的溼度即第一墊 料溼度傳感器所監測的溼度為標準，將墊料層的溼度控制在65%以上，當墊料層溼度低於 65%時，開啟噴淋系統，增加墊料溼度，溼度達到70%時，關閉噴淋系統，在使用噴淋系統時 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)空氣品質的調劑與控制
[0033] 豬舍內空氣品質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，表現出豬舍空氣品質的不良，環境悶，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，由於豬的呼吸和排便，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 含量與飼養密度、豬舍溫溼度、豬舍結構等有著密切關係。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，氨的水溶液呈鹼性，對黏膜具有刺激性，嚴重時可發生鹼 灼傷，故可引起視覺障礙等各種炎症。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於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，我國無公害養殖GB18407. 3規定，豬舍氨氣濃度應小於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，空氣溼度控制在65%以上，墊料溼度控制在65%以 上。不同季節，不同晝夜、不同風速，採用的控制方法不同：
[0036] 當低溫季節（溫度15°C以下），電動鋁合金窗簾關閉，微生物發酵床產生的生物熱 能和豬散發的熱量，使得豬舍升溫和保溫，豬舍保持20°C溫度。當溫度高於25°C時，開啟 風機水簾降溫；當豬舍溼度低於65%時，開啟噴霧系統提高溼度；當空氣品質超標即二氧 化碳濃度和氨氣濃度超標時，如果溫度高於25°C，開啟電動鋁合金窗簾進行通風，達標後關 閉；如果溫度低於20°C，開啟風機水簾通風，達標時關閉。墊料溼度低於65%時，開啟噴淋 系統加溼，達標關閉。
[0037] 當適溫季節（溫度在15-30°C )，微生物發酵床產生的生物熱能和豬散發的熱量， 使得豬舍升溫和保溫，豬舍保持25°C溫度。當溫度高於25°C時，開啟電動鋁合金窗簾通風 降溫，達標時關閉。當空氣溼度低於65 %時，開啟噴霧系統提高溼度，達標時關閉；當墊料 溼度低於65 %時，開啟噴淋系統增加墊料溼度，達標關閉。
[0038] 當高溫季節時（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；如果風速低於3m/秒，關閉電動鋁合金窗簾，開啟風機水簾降溫，達標 關閉；當豬舍溼度低於65%時，開啟噴霧系統提高溼度；當空氣品質超標時，如果風速超過 3m/秒時，開啟電動鋁合金窗簾通風；如果風速低於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；空氣溼度低於65%時，開啟噴霧系統提高空氣溼度，達標關閉； 墊料溼度低於65 %時，開啟噴淋系統加溼，達標關閉。
[0039] 本發明微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統可同期養殖1500頭育肥豬，採用自 動餵料系統，自動飲水系統，採用密閉豬舍，通過環境監控，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，解決豬糞汙染。本發明利用植物廢棄物如穀殼、秸杆、鋸糠、 椰糠等，製作發酵床的墊料層，接菌微生物，豬養殖在墊料層上，排出的糞便排由微生物分 解消納，原位發酵成有機肥，達到無臭味、零汙染、提高豬肉品質和豬抗病力等效果。
【權利要求】
1. 一種微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：包括發酵床、傳感器單元、 PLC控制器、繼電器和執行機構；所述發酵床的底面鋪設有一墊料層； 所述傳感器單元和執行機構均位於發酵床內部；所述傳感器單元包括溫度傳感器、空 氣溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器，且溫度傳感器、空氣 溼度傳感器、第一墊料溼度傳感器、二氧化碳傳感器和氨氣傳感器分別與所述PLC控制器 連接；所述第一墊料溼度傳感器設於所述墊料層上；所述PLC控制器與繼電器連接； 所述執行機構包括鋁合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統，且所述鋁 合金窗簾、風機水簾、軸流風機、噴淋系統和噴霧系統分別與繼電器連接。
2. 如權利要求1所述的微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：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所述的微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：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溼度傳感器，且所述第一墊料溼度傳 感器、兩第二墊料溼度傳感器分別對應埋設於所述墊料層的20cm、4〇 Cm、6〇Cm深度處。
4. 如權利要求1所述的微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：所述執行 機構還包括照明系統，該照明系統與繼電器連接。
5. 如權利要求1所述的微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：所述發酵 床內部的各項指標如下： 空氣溼度為65% -95%，墊料溼度為65% -85%，溫度為15°C?30°C，0)2濃度小於 2000ppm，NH3 濃度小於 20mg/m3。
6. 如權利要求1所述的微生物發酵床大欄豬舍環境監控系統，其特徵在於：所述發酵 床包括一發酵床本體和一頂蓋，該發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 優先權日:2014年7月10日
【發明者】劉波, 鄭回勇, 史懷, 林營志, 藍江林, 唐建陽 申請人:福建省農業科學院農業生物資源研究所