一种猪舍环境智能控制系统的制作方法

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种猪舍环境智能控制系统。

背景技术：

随着我国畜牧养殖业迅猛发展，养殖场从小型生猪养殖向大型化生猪养殖逐渐发展。养殖场的规模不断扩大，生猪养殖集约化程度愈来愈高。猪舍环境变化和优劣程度将直接影响生猪生长，直接影响养猪企业的经济效益。传统的猪舍环境控制中，多个系统独立控制，如温度传感器测值增高，则开启通风扇和水帘，但是，通风扇开启大小、开启时间无法精确控制，导致精细化控制程度不高；同时，传统的控制方式还存在控制滞后的问题，例如，温度到达降温时，开启通风扇后，降温需要一定时间猪舍方能降温，使得猪舍降温不及时。猪舍的升温、除臭控制等均存在类似问题；并且，通过传统的控制方式，无法实现控制设备的远程检测和控制。

技术实现要素：

本发明提供一种猪舍环境智能控制系统，解决无法根据猪舍环境因素，通过自主学习的方式优化猪舍环境的控制的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种猪舍环境智能控制系统，包括控制主机、受控设备和环境因素采集设备，所述受控设备和环境因素采集设备均与控制主机相连接，

所述环境因素采集设备用于接收控制主机发送的数据采集指令，采集猪舍环境数据，并将猪舍环境数据发送给控制主机；

所述受控设备用于接收控制主机发送的控制指令，根据该控制指令调节猪舍环境参数，并将控制数据发送给控制主机；

所述控制主机用于向环境因素采集设备发送数据采集指令和向受控设备发送控制指令，并接收环境因素采集设备发送的猪舍环境数据和接收受控设备发送的控制数据；该系统还包括控制服务器和用户终端；

所述控制服务器用于接收控制主机上传的猪舍环境数据和控制、用户终端上传的用户指令，根据猪舍环境数据和控制数据训练控制算法模型，并将训练后的控制算法模型控制发送给控制主机，还将用户指令发送给控制主机；

所述控制主机还将接收的猪舍环境数据和控制数据发送给控制服务器，通过控制算法模型生成控制指令和数据采集指令，或者根据用户指令生成控制指令和数据采集指令，并将控制指令发送给对应的受控设备，将数据采集指令发送给对应的环境因素采集设备；

本技术方案中，通过使用控制服务器，能够有效的根据猪舍环境数据和控制数据，对现有的控制算法模型进行训练，其中猪舍环境数据和控制数据包括历史数据和最新数据，这样，两种数据构成了足够大的训练集合，是控制服务器有充足的数据来训练控制算法模型，完成控制算法模型中控制参数的调节，并将训练好的控制算法模型发送给控制主机，控制主机将会根据新的控制算法模型，生成与各类控制设备相应的控制指令，实现对各类受控设备的智能控制；同时，控制主机还会生成与各类环境因素采集设备相应的数据采集指令，实现对各类环境因素采集设备的智能控制；通过增加用户终端，能够实现在特殊情况下，人为的控制受控设备和环境因素采集设备，为猪舍的环境控制提供人工干预功能，更加保证猪场的安全生产；由于控制主机的功能较多，通过控制服务器进行控制算法模型进行训练，能够有效减轻控制主机的工作负荷，提供训练效率，使得控制算法模型更加有效；通过本技术方案，本系统通过猪舍环境数据和控制数据，不断优化控制参数，完成控制算法模型的调优，并通过控制算法模型，更好地控制控制受控设备和环境因素采集设备，优化猪舍环境的控制，提高猪舍环境指标，为生猪生长提供更有利的环境。

作为本发明的进一步改进，控制主机包括控制处理模块、数据传输模块、控制模块和数据采集模块；所述数据传输模块、控制模块和数据采集模块均与控制处理模块相连接，数据传输模块还与控制服务器、控制模块和数据采集模块相连接，控制模块还与受控设备相连接，数据采集模块还与环境因素采集设备相连接；

所述数据传输模块用于接收控制服务器发送的训练后的控制算法模型和转发的用户指令，并将训练后的控制算法模型和用户指令发送给控制处理模块，同时，数据传输模块接收控制模块发送的控制数据和数据采集模块发送的猪舍环境数据，并将控制数据和环境采集数据发送给控制服务器和控制处理模块；

所述控制处理模块用于存储控制算法模型，并根据接收到数据传输模块发送的训练后的控制算法模型调优现有的控制算法模型，并根据猪舍环境数据和控制数据，利用调优后的控制算法模型生成控制指令和数据采集指令或者根据用户指令生成控制指令和数据采集指令，并将控制指令发送给控制模块，将数据采集指令发送给数据采集模块；

所述控制模块用于接收控制处理模块发送的控制指令，并将控制指令发送给受控设备，同时，控制模块还用于接收受控设备发送的控制数据，并将控制数据发送给数据传输模块；

所述数据采集模块用于接收控制处理模块发送的数据采集指令，并将数据采集指令发送给环境因素采集设备，同时，数据采集模块还用于接收环境因素采集设备发送的环境采集数据，并将环境采集数据发送给数据传输模块；

本技术方案中，控制处理模块用于存储控制算法模型，并将猪舍环境数据和控制数据作为模型输入，通过控制算法模型的运算后，生成控制指令，通过控制模块发送给受控设备，同时，生成数据采集指令，通过数据采集模块发送给环境因素采集设备；当控制处理模块接收到用户指令时，控制处理模块将暂停使用控制算法模型，仅根据用户指令进行人工调控；当控制处理模块接收到训练后的控制算法模型，控制处理模块将对现有的控制算法模型进行更新，使用训练后的控制算法模型，完成对控制算法模型的优化，提高猪舍的控制效率。

进一步，所述受控设备包括窗户水帘、空气流通设备、顶棚控制系统、地暖系统、刮粪机、抽湿机和增湿机。

进一步，所述环境因素采集设备包括光照度传感器、粉尘传感器、硫化氢传感器、温度传感器、湿度传感器、氨气传感器和氧气传感器。

进一步，所述用户终端包括移动终端和pc终端。

所述控制算法模型搭建过程为：

s1、首先对数据进行变量定义(这里选择窗户水帘、空气流通设备、顶棚控制系统数据作为输入变量)，其中δt：室内外温差；f:风扇运行频率；f(x)：风量；t：风扇运行时长；x：室内温度变化量；s：猪舍横断面积；

s2、变量间存在如下显示输出：f(δt，s，f，x)对应输出t，f；

s3、采集m组整理历史数据

s4、对历史数据进行拟合、训练；

本阶段我们假设输入、输出之间为线性关系，下面寻找线性关系函数：

f(x)＝β^tx+b

f(x)满足β^tβ的范数最小，这将转换为凸优化问题：

服从：

各数据点的松弛变量ξn和ξ*n将允许回归误差的存在，只要其小于ξn和ξ*n的值，同时仍满足所需条件；

约束常数c是一个正数值，用于控制施加在位于ε余量之外的观测值所受到的惩罚，并有助于防止过度拟合(正则化)；

基于观测值y和ε边界之间的距离来度量损失，位于ε边界内的误差均视为零。所以损失函数为：

此步目标是使损失函数最小的β；

s5、增量更新输出，在获取最新的样本数据后，将新搜集数据实时更新至历史数据库中，实现可对δt，s，f，x和t的关系不断的进行更新。

综上，本发明的有益效果为，根据猪舍环境数据和控制数据，对猪舍的控制算法模型进行训练，优化控制参数，从而优化优化猪舍环境的控制，同时，通过用户终端，实现人工的远程控制，达到特殊情况下对猪舍的人工干预，保证猪舍的安全生产；本发明解决了无法根据猪舍环境因素，通过自主学习的方式优化猪舍环境的控制，并能够进行人工远程调控的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，一种猪舍环境智能控制系统，包括控制主机、受控设备和环境因素采集设备，所述受控设备和环境因素采集设备均与控制主机相连接，所述环境因素采集设备用于接收控制主机发送的数据采集指令，采集猪舍环境数据，并将猪舍环境数据发送给控制主机；所述受控设备用于接收控制主机发送的控制指令，根据该控制指令调节猪舍环境参数，并将控制数据发送给控制主机。

所述控制主机用于向环境因素采集设备发送数据采集指令和向受控设备发送控制指令，并接收环境因素采集设备发送的猪舍环境数据和接收受控设备发送的控制数据。

所述控制主机包括控制处理模块、数据传输模块、控制模块和数据采集模块；所述数据传输模块、控制模块和数据采集模块均与控制处理模块相连接，数据传输模块还与控制服务器、控制模块和数据采集模块相连接，控制模块还与受控设备相连接，数据采集模块还与环境因素采集设备相连接。

所述数据传输模块用于接收控制服务器发送的训练后的控制算法模型和转发的用户指令，并将训练后的控制算法模型和用户指令发送给控制处理模块，同时，数据传输模块接收控制模块发送的控制数据和数据采集模块发送的猪舍环境数据，并将控制数据和环境采集数据发送给控制服务器和控制处理模块。

所述控制处理模块用于存储控制算法模型，并根据接收到数据传输模块发送的训练后的控制算法模型调优现有的控制算法模型，并根据猪舍环境数据和控制数据，利用调优后的控制算法模型生成控制指令和数据采集指令或者根据用户指令生成控制指令和数据采集指令，并将控制指令发送给控制模块，将数据采集指令发送给数据采集模块。

所述控制模块用于接收控制处理模块发送的控制指令，并将控制指令发送给受控设备，同时，控制模块还用于接收受控设备发送的控制数据，并将控制数据发送给数据传输模块；

所述数据采集模块用于接收控制处理模块发送的数据采集指令，并将数据采集指令发送给环境因素采集设备，同时，数据采集模块还用于接收环境因素采集设备发送的环境采集数据，并将环境采集数据发送给数据传输模块。

该系统还包括控制服务器和用户终端；所述控制服务器用于接收控制主机上传的猪舍环境数据和控制、用户终端上传的用户指令，根据猪舍环境数据和控制数据训练控制算法模型，并将训练后的控制算法模型控制发送给控制主机，还将用户指令发送给控制主机。

所述控制主机还将接收的猪舍环境数据和控制数据发送给控制服务器，通过控制算法模型生成控制指令和数据采集指令，或者根据用户指令生成控制指令和数据采集指令，并将控制指令发送给对应的受控设备，将数据采集指令发送给对应的环境因素采集设备。

本实施例中，受控设备包括窗户水帘、空气流通设备、顶棚控制系统、地暖系统、刮粪机、抽湿机和增湿机，上述受控设备用于猪舍环境参加的调节，使各环境参数保持合适大小，从而保证猪舍的有效生产；所述环境因素采集设备包括光照度传感器、粉尘传感器、硫化氢传感器、温度传感器、湿度传感器、氨气传感器和氧气传感器，完成猪舍各区域的环境参数采集；上述环境因素采集设备可以根据实际情况进行增加和删减配置数量；所述用户终端包括移动终端和pc终端，可以采用有线或无线的方式与控制服务相连接。

通过使用控制服务器，能够有效的根据猪舍环境数据和控制数据，对现有的控制算法模型进行训练，其中猪舍环境数据和控制数据包括历史数据和最新数据，这样，两种数据构成了足够大的训练集合，是控制服务器有充足的数据来训练控制算法模型，完成控制算法模型中控制参数的调节，并将训练好的控制算法模型发送给控制主机，控制主机将会根据新的控制算法模型，生成与各类控制设备相应的控制指令，实现对各类受控设备的智能控制；例如，根据温度传感器采集的历史温度数据，通过训练控制算法模型，能够得出猪舍温度变化规律和设备对猪舍降温所需要的时间，即温度控制参数，这就，就可以通过控制算法模型的可预测性，温度控制参数进行修正，实现对猪舍进行提前降温操作和温度的精准控制；同时，控制主机还会生成与各类环境因素采集设备相应的数据采集指令，实现对各类环境因素采集设备的智能控制；通过增加用户终端，能够实现在特殊情况下，人为的控制受控设备和环境因素采集设备，为猪舍的环境控制提供人工干预功能，更加保证猪场的安全生产；由于控制主机的功能较多，通过控制服务器进行控制算法模型进行训练，能够有效减轻控制主机的工作负荷，提供训练效率，使得控制算法模型更加有效；本系统通过猪舍环境数据和控制数据，不断优化控制参数，完成控制算法模型的调优，并通过控制算法模型，更好地控制控制受控设备和环境因素采集设备，优化猪舍环境的控制，提高猪舍环境指标，为生猪生长提供更有利的环境。

所述控制算法模型搭建过程为：

s1、首先对数据进行变量定义(这里选择窗户水帘、空气流通设备、顶棚控制系统数据作为输入变量)，其中δt：室内外温差；f:风扇运行频率；f(x)：风量；t：风扇运行时长；x：室内温度变化量；s：猪舍横断面积；

s2、变量间存在如下显示输出：f(δt，s，f，x)对应输出t，f；

s3、采集m组整理历史数据

s4、对历史数据进行拟合、训练；

本阶段我们假设输入、输出之间为线性关系，下面寻找线性关系函数：

f(x)＝β^tx+b

f(x)满足β^tβ的范数最小，这将转换为凸优化问题：

服从：

各数据点的松弛变量ξn和ξ*n将允许回归误差的存在，只要其小于ξn和ξ*n的值，同时仍满足所需条件；

约束常数c是一个正数值，用于控制施加在位于ε余量之外的观测值所受到的惩罚，并有助于防止过度拟合(正则化)；

基于观测值y和ε边界之间的距离来度量损失，位于ε边界内的误差均视为零。所以损失函数为：

此步目标是使损失函数最小的β；

s5、增量更新输出，在获取最新的样本数据后，将新搜集数据实时更新至历史数据库中，实现可对δt，s，f，x和t的关系不断的进行更新。

控制处理模块用于存储控制算法模型，并将猪舍环境数据和控制数据作为模型输入，通过控制算法模型的运算后，生成控制指令，通过控制模块发送给受控设备，同时，生成数据采集指令，通过数据采集模块发送给环境因素采集设备；当控制处理模块接收到用户指令时，控制处理模块将暂停使用控制算法模型，仅根据用户指令进行人工调控；当控制处理模块接收到训练后的控制算法模型，控制处理模块将对现有的控制算法模型进行更新，使用训练后的控制算法模型，完成对控制算法模型的优化，提高猪舍的控制效率。

本发明根据猪舍环境数据和控制数据，对猪舍的控制算法模型进行训练，优化控制参数，从而优化优化猪舍环境的控制，同时，通过用户终端，实现人工的远程控制，达到特殊情况下对猪舍的人工干预，保证猪舍的安全生产；本发明解决了无法根据猪舍环境因素，通过自主学习的方式优化猪舍环境的控制，并能够进行人工远程调控的问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。