智慧养殖—智能畜禽养殖环境测控物联网系统

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

Abstract

The current monitoring methods of domestic livestock breeding facilities,the environment is mainly rely on farming personnel experience of artificial observation,artificial regulation,regulatory lag,low production efficiency,take human resources,this approach can not adapt to the modern culture of basic requirements,resulting in livestock and poultry production level of our country in a backward level.

The importance of environmental factors on poultry breeding has been confirmed by a large number of domestic and foreign scientific research and production practice,especially the enclosed livestock house,light, temperature and humidity fluctuation is relatively large,the harmful gas is not easy to distribute,which are on the growth of livestock and poultry breeding relatively large impact.The environmental quality in livestock and poultry houses has risen to be the primary problem that affects the health status and production performance,human safety and social stability of livestock and poultry.

Therefore,according to the characteristics of livestock breeding environment,using the wisdom of livestock environment measurement and

control system of the main environmental harmful gas concentration, temperature and humidity parameters accurately and real-time monitoring is necessary,based on the monitoring data for reference,the regulation of livestock and poultry breeding environment,can greatly improve the efficiency of management of livestock and poultry.

Comprehensive control of intelligent livestock environment system consists of Shijiazhuang Kai Sheng Technology Co.,independent research and development,aiming at the existing problems in the livestock industry, from the user point of view,truly intelligent livestock.

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。

（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

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。

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。

---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。

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CO

、氨

2 S、温度、湿度、光照强度、视频等）信号的自动监测、采集与传输。

氮、H

2

（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。

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）CO

、NH3、H2S等气体监测——通风换气，保持养殖舍内空气清新

2

二氧化碳为无色、无臭、略带酸味的气体。二氧化碳无毒，但养殖舍内二氧化碳含量过高，氧气含量会相对不足；氨气和硫化氢主

要来自有机物（粪尿、垫草和饲料）的分解。

氨气是公认的应激源，硫化氢是畜禽养殖舍内

浓度比较高的一种有毒气体，具有臭鸡蛋味，

这些有害气体不仅对人和畜禽的健康造成影

响，而且容易对周围环境产生污染。氨气等有

害气体对养殖动物的呼吸道黏膜的刺激，极易

诱发慢性呼吸道病症，继而发生腹水综合症等，对养殖动物的危害极大。

因而，必须对养殖场内的CO2、NH3、H2S等气体进行分析检测，来控制各种气体的浓度。

智能畜禽养殖环境测控物联网系统，应用二氧化碳传感器、氨气分析仪、硫化氢传感器等设备，实时采集养殖舍内的气体参数值。将数值传输到管理平台，控制设备联动控制通风换气，可以及时排出污浊空气，不断吸收新鲜空气。同时考虑到对舍内温湿度的影响，冬天选择温度较高时通风换气，夏天选择凉爽的夜晚或早晨通风换气。

（4）压力监测——保证环境适宜

由于某些时候通风差等原因，会造成养殖舍内外压力存在差异，不利于气体流通，导致舍内有害气体浓度过高。该系统可以实时监测采集养殖舍内外压力，当出现压差时，系统可联动控制相关设备运行，以保证空气流通。

第四部分：控制层应用——智能人机界面

（1）智能人机界面概述

数据信息采集传输到控制层，形成智能畜禽养殖环境物联网系统的控制终端—智能控制柜。控制柜通过智能人机界面实现养殖舍内参数显示、设备的联动控制。

人机界面(也叫HMI)触摸屏主要用于系统的数据显示和参数设置，并提供了数据查看，

数据修改的功能，它安装

在养殖舍环境主控柜的

面板上。显示养殖舍内部

的温度、湿度、光照强度、

CO2含量等数值参数，以

及配套设备如风机、空

调、喷淋和刮粪板等设备

的启停状态。这样一个养

殖舍只需一个工作人员

就可对整个舍内的状态

和数据信息完全的掌握，

节省了人力资源。另外对于系统的异常状况在屏幕上也能及时的显示，并声光报警提醒工作人员及时的处理信息和排除故障。

（2）实现的主要功能：

实时的资料趋势显示——把读取的数据资料立即显示在屏幕上。

自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。

历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现。

报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。

图形接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。

警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件。

调取系统运行参数——使用管理员身份可调取系统运行参数进行查看和修改。

独特的管理员权限——具有管理员操作界面，提高系统安全性。

（3）操作说明

--系统进入界面

打开控制柜触摸屏，首页界面

为“进入系统”，石家庄圣启科技

有限公司的首页面，用手指轻触“进

入系统”，进入下一个操作界面。

-系统显示操作界面

本界面能够在液晶屏幕上直观、清晰的显示养殖舍内的温度、湿度、氨气等参数。能够显示风机、空调、喷淋和刮粪板的工作状态。具有手动、自动操作功能，可以根据温度高低变化情况，启动或停止风机空调。正常工作时，控制系统工作在“自动运行方式”。“手动运行方式”为无条件强制启动，需要专人看管。

①温度：养殖舍内的实时温度显示。

②湿度：养殖舍内的实时湿度显示。

③氨气：养殖舍内的实时氨气显示。

④北京时间：即系统当前时间，所有

定时功能已此时间为依据。

⑤喷淋1、喷淋2：接收控制系统的

信号，自动地控制喷淋设备启停和喷

淋时长，冲洗刮粪板。

⑥风机1、风机2、风机3：根据养殖舍内的温度或氨气参数，可自动启停风机设备，也可手动操作。

⑦刮粪板：根据设定的时间运行。

⑧空调：即根据养殖舍内的温度上下限，来启动或停止空调运行。

⑨控制健：按下进入控制画面，对参数和设备进行设置。

⑩参数设置键：按下进入设置画面进行参数设置。

?历史报警健：按下进入系统报警界面，可显示查阅报警记录。

-系统数值设置界面

在此界面，客户根据现场情况自由设置数值。

①除粪板时控：即根据设定时间来控制除粪板的运行，在此界面可以设置三个除粪板的开始工作时间。

②刮粪次数：此框内显示除粪板的刮粪次数。

③温度超高报警值：即高于设定的温度数值时发出报警。

④湿度超高报警值：即高于设定的湿度数值时发出报警。

⑤氨气超高报警值：即高于设定的氨气数值时发出报警。

⑥喷淋时间：在此框内可以设置喷淋时间多少秒。

⑦延时喷淋：在此框内可以设置延时喷淋时间多少秒。

⑧空调温度：设置温度的上限值和下限值，来控制空调的启停。

⑨风机温控：根据养殖舍内温度的上限值和下限值，来控制风机的运行和停止。

⑩风机时控：可根据养殖舍内实际情况，自行设置风机的开始运行时间和停止时间。

?风机通风：根据养殖舍内氨气的上限值和下限值，来控制风机的运行和停止。

?返回：按下该键返回系统控制模式界面。

-系统的控制状态界面

本界面能够在液晶屏幕上直观、清晰的显示除粪板的工作模式，喷淋1和喷淋2设备的工作模式，风机的工作模式，空调的工作模式。能够显示风机、空调、喷淋和刮粪板的工作状态。设备都具有手动、自动操作功

能。风机设备可以根据温度高低和氨气浓度变化情况，启动或停止风机空调。正常工作时，控制系统工作在“自动运行方式”。“手动运行方式”为无条件强制启动，需要专人看管。

-系统的报警界面

本界面能够显示报警情

况，可以查询每个日期时间的

报警记录，和报警原因描述以

及处理结果。

第五部分：图像数据视频监控系统

在有条件的养殖舍内安装视频监控，以便随时查看现场动物生长情况，减少人工现场巡查次数，提高效率。从科学养殖、提高养殖管理水平，从实现现代化养殖的角度来看，视频监控是现代化养殖业发展必然趋势。

（1）技术原理概述

图像数据视频监控系统采用全新的基于Flash解码视频压缩技术，结合音频、信息流的传输、实时视频管理系统，并提供实时视频在线平台。该系统平台结合现代视频技术、网络通信技术、图像压缩技术、信息流媒体传输技术、计算机控制技术，把不同用户的实时视频使用需求，以电脑、手机客户端的形式展示出来；并与ADSL、CDMA、WIFI等传输技术与网络视频服务器相结合，通过任何网络（局域网/城域网/专网/互联网）完成信息采集、传输、实时视频、管理和存储的全过程，同时也可以在不需安装插件情况，利用HTML5技术通过办公PC、移动（手机）等多种设备进行网上直播。

在养殖场内安装视频监控，可以降低费用，节省成本，加强养殖场的管理。

（1）视频监控系统组成结构

①图像采集

摄像机分布于养殖场重点区域（如鸡舍、猪圈、牛栏、走廊、大门口等），实现对重点监视点进行实时监视和录像；根据监视点多少设置监视终端数量，对养殖场目标区域进行录像；根据地理位置，随时对重点监控区域进行跟踪和录像。

考虑到系统维护的运行费用因素，根据现场环境分析，监控的连接大多采用有线方式，监控采用红外摄像机实现全天候的实时监控，将视频通过网络或4G无线将视频图像传输到监控端。

②管理平台

中心管理平台可实现网络数据采集、存储，集中管理，实现网络地址解析，数据传送到流媒体服务器上，通过建立专业实时视频平台进行对前端的数据信息进行使用、查询，可通过终端PC、智能手机等远程实时网上直播，无论用户是在外出差、家里、办公室都能看到养殖场的实时视频。方便养殖场管理人员在任何地点都可以了解到养殖场的现场情况。并且通过用户验证管理功能实现数据资料的安全保护。

同时，养殖场可以把监控摄像头分享到相关的官方网站，打开就可以看到养殖场现场情况的实时视频数据。

（3）主要优势

①畜禽养殖监控系统可随时监控养殖场的实时状况，实现了养殖场的远程管理，可通过视频看到实际情况，进行远程操作和监控。利于严格按照规范进行养殖，能够及时发现养殖过程中的隐患，尽早采取措施排除隐患，提高存活率。

②无须亲临现场就可以监控到养殖舍内现场情况，便于管理层和参观人员了解养殖生产情况，真正全方位的实现了智能化管理、智慧养殖的目的。

③感应式数据采集，智能化设备代替传统的人力控制，使控制过程更加精细、更加快速、更加准确。

④完整的网络版软件配套，使制定及修改复杂的多级管理系统变得非常简单、方便；各层管理者可通过网络简单快捷查询到各种饲养信息；智能化的数据备份功能，保证数据的稳定不丢失，保持长久。

⑤智能电子耳标可以对畜禽进行智能跟踪管理，在发生疫情的第一时间可追踪到病源，做到及时防控，追根溯源，把用户的损失降到最低。

第六部分：系统软件应用平台

智能畜禽养殖环境监控系统，可以实现对如温度、湿度、气体浓度、光照度等参数的自动监测、采集、调节与控制，同时预留手动控制模式，通过手动与自动的完美结合，达到理想的控制效果，为动物营造舒适、健康生长环境，实现更好的经济效益。系统软件具有界面友好、结果可视化的特点。

1、提供每个监测点的温湿度、氨气、二氧化碳浓度、光照度、大气压力等环境参数；

2、支持历史数据查询，可对一些突发事件提供数据依据。

3、历史曲线、统计报表功能，通过观察变化趋势，可以总结出相应的规律，进而总结出一些养殖管理经验。

4、实时报警功能，当监测到的某个参数数值超限时，监测软件会发出报警信息，及时提醒管理人员。

5、数据自动

存储、记录，

并可导出

Excel表格形

式，方便日后

查找和参考。

6、系统软件

采用工业组

态平台，具有

性能稳定、便于维护、扩展方便等特点。可以根据养殖舍分布情况，在界面上区分养殖舍位置、布局，监控界面更加生动形象。

7、监测软件采用中文操作，安装简单，参数设置人性化，易于操作使用。