国内外畜禽舍环境监测系统研究现状.pdf

106AG2ICULTU2ELTECHNOLOGY畜牧科学研究国内外畜禽舍环境监测系统研究现状(吉林农业大学工程技术学院,吉林长春130118)摘要:在当前畜牧业生产中,畜禽舍环境监测系统已畜牧业的发展直接影响着畜牧业的发展。 环境监测系统主要由传感器模块、通信模块和数据处理模块组成。 通信技术将在Zigbee的基础上进一步向无线方向发展; 单片机性能的提高和多功能芯片的发展将是数据处理模块的发展方向。 各个方面的研究和应用都会对环境监测系统产生深远的影响。 关键词:环境监测系统; 传感器模块; 数据处理模块行业的快速、规模化发展,以及畜禽各种疫病(禽流感、猪链球菌病、猪高热等)的不断暴发和蔓延,给畜禽养殖业带来了灾难性的打击。畜禽养殖。 为有效预防疫病的发生和蔓延,在不断强化疫情防控体系的同时,对畜禽养殖环境的监测和有效控制受到国内外专家的普遍重视。 不少专家认为,畜禽疫病的暴发和蔓延与畜禽养殖环境的持续恶化密切相关。 空气中的粉尘、飞沫和气溶胶是病原微生物、支原体、各种病毒和细菌粘附的良好介质。 它们能在空气尘埃颗粒中长期生存,并随颗粒物在空气中漂浮、移动,引起动物呼吸道感染和疾病大范围传播。

因此,有专家指出,畜禽养殖环境的控制是有效预防和控制重大疾病传播和流行的前提。 进入21世纪以来,我国畜牧业快速发展。 由于畜禽舍封闭饲养,开发和采用了一系列先进的环境监测技术,环境监测系统得到了很大发展,为畜禽舍环境监管提供了技术支撑。 环境监测系统的主要功能是实时监测畜禽舍的环境,如湿度、光照、氨气、硫化氢、二氧化碳和空气杂质等,并连接相应的装置和设备检测不合理的环境因素,可以实时控制。 国内研究现状及进展我国畜禽舍环境监测系统起步较晚,但发展迅速,应用广泛。 目前我国最热门的研究是传感器、通信技术和数据处理技术的应用研究。 传感器模块研究现状当今信息时代,传感器在工业生产、国防建设、科学技术中发挥着巨大的作用。 正向小型化、智能化、多功能方向发展。 小型化传感器采用微加工技术,将微米级敏感元件、信号调节器和数据处理设备集成封装在一块芯片上。 由于其尺寸小、价格低且易于集成,它们可以提高系统测试精度。 智能传感器是指配备微处理器的传感器系统,可以进行信息处理和信息存储,还可以进行逻辑思维和结论判断,并能实现相应的智能。 目前,智能传感器广泛用于测量压力、力、振动、温度和湿度等。

例如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器、德国斯特曼公司的二维加速度传感器等都属于智能传感器。 基于模糊理论的新型智能传感器越来越受到相关研究人员的关注,而智能传感器无疑将进一步提升传感器在当前信息时代的重要性。 通常,传感器只能用于检测一种物理量,但在许多领域,为了准确反映客观事物和环境,往往需要同时测量大量物理量。 多功能传感器可以转换两种以上不同的物理量,同时检测两种以上的特征参数。 例如,利用特种陶瓷集成温湿度敏感元件,可以制成温湿度传感器。 这就解决了传感器只能检测一个物理量的问题。 通信模块研究现状当前畜禽舍环境监测系统所采用的通信技术主要分为两类:无线通信; 有线通讯。 目前,畜禽舍、温室中应用最广泛的有线通信方式有两种:(1)RS-485总线; (2)CAN总线。 RS485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。 CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。 具有通讯速度高、性价比高、减少线束数量等诸多特点。 与RS485总线相比,CAN总线网络各节点之间的数据通信实时性强,并且CAN协议取消了站地址编码,而是对通信数据进行编码,使得不同的节点可以同时接收到相同的数据。时间。

这些特点使得CAN总线组成的网络节点之间的数据通信实时性强,并且易于形成冗余结构,提高了系统的可靠性和灵活性。 2010年,宋维军等人。 研究了基于CAN总线和MSP430的监测系统。该系统采用CAN总线设计,实现高速、远距离的温室环境监测。 2012年,韩辉研究了基于RS485总线的温室环境监测系统。 该系统实现了温室内各种环境参数的监测,但灵活性和实时性较差。 由于畜禽舍内布线通讯技术不便,布线困难,维护复杂,成本较高。 因此,具有低成本、低功耗、低速率、高安全性和强大组网能力等特点的ZigBee技术将得到应用。 32LTECHNOLOGY107畜禽舍农业技术监测系统是国内的研究热点。 目前,国内不少学者对ZigBee技术在畜禽舍及温室监控系统中的应用进行了研究,并提出了Zig-Bee畜禽舍监控系统的设计方案。 2012年,高霞等人。 研究了一种基于无线传感器网络(WSN)的禽舍环境监测系统。 采用ZigBee技术,通过分布在禽舍内的传感器节点组成无线传感器网络,及时监测禽舍内的环境因素。 本设计采用Jennic公司生产的第二代开发平台JN5139作为核心模块,满足组网简单的要求,能够有效、准确地监测禽舍内的环境温湿度数据。

同年,曾小虎等人。 针对国内很多ZigBee畜禽舍及温室监控系统解决方案基本局限于小区域监控系统应用,并没有应用Zig-Bee自身的路由功能拓展到大面积应用的问题。 路由ZigBee无线温室监控系统,解决大面积温室的监控问题。 随着Zigbee研究的深入,基于Zigbee的扩展通信技术的研究日益成为各个研究机构的研究重点。 近年来,基于Zigbee的扩展通信技术越来越多地应用于畜禽舍环境监测系统中。 2011年,内蒙古农业大学研究了基于Zigbee和WiFi相结合的温室环境监测系统; 2012年,中国电子科技集团公司五十八所研究了基于ZigBee和以太网的远程环境监测系统,将ZigBee技术与网络技术相结合,解决了仅使用ZigBee无法将数据传输到远程监控中心的问题技术,也彻底解决了使用以太网技术带来的布线麻烦的问题。 数据处理模块的研究现状环境监测系统中负责数据处理的硬件主要是微控制器和嵌入式ARM芯片。 单片机的主要特点是:(1)优良的性价比; (2)集成度高、体积小; (3)控制功能强; (4)低电压、低功耗。 单片机最明显的优点是可以嵌入到各种仪器设备中,这是超级计算机和网络无法实现的。 2011年,彭建生等人研究了基于ADuC824的环境监测系统。 核心芯片能够高效、全面地实时采集环境中的温度、湿度、光强、噪声等信息,实现响应快、灵敏度高的实时远程在线监测。

2011年,张庆铃研究了基于单片机模糊控制的农业大棚无线温湿度监测系统。 本系统选用STC89C52RC单片机作为单片机的无线温湿度模糊控制装置。 它利用STC单片机高性能、低功耗的特点,实现对环境的实时监测、测量准确、稳定性好。 但由于单片机功能较弱,无法完成复杂的控制,现在普遍采用嵌入式ARM芯片进行数据处理。 由于ARM芯片性能高、价格低、体积小、可扩展性强,目前在计算机控制中得到广泛应用。 目前使用最流行的芯片是三星公司生产的以ARM920t为核心的S3C2440A芯片,该芯片功耗低、实时性强、时钟频率高、并行处理能力强。 国外研究现状及进展 畜禽舍环境监测系统的研究始于20世纪70年代,荷兰、美国和日本首先发起。 1978年,日本东京大学率先研制出微机温室综合环境控制系统。 该系统采用计算机作为核心控制器来控制温室内的诸多环境因素。 以色列环境控制系统是现阶段世界上的典型代表产品。 具有很强的实用性。 可根据被控对象的特点选择不同类型的控制器及外围设备,可监测温度、湿度、风速、风向、光照等。 、CO、降雨量等数据。 日本生产的环境调节集群控制系统还引入了专家系统,不仅可以起到环境调节的作用,还可以诊断患病畜禽。 对温室环境进行控制,取得了较为理想的控制效果; 费雷拉等人。 将径向基神经网络建立的温度模型应用于温室的自适应预测控制中; 梅厄·泰特尔等人。 对两种温室通风机控制系统(开关OFF系统和变频触发驱动系统)在能耗方面进行了比较; 保罗·萨尔加多等人。 利用模糊控制理论建立了温室温湿度模型。

这些理论的出现带动了环境监测技术的快速发展。 典型产品包括:荷兰Priva产品,可综合控制多种环境因素; 加拿大Argus产品利用能量平衡原理和控制方法,对牛舍环境进行全方位监测和控制。 。 以色列Eldar 进入21世纪后,随着智能传感器和信息通信技术的发展,畜禽舍环境监测技术的发展已从只能监测单一环境因素转变为同时监测多种环境因素。 从记录采集和手动处理数据发展到现在的自动采集数据、远距离传输和计算机自动处理数据,并通过各种先进的控制算法,智能控制执行对象自动调节环境因素。 为此,畜禽舍环境控制系统将向智能化、小型化、无线化方向发展。 参考文献 禽流感病毒传播特征及其可预防的环境安全技术与装备 禽流感传播特征当代畜牧业,2004(03):39-42。 江苏农业科学,2008(06):205-206。 机械管理发展,2007(05):34-35。 [4]刘光宇. 控制技术,1999(18):1-4。 基于CAN总线和MSP430的温室监控系统硬件电路设计,辽东大学学报(自然科学版),2010,17(03):193-196。 ZigBee无线数据传输模块的设计与实现(自然科学版),2010(04):332-335。 农业机械化研究,2009(05):185-189。 计算机与农业,2002(02):8-10。 萨尔加多,J.博阿文图拉库尼亚。 温室气候分层模糊建模控制工程实践,2005,13(05):613-628。 作者简介:丛),农业电气化及其自动化专业研究生。国内外畜禽舍环境监测系统研究现状