微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统的制作方法
【专利摘要】一种微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，包括发酵床、传感器单元、PLC控制器、继电器和执行机构；所述发酵床的底面铺设有一垫料层；所述传感器单元包括温度传感器、空气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器，且温度传感器、空气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器分别与所述PLC控制器连接；所述第一垫料湿度传感器设于所述垫料层上；所述PLC控制器与继电器连接；所述执行机构包括铝合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统，且所述铝合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统分别与继电器连接。本发明提高了猪的生长效率和抗病力，减少饲料消耗，解决猪粪污染。
【专利说明】微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统。
【背景技术】
[0002] 大猪群的养殖与传统养猪的养殖有着很大的差异，传统养猪一栏在20-80 头，群体较小，无大猪群养殖的问题。传统猪舍的环境监控系统有过几篇的报道，朱 伟兴等（朱伟兴戴陈云黄鹏，基于物联网的保育猪舍环境监控系统。农业工程学 报.2012, 28(11).-177-182。）报道了基于物联网技术开发了保育舍环境可视化调控系 统，采用Zigbee无线技术将舍内各保育床及周围设备组成无线网络系统，以ARM-LINUX嵌 入式服务器为现场控制中心，系统依据分布于各保育床内的传感器获得的环境参数，精确 调节各保育床内的小气候环境，通过WIFI无线技术将服务器与INTERNET无缝连接，使用 户端延伸并扩展到猪舍及室内设备，实现环境与设备之间，环境与人之间进行信息交换。 韩宝龙等（韩宝龙[1，2]倪伟[2]，基于WSN猪场养殖环境监控系统设计。中国农机化学 报.2014, 35 (1). -260-263, 269。）根据猪场养殖环境控制过程中存在的非线性、强耦合、大 惯性等难题，传统环境监控系统采用的有线方式成本高、效率低且不便布设管理等缺陷，设 计一种基础无线传感网技术的猪场养殖环境监控系统，并在系统中采用基于RBF神经网络 解耦控制算法。仿真结果表明，系统能够很好的解决环境因子之间的强耦合，提高系统的实 时性。该系统既具有较高的解耦性能.又能够满足监控过程中对多测点、多要素、易组网、 易安装等方面的要求，具有较好的实用价值和应用前景。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统， 提1?猪的生长效率和抗病力，减少词料消耗，解决猪奠污染。
[0004] 本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种微生物发酵床大栏猪舍环 境监控系统，包括发酵床、传感器单元、PLC控制器、继电器和执行机构；所述发酵床的底面 铺设有一垫料层；
[0005] 所述传感器单元和执行机构均位于发酵床内部；所述传感器单元包括温度传感 器、空气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器，且温度传感器、 空气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器分别与所述PLC控 制器连接；所述第一垫料湿度传感器设于所述垫料层上；所述PLC控制器与继电器连接； [0006] 所述执行机构包括铝合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统，且所 述铝合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统分别与继电器连接。
[0007] 进一步地，所述传感器单元还包括光照传感器、风向传感器和风速传感器，且光照 传感器、风向传感器和风速传感器分别与所述PLC控制器连接。
[0008] 进一步地，所述垫料层的高度为80cm ;所述传感器单元还包括两第二垫料湿度传 感器，且所述第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度传感器分别对应埋设于所述垫料层的 20cm、40cm、60cm 深度处。
[0009] 进一步地，所述执行机构还包括照明系统，该照明系统与继电器连接。
[0010] 进一步地，所述发酵床内部的各项指标如下：
[0011] 空气湿度为65% -95%，垫料湿度为65% -85%，温度为15°C?30°C，C02浓度小 于 2000ppm，NH3 浓度小于 20mg/m3。
[0012] 进一步地，所述发酵床包括一发酵床本体和一顶盖，该发酵床本体的底面积为 1900m 2,高为6m ;所述顶盖为8m。
[0013] 本发明的有益效果在于：微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统可同期养殖1500 头育肥猪；猪舍可保持冬暖夏凉，保障发酵床环境处于最优的状态，实现自动化控制，提高 猪的生长效率和抗病力，减少饲料消耗，解决猪粪污染；在发酵床地面铺设垫料层，垫料层 接菌微生物，猪养殖在垫料层上，排出的粪便排由微生物分解消纳，原位发酵成有机肥，达 到无臭味、零污染、提1?猪肉品质和猪抗病力等效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0015] 图1为本发明微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统的原理框图。
[0016] 图2为本发明中执行机构与发酵床的配合图。
[0017] 图3为本发明中发酵床的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 请参阅图1和图3, 一种微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，包括发酵床、传感 器单元、PLC控制器、继电器和执行机构；所述发酵床包括一发酵床本体1和一顶盖2,该发 酵床本体1的底面积为1900m 2,高为6m ;所述顶盖2为8m。所述发酵床的底面铺设有一垫 料层（未图示），所述垫料层的高度为80cm ;所述发酵床内部的各项指标控制为如下：
[0019] 空气湿度为65% -95%，垫料湿度为65% -85%，温度为15°C?30°C，C02浓度小 于2000ppm，NH3浓度小于20mg/m 3。猪对温度的高低非常敏感，高密度饲养，如果空气质量 差，为某些疾病的发生和传播创造了有利条件
[0020] 请再参阅图1和图2,所述传感器单元和执行机构均位于发酵床内部；所述传感器 单元包括温度传感器、空气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度传感器、二 氧化碳传感器、氨气传感器、光照传感器、风向传感器和风速传感器，且温度传感器、空气湿 度传感器、第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、光 照传感器、风向传感器和风速传感器分别与所述PLC控制器连接；所述第一垫料湿度传感 器设于所述垫料层上；所述第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度传感器分别对应埋设于 所述垫料层的20cm、40cm、60cm深度处。所述PLC控制器与继电器连接，该PLC控制器具有 一 10接口，PLC控制器通过该10接口控制连接继电器；所述执行机构包括铝合金窗帘、风 机水帘、轴流风机、喷淋系统、喷雾系统和照明系统，且所述铝合金窗帘、风机水帘、轴流风 机、喷淋系统、喷雾系统和照明系统分别与继电器连接，由继电器驱动执行机构。
[0021] 请再参阅图1，本发明还可包括一 PC机及与该PC机相连接的一人机界面（HMI)， 且该PC机的一端与PLC控制器连接，另一端与传感器单元中的温度传感器、空气湿度传感 器、第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器、光照传感 器、风向传感器和风速传感器分别连接。
[0022] 所述铝合金窗帘为电动铝合金窗帘，可自动控制铝合金窗帘开闭，铝合金窗帘通 过时间或光强识别白天和晚上，用于白天开窗，晚上关窗；通过空气湿度检测判别下雨，用 于晴天开窗，雨天关窗；通过温度检测，控制高温开窗，低温关窗；通过C0 2和NH3的检测，超 标时控制开窗通气，冬天通气后关窗保温。
[0023] 所述轴流风机用于室内空气循环，通过时间定时器或空气温度和湿度，开启或关 闭轴流风机，控制室内空气流通。所述喷雾系统用于空气消毒和增湿，用于每日一次的益生 菌微喷消毒，通过空气湿度检测开启和关闭喷雾系统，增加空气湿度，使室内空气湿度控制 在 65% -95% ;
[0024] 所述喷淋系统用于垫料增湿和添加益生菌，根据第一垫料湿度传感器和第二垫料 湿度传感器检测垫料湿度，控制开启和关闭，以增加垫料湿度和益生菌。所述风机水帘是在 铝合金窗帘关闭时启用，用于降温增湿，增加氧气，降低室内co 2，降低室内NH3，通过猪舍环 境监测，控制执行。
[0025] 请再参阅图1和图2,当应用本发明时有三种工作状态：一是电动铝合金窗帘关闭 状态，此时，室内的温度、湿度、通气由风机水帘控制，调节室内的温度、湿度、C0 2、NH3、照明 等参数；二是电动铝合金窗帘开启状态，此时室内仅有轴流风机受控，进行均匀通风；三是 喷雾系统和喷淋系统的控制，无论电动铝合金窗帘开启与否，根据空气湿度传感器对空气 湿度的监测，喷雾系统控制空气湿度和进行益生菌空气消毒；根据第一垫料湿度传感器和 第二垫料湿度传感器检测对垫料湿度的监测，喷淋系统控制垫料湿度和补充垫料益生菌。 主要控制原理如下：
[0026] (1)温度的调节与控制
[0027] 根据猪生长的不同阶段、不同季节对温度的要求，进行温度控制。在气温低于15°C 的冬春季（11月、12月、1月、2月），电动铝合金窗帘全天候关闭，温度的控制由风机水帘 进行。在低温下会增加体温热量消耗，增加采食量，降低肉料比，当猪处于下限临界温度 (15°C )时，气温每下降1°C日增重减少11?22g，饲料多消耗20?30g。冬春季垫料在分 解粪尿达到粪污零排放的同时产生生物热，有利于发酵床内温度的提高，当猪舍温度高于 25°C时，通过温度传感器的监测，开启风机水帘至猪舍即发酵床内温度低于25°C，停止风 机，以此不断循环。
[0028] 在气温高于25°C的夏秋季，当猪处于上限临界温度时（35°C )，气温每上升1°C日 增重减少15?30g，饲料多消耗60?70g，因此保持猪舍有一个适宜的温度非常必要。此 时开启电动铝合金窗帘，采用自然通风为主，可使猪舍内的温度控制在30°C，以利于猪的生 长。当夏季中午短暂高温，猪舍内气温高于35°C时，可以关闭电动铝合金窗帘，适时开启风 机水帘降温，还可启动喷雾系统、屋顶喷淋系统降温，使得猪舍内温度降至30°C以下，关闭 风机水帘等，开启电动铝合金窗帘，以此不断循环。中午过后，猪舍内气温可以由自然通风 达到30°C以下时，保持电动铝合金窗帘开启状态，使得猪舍气温稳定在30°C以下。
[0029] (2)湿度的调节与控制
[0030] 空气湿度对猪的影响总是与气温共同作用的，当温度适宜时，相对湿度从45%升 到75% -95%时，对猪的采食量和增重均无明显的不良影响。当猪舍内低温高湿时，猪体内 热量散发加剧，猪采食量增加，增重减少。当猪舍内高温高湿时，直接影响猪体内外热量交 换，扰乱正常生理而易发暑病。适宜的猪舍空气湿度范围在65%-95%。当猪舍的空气湿 度低于65%时，通过空气湿度传感器监测，开启喷雾系统，增加空气湿度，达到85%时关闭 喷雾系统。室外空气湿度、电动铝合金窗帘开启和关闭、风机水帘、喷淋系统等都会影响猪 舍湿度的变化，根据执行机构的不同状态，按猪舍实际湿度的监控，采用不同的调控方法， 如电动铝合金窗帘、风机水帘、喷淋系统、喷雾系统等，将湿度控制在65% -95%范围。
[0031] 垫料湿度的监控，把发酵床垫料的发酵管理好了，垫料内微生物生长旺盛，分解猪 粪能力、除臭能力、抵抗病原能力就强。垫料的把控关键在通气量和湿度，通气量可以通过 拖拉机的翻耕实现，而湿度则通过喷淋系统实现。将第一垫料湿度传感器、两第二垫料湿度 传感器分别埋入垫料层的20cm、40cm、60cm深度的垫料，以20cm深的垫料的湿度即第一垫 料湿度传感器所监测的湿度为标准，将垫料层的湿度控制在65%以上，当垫料层湿度低于 65%时，开启喷淋系统，增加垫料湿度，湿度达到70%时，关闭喷淋系统，在使用喷淋系统时 周期性地加入芽胞杆菌益生菌，可以达到补充微生物，增强垫料抗猪病原的能力。
[0032] (3)空气质量的调剂与控制
[0033] 猪舍内空气质量主要指二氧化碳浓度和氨气浓度。当猪舍内二氧化碳和氨气浓度 过高时，表现出猪舍空气质量的不良，环境闷，氨味大，对猪生长不利。大气中二氧化碳平均 浓度一般为〇. 03%，变幅较小。在猪舍中，由于猪的呼吸和排便，缺少猪舍内外气体交换，二 氧化碳浓度增加明显。氨气是一种有毒、无色、有强烈刺激性臭味的气体，猪舍的氨气来源 主要有猪的肠胃消化物、粪尿、舍内环境饲料残渣、垫料有机物腐败分解等。猪舍内氨气的 含量与饲养密度、猪舍温湿度、猪舍结构等有着密切关系。一定量的氨气进入呼吸道可引起 咳嗽、气管炎、呼吸困难、窒息等，氨的水溶液呈碱性，对黏膜具有刺激性，严重时可发生碱 灼伤，故可引起视觉障碍等各种炎症。氨可以由肺泡进入血液，与血红蛋白结合，引起贫血 和组织缺氧。
[0034] 当猪舍二氧化碳平均浓度大于2000ppm时，舍内空气闷着，开启通风设备。氨气可 感觉最低浓度为5. 3mg/L，我国无公害养殖GB18407. 3规定，猪舍氨气浓度应小于20mg/m3， 应开启通风设备，通风设备包括风机水帘或电动铝合金窗帘。
[0035] 猪舍温度控制在30°C以下，空气湿度控制在65%以上，垫料湿度控制在65%以 上。不同季节，不同昼夜、不同风速，采用的控制方法不同：
[0036] 当低温季节（温度15°C以下），电动铝合金窗帘关闭，微生物发酵床产生的生物热 能和猪散发的热量，使得猪舍升温和保温，猪舍保持20°C温度。当温度高于25°C时，开启 风机水帘降温；当猪舍湿度低于65%时，开启喷雾系统提高湿度；当空气质量超标即二氧 化碳浓度和氨气浓度超标时，如果温度高于25°C，开启电动铝合金窗帘进行通风，达标后关 闭；如果温度低于20°C，开启风机水帘通风，达标时关闭。垫料湿度低于65%时，开启喷淋 系统加湿，达标关闭。
[0037] 当适温季节（温度在15-30°C )，微生物发酵床产生的生物热能和猪散发的热量， 使得猪舍升温和保温，猪舍保持25°C温度。当温度高于25°C时，开启电动铝合金窗帘通风 降温，达标时关闭。当空气湿度低于65 %时，开启喷雾系统提高湿度，达标时关闭；当垫料 湿度低于65 %时，开启喷淋系统增加垫料湿度，达标关闭。
[0038] 当高温季节时（温度在30°C以上），如果风速超过3m/秒时，开启电动铝合金窗 帘，降低猪舍温度；如果风速低于3m/秒，关闭电动铝合金窗帘，开启风机水帘降温，达标 关闭；当猪舍湿度低于65%时，开启喷雾系统提高湿度；当空气质量超标时，如果风速超过 3m/秒时，开启电动铝合金窗帘通风；如果风速低于3m/秒，关闭电动铝合金窗帘，开启风机 水帘通风降温，达标关闭；空气湿度低于65%时，开启喷雾系统提高空气湿度，达标关闭； 垫料湿度低于65 %时，开启喷淋系统加湿，达标关闭。
[0039] 本发明微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统可同期养殖1500头育肥猪，采用自 动喂料系统，自动饮水系统，采用密闭猪舍，通过环境监控，可保持冬暖夏凉，提高猪的生长 效率和抗病力，减少饲料消耗，解决猪粪污染。本发明利用植物废弃物如谷壳、秸杆、锯糠、 椰糠等，制作发酵床的垫料层，接菌微生物，猪养殖在垫料层上，排出的粪便排由微生物分 解消纳，原位发酵成有机肥，达到无臭味、零污染、提高猪肉品质和猪抗病力等效果。
【权利要求】
1. 一种微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：包括发酵床、传感器单元、 PLC控制器、继电器和执行机构；所述发酵床的底面铺设有一垫料层； 所述传感器单元和执行机构均位于发酵床内部；所述传感器单元包括温度传感器、空 气湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器，且温度传感器、空气 湿度传感器、第一垫料湿度传感器、二氧化碳传感器和氨气传感器分别与所述PLC控制器 连接；所述第一垫料湿度传感器设于所述垫料层上；所述PLC控制器与继电器连接； 所述执行机构包括铝合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统，且所述铝 合金窗帘、风机水帘、轴流风机、喷淋系统和喷雾系统分别与继电器连接。
2. 如权利要求1所述的微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：所述传感 器单元还包括光照传感器、风向传感器和风速传感器，且光照传感器、风向传感器和风速传 感器分别与所述PLC控制器连接。
3. 如权利要求1所述的微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：所述垫料 层的高度为80cm ;所述传感器单元还包括两第二垫料湿度传感器，且所述第一垫料湿度传 感器、两第二垫料湿度传感器分别对应埋设于所述垫料层的20cm、4〇 Cm、6〇Cm深度处。
4. 如权利要求1所述的微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：所述执行 机构还包括照明系统，该照明系统与继电器连接。
5. 如权利要求1所述的微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：所述发酵 床内部的各项指标如下： 空气湿度为65% -95%，垫料湿度为65% -85%，温度为15°C?30°C，0)2浓度小于 2000ppm，NH3 浓度小于 20mg/m3。
6. 如权利要求1所述的微生物发酵床大栏猪舍环境监控系统，其特征在于：所述发酵 床包括一发酵床本体和一顶盖，该发酵床本体的底面积为1900m 2,高为6m ;所述顶盖为8m。
【文档编号】G05B19/418GK104111647SQ201410327732
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】刘波, 郑回勇, 史怀, 林营志, 蓝江林, 唐建阳 申请人:福建省农业科学院农业生物资源研究所