养鸡场智能环境监控系统

论文总字数：19524字

目 录

１引言 1

1.1研究背景和意义 1

1.2 养鸡场智能环境监控对鸡群的影响 1

1.3 国内外养鸡场环境监控研究现状 2

1.4研究内容 2

1.5预期目标 3

2系统总体设计 3

2.1设计原则 3

2.2系统设计的总体框架 4

2.3系统设计的总体流程 4

3系统硬件设计 5

3.1系统所用元器件的比较与选择 5

3.1.1 MCU选型 5

3.1.2温湿度传感器选型 5

3.1.3光照传感器选型 6

3.1.4氨气传感器选型 6

3.1.5无线传输模块选型 6

3.1.6 方案选择总结 7

3.2硬件设计 7

3.2.1温湿度监测模块设计 7

3.2.2光照监测模块设计 8

3.2.3氨气监测模块设计 8

3.2.4液晶显示模块设计 9

3.2.5复位模块设计 10

3.2.6报警模块设计 10

3.2.7电源模块设计 10

3.3单片机与蓝牙模块连接设计 11

3.4总电路设计 11

4系统软件设计 12

4.1下位机程序编写 12

4.1.1下位机温湿度采集子程序编写 12

4.1.2下位机光照强度采集子程序编写 13

4.1.3下位机氨气浓度采集子程序编写 14

4.2上位机程序编写 15

4.2.1 上位机主界面编写 16

4.2.2 数据的获取 16

4.2.3 数据处理以及结果显示 17

5系统联调与测试 18

5.1系统成品图 18

5.2调试 19

5.2.1硬件调试 19

5.2.2软件调试 19

5.2.3 上位机与下位机联合测试 20

5.3调试结果 23

6总结与展望 24

参考文献 24

致谢 26

养鸡场智能环境监控系统

陈迎新

, China

Abstract: In order to realize the real-time monitoring of hennery environment, a hennery intelligent monitoring system with STC89C52RC as the main control chip was designed. The whole system consists of three parts: lower hardware module, wireless transmission module and upper computer software module. The system can collect three main environmental parameters of temperature and humidity, light intensity, and ammonia concentration, and perform data processing on the upper computer to compare the collected value with a preset threshold to determine whether to warn the operator to adjust the data. Analysis and monitoring of the environmental parameters of the hennery can improve the living environment, increase the activity and reduce the impact of feces. After software and hardware debugging, the basic requirements for design were finally achieved. The device can collect, display, analyze and output data in a hennery as a unit, which has low cost, convenient use, and high reliability.

Key words: Hennery; Environmental monitoring; Intelligence; STC89C52RC; Sensor

１引言

1.1研究背景和意义

近年来，经济快速发展，科技日益创新，人们对于日常食物的要求也逐步提高，鸡肉与蛋类作为餐桌上的常见食品尤其需要品质的保证。但是由于养鸡场现时还处于纯人工为主阶段，布局不合理、设备落后，缺乏智能化管理，工作人员无法及时获得实时数据，鸡群容易染上疾病，沉重地打击了鸡群养殖业的经济效益^[1]。据报道，我国每年因家禽染病死亡会造成高达几百亿的损失 ^[2]。

对于鸡群的生长与繁殖而言，环境对其产生的影响最大 ^[3]。环境对鸡群最重要的影响可以分为四大类，分别是物理、化学、生物以及人为因素。在这么多影响因素之中，影响最大的物理因素包括温湿度和光照强度；其次化学因素主要包括养鸡场内空气中有害气体的含量；还有不可忽视的生物因素主要包括会导致鸡群染病的病毒细菌；最后，人为因素主要包括工作人员的日常饲养与管理 ^[4]。

采用各种单参数测量仪器测量环境参数，操作复杂，检测效率低，而且测量点也不足以反映整个鸡舍的环境。无法实现方便实时的在线监测^[5]。所以本文要设计一套具有很强的整体性、系统性及完整性的养鸡场智能环境监控系统，它要实时监测的环境因素主要包括温湿度、光照强度和氨气浓度。把这三个因素调控在合适的范围之内，则将会得到较高的生存率、活跃度和减少粪便带来的负面影响。

在以上各种条件下，本文设计这套养鸡场智能环境监控系统，可以实时获得养鸡场内部温湿度、光照强度和氨气浓度的实时数据，并实时显示处理，提醒管理人员及时采取正确的解决措施，使养鸡场管理实现从人工到智能的转变，这节省了人力物力，减少因工作疏忽或错误带来的损失，同时及时改善鸡群生存环境能够保证鸡群的健康生长以及提高产蛋能力。将近年兴起的电子计算机技术运用于偏于人工的家禽养殖业，实现对禽舍内部环境的智能监控，是家禽养殖业亟需发展的方向之一^[6]。

1.2 养鸡场智能环境监控对鸡群的影响

相关研究表明内部不利的环境会导致鸡群生产性能下降10％～20％^[7]。参考许多研究各因素对鸡群影响的文献后，本文归纳出将运用于智能监控系统的温湿度、光照和氨气浓度的标准范围。

鸡是通过自身的产热、散热来维持体温恒定的恒温动物。当养殖场处于高温时，鸡群非蒸发散热的作用大幅度减弱，由于鸡全身覆盖羽毛且缺乏汗腺，只有通过呼吸蒸发散热来降低体温，然而提高呼吸频率的同时也将进一步增加产热，所以散热作用减弱^[8]。鸡群最适合在20℃左右的温度下生活，温度过高时，会对鸡群的繁殖产生影响；当温度超过标准值15℃后，就会出现鸡只死亡，严重影响鸡群的生存。除此之外，过高的温度还会导致鸡群产下的蛋发生严重问题^[9]。造成这些的主要原因是高温条件下鸡群会逐渐减少进食量，鸡群缺乏营养，因此产蛋率和蛋的质量明显下降 ^[10]。

湿度对鸡群造成的影响也与温度有关^[11]。通常情况下，温度过高会导致养鸡厂内过于干燥，湿度过低，容易对鸡群的呼吸系统造成损伤，影响鸡群的成长发育，甚至对鸡群的生殖繁衍造成严重的影响。而当养鸡场内部湿度过高时，鸡群的羽毛就会脏乱，并且容易粘上鸡粪等杂物，因此引发疾病^[12]。总体来说，养鸡场内部的相对湿度能维持在40%以上，以及70%以下时，对鸡群的生长发育和繁殖最有利。

光照对鸡群的影响虽然没有温湿度那么大，但是对鸡群来说也是非常重要的因素之一。光照的时长在鸡群生长的各个阶段要求都各不相同，例如对于刚出生的鸡只，可以适当的加长光照的时间，这样可以促进鸡群的生长。而当鸡群比较成熟时，就要减少光照时间到正常的每天8、9小时左右。而对于光照强度，也要维持在一个合适的范围内，否则过低的强度会影响鸡群摄取饲料；反之，过高的光强会使鸡群互相攻击，导致死亡。总的来说，对于成熟的鸡群，6~10lx的光照强度比较合适，也有利于鸡群的繁殖^[13]。

养鸡场内不可避免会产生粪便，粪便会产生氨气，氨气浓度对鸡群生长繁殖有着重要影响。氨气值是几个环境因素中比较难控制的，需要低于15mg.kg^-1，但是由于养鸡场环境相对封闭，鸡群粪便不及时清理很容易造成氨气浓度上升，刺激鸡群呼吸道，严重时造成支气管和肺部的损伤，对鸡群产生十分不利的影响 ^[14]。

1.3 国内外养鸡场环境监控研究现状

从上世纪起，自动化技术发展迅速，手工业向工业转变，大型养殖业也面临从纯人工向智能化转变，大量企业和研究者涉足此项研究，一直在取得进展与突破，本文参考相应的文献，总结国内外养鸡场监控研究现状。

国外在养鸡场智能环境监控方面的研究开始于1960年，大型养殖业开始发展壮大。80年代末，美国学者Thorne-DH等人合作研发了一款针对大型养殖场的自动化饲喂系统，该系统提高了饲养自动化水平 ^[15]。同时期美国的Timmons MB利用建立模型的方式，也设计了自动监控系统，在前者的基础上又做了改进，此系统可以预先估计出控制环境的成本，采用一体化经营模式，以此获得经济利润的最大化^{[16] [17]}。

虽然国外对此课题的研究已经取得重大进展，但由于气候地理差异巨大等因素，这些系统不能在国内直接推广，直接促进了国内很多学者在国外研究成就的基础上对养鸡场内部环境监控进行了改进。1983年创立的新兴县簕竹鸡场率先采用机械化生产，在后来的三十年间大力发展，成为今天国内最大畜禽养殖温氏集团。上世纪90年代末，我国优秀学者水利土木教授滕光辉等人研究了周围环境对处于不同阶段的鸡群产生的影响，结合生物环境控制与信息技术，设计了一套对我国家禽养殖业有重要意义的自动控制管理系统。另外2000年还有王秉华等人将数据分析、计算机科学、人工智能等技术应用到养鸡场内部环境的检测与控制^[18]。促使了后来的学者研究出工厂化远程生产管理系统，不仅能进行实施监测，还能在接收指令后能在一定程度内进行自动调节。

1.4研究内容

本设计制作一套能够对养鸡场内部环境进行实时监测的智能系统，主要内容包括下位机硬件模块、传输模块和上位机软件模块三个部分：

1.下位机硬件模块：基于养鸡场设计操作环境比较选择出最适合此系统的元器件型号，包括主控芯片、温湿度传感器、光照传感器、氨气传感器及无线传输模块，在PROTEL或其他电子设计自动化软件上画出原理图，然后对照原理图连接好硬件设备，并编写好主控芯片所需要实现的程序，最后参与联调与测试。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：19524字

相关图片展示：