畜舍环控系统研究现状浅析

戚江涛，蒙贺伟，李亚萍，李成松，坎 杂，路士兴

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000；2.山东省潍坊监狱）

畜舍环控系统研究现状浅析

戚江涛1，蒙贺伟1，李亚萍1，李成松1，坎 杂1，路士兴2

（1.石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000；2.山东省潍坊监狱）

畜禽舍内的环境实时监测和控制对畜禽养殖具有重要的意义，良好的生活环境不仅有利于畜禽的健康生长、发病率的降低，而且还可提高生产性能、增加牧场经济效益等。本文介绍了畜禽舍中环境各因素对畜禽生产性能、健康成长等方面的影响，综述了环境控制系统的研究现状，提出了环境控制技术的发展方向。

畜禽；气候环境；环控；监测

0 引言

近年来，在国家政策大力扶持下我国畜牧业得到了快速发展，畜禽养殖的集约化、规模化及科学化发展为农民带来了巨大的经济效益。但是随着畜牧业生产规模的不断扩大，环境问题日益突出，环境污染对畜禽的生长、发育和繁殖均产生了影响，进而出现畜禽生产性能下降、淘汰率升高等问题，严重制约了牧场经济的良好发展。为此，加强畜禽养殖环境的自动化实时监测，充分了解畜禽各阶段生长状态，有效调节畜禽舍内各环境因素状态，为畜禽提供最优的生活环境，实现畜禽养殖环境的自动化、智能化调控对畜禽健康生长、充分发挥生产性能、最大限度节省人工及降低养殖成本等具有重要意义。

1 畜舍养殖环境对畜禽健康的影响

目前，大多数养殖场采用的是封闭式畜舍养殖方式，畜舍内的气候环境（温度、湿度、光照和有害气体含量等）好坏对畜禽的生长、繁殖和发育具有重要的影响。孙建忠[1]介绍了畜禽舍内产生的氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体的来源以及对畜禽的正常生长所产生的影响。有害气体不仅会导致畜禽发病率提高、生产性能降低，而且还会对周围环境造成污染，不利于饲养人员的身体健康。Frank Van Eerdenburg等人[2]介绍了散栏饲养奶牛舍中卧床地面设计的气温条件要求，在不同的季节保证不同的合适的牛舍温度，不仅可以提高产奶性能、增加牛场经济效益，而且还可以延长奶牛寿命。漆海霞等人[3]针对现代生猪规模化养殖带来的养殖场舍内环境污染对猪生长不利的问题，阐明了猪舍内温湿度、有害气体、粉尘和气流速度等环境因子对生猪健康生长的影响及各环境因子间的相互影响、相互作用的关系。为此，饲养者只有为畜禽提供最适宜的生活环境，才能增强畜禽生产性能、降低畜禽发病率及提高养殖场经济效益。

1.1温度的影响

畜舍内温度高低会直接影响畜禽体温调节，从而影响畜禽的生长速度和生产能力。对于奶牛养殖来说，奶牛生活的最佳环境温度为13～23℃，临界温度为0～30℃，畜舍温度过高会导致奶牛采食量下降，温度每上升l℃，奶牛采食量下降4．6%。当畜舍温度降到5℃时，饲料消耗量增加7%，当环境温度降到-10℃时，饲料消耗量增加20%[4]。对于养殖鸡来说，禽舍温度过高会导致鸡生长迟缓，发病率和死亡率会上升。温度过低则会导致饲料利用率下降，料蛋比和料肉比增高，饲养成本较大[5]。对于养殖猪来说，当畜舍温度过高时，温度每增加1℃，日增重减少3 g，饲料消耗增加60～70 g。当温度过低时，每下降1℃，日增重减少11～22 g，饲料多消耗20～30 g[6]。

1.2湿度的影响

畜舍湿度主要来源于外界进入畜舍内空气所含水分、畜禽自身排出水分及水槽、垫草等蒸发的水分等3部分。畜舍湿度的高低对畜禽的健康同样有着重要的影响。当畜舍湿度过高时，病菌生长较快，使畜禽机体抵抗力下降，诱发各种疾病，奶牛易患湿疹等皮肤病，鸡易患热应激或中暑，猪易患肌肉、关节方面的疾病。当畜舍湿度过低时，粉尘漂浮在空气中，易引起畜禽呼吸道感染。为此，合适的畜舍湿度对降低畜禽发病率具有重要作用，另外合适的畜舍湿度应以合适的温度为基础，高温或低温与合适的温度相配合同样会影响畜禽的健康生长。

1.3光照的影响

光照主要包括光照时间和光照强度，合理的光照对于畜禽繁殖和健康是有益的，自然光中的紫外线可起到杀死病毒和细菌、增强机体抗病力和免疫力等作用。但是当光线过强的时候会导致畜禽出现体温过高和烦躁不安等现象，严重影响畜禽的新陈代谢活动，不能正常的发挥生产性能。当光线过弱时会导致畜禽采食量下降，饮水减少，影响生产发育等。

1.4有害气体含量的影响

在封闭式畜禽舍中有害气体主要有氨气、硫化氢和二氧化碳等。氨气为无色气体，溶解度较高，高浓度氨气环境会使畜禽身体组织受到强烈刺激，降低对疾病的抵抗能力，诱发呼吸道炎症、心肌损伤等病症；硫化氢属于窒息性气体，低浓度硫化氢环境中可使畜禽体质变弱，抗病力下降，高浓度的硫化氢可直接抑制畜禽呼吸中枢，引起窒息和死亡；畜禽在高浓度二氧化碳环境中会出现食欲减退，体质下降，生产力降低等现象。为此，减少舍内有毒气体含量也是保证畜禽健康成长的必做之一。

2 国内外环境控制系统研究现状

实时监测畜禽舍中的环境状况并进行有效控制是畜禽健康成长的重要前提。目前，国内对环境控制系统进行研究的主要有：于丰华等人[7]提出了一种基于K60单片机的环境控制系统，利用AM2301和MQ137传感器可快速监测禽畜舍的温度、湿度及氨气等环境信息，并将信息通过无线模块传输到触摸显示屏。该系统的抗干扰较强，有较好的适应性和稳定性。高永强等人[8]设计了一种畜禽舍环境综合测控系统，主要由传感器采集、计算机处理及PLC控制等部分组成。系统基于LabWindows/CVI开发平台，传感器将采集到的畜禽舍环境信息通过以太网技术传递给计算机进行存储和分析，同时控制相应部件运动调控环境。高乐昌[9]提出了基于家禽畜牧业养殖环境智能控制的思路，详细阐述了通风加湿、照明亮度的智能控制的设计，对涉及的智能环控装备进行了分析，通过智能控制技术使养殖环境达到最优。韩静等人[10]针对目前封闭牛舍内小气候变化对奶牛生产性能产生不利影响的问题，研制出一套规模化养牛场全自动无线智能环境采控器。采控器可对牛舍内多点温度、湿度、有害气体浓度及光照等信息进行采集，并在牛舍内的液晶显示屏上实时显示。具有存储功能的上位机控制系统在牛舍环境无线采控过程中对数据进行长期记录，为奶牛繁殖及产奶量统计等信息提供分析依据。李修松[11]提出了一种猪舍环境控制系统，该系统主要由环境控制器、温度传感器、风机、湿帘及各种进风口等组成。环境控制器通过读取舍内特意布置的温度、湿度等环境数据，进而控制风机、湿帘、进风口等部件进行工作。朱伟兴等人[12]设计了基于物联网的保育猪舍环境监控系统，该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。采用B/S（浏览器/服务器）模式，实现通过浏览器远程实时监控猪舍，适合保育猪舍环境智能化精准管理。冯江等人[13]对猪舍内温度和湿度等因素对猪生长的影响进行了分析，介绍了现有先进的猪舍监测技术，讨论了基于单片机的自动化监测和基于物联网的监测等手段，并提出了未来的环境监测趋势为高效化、精确化及智能化。以上研究通过传感器获取畜舍环境信息，利用单片机、PLC等为控制单元，根据传感器反馈信息驱动执行机构（风机、湿帘等），实现了畜舍环境的自动控制。但是大部分环境控制系统存在着以下问题：（1）仍处于实验室阶段，未能在畜舍内推广使用；（2）稳定性较差，尤其在较为寒冷的冬季，极易出现控制系统反应迟钝、死机现象；（3）虽然实现了畜禽生长状况的实时监测，能够保证畜禽生病状态的及时解决，但仍然需要人员过多地观察畜舍情况。针对以上问题，一种稳定性好、性价比高、适用性好及减少人为参与的环境控制系统的应用是实现畜舍真正意义上的智能化、自动化的重要基础。

国外的相关技术研究不仅实现了畜舍环境自动监测和控制，而且还能根据传感器所采集的信息分析畜禽健康状况，预防疾病的发生和传染。如荷兰DigDutchman公司研制的畜禽环境监控管理系统能实现禽舍内温度、湿度、氨气浓度等参数的自动采集和控制[14]。加拿大圭尔大学Simon X．Yang研发的猪场气味无线传感器检测设备能够监控养殖环境并根据气味分析猪的健康情况[15～16]。

国内外畜舍环境控制技术资料显示：综合运用了机械、电子及信息技术完成了畜禽养殖环境控制系统的建立，利用传感器、单片机等自动化监测和物联网等网络监测方式实现了对畜禽养殖的实时监测，进而对环境因素进行了有效调控，为畜禽健康生长提供了保障。目前，国外通过环境控制技术来分析畜禽的健康状况，在国内未见广泛使用案例，但是该技术在我国畜禽规模化养殖进程中的应用将是必然发展方向。

3 总结与建议

畜禽养殖舍内环境控制技术正在向网络化、自动化及标准化方向发展。网络化发展，在国家大力倡导互联网技术与其他行业技术相融合背景下，利用物联网技术实现饲养员对畜禽的远程实时监控，充分了解畜禽的进食量、饮水量及活动情况等信息，能够做到畜禽早病早治，减少牧场损失。自动化发展，能够实现舍内环境因素数据的实时采集，在保证控制单元性能稳定、适应性强的基础上，通过设定的标准化参数，自动控制相应机构进行通风、加热和降温等操作。标准化发展，在畜禽养殖过程中应充分考虑地域气候特色执行国家颁布的农业和畜牧养殖业标准，确保舍内的环境因素如氨气、硫化氢和二氧化碳等气体的浓度达到标准值，为畜禽的健康生长奠定扎实基础。在环境控制技术的实施中能够和畜禽的身体状况有效的结合，实现畜禽的更加智能化饲养。在我国畜牧业快速发展的同时，最值得我们注意的就是保护好环境，环境污染不仅需要花费大量的人力、财力去治理，而且还会对我们人类的身体造成伤害。为此，我们必须在行业发展之前制定相应的环境保护措施，以便于在发展过程中减少环境污染，更加有效地治理环境污染。

[1]孙建忠．畜禽圈舍有害气体对畜禽及环境的危害[J]．畜禽业，2015（01）:36～37．

[2]Frank Van Eerdenburg，黄鸿威，宋扬，马佳莹，曹志军．奶牛躺卧区域的设计和牛舍环境控制[J]．中国奶牛，2015（10）: 55～60．

[3]漆海霞，张铁民，罗锡文，Thomas Banhazi．现代化生猪养殖环境测控技术现状与发展趋势[J]．家畜生态学报，2015（04）:1～5，14．

[4]齐贺．寒区某高产奶牛场饲养管理和环境管理的调查与分析[D]．东北农业大学，2013．

[5]姜荣昌．畜舍养殖环境监测系统的设计与实现[D]．东北农业大学，2013．

[6]宁营营．规模畜禽养殖场分布式实时监控系统设计研究[D]．江苏大学，2009．

[7]于丰华，岳仕达，闫东旭，路同往，朱凤武．基于K60单片机的环境控制在畜禽舍中的应用[J]．中国农机化学报，2013（06）:261～263，278．

[8]高永强，刘淑霞，霍晓静，赵晓顺．基于LabWindows/CVI的畜禽舍环境综合测控系统[J]．中国农机化学报，2014（02）: 275～277，285．

[9]高乐昌．家禽畜牧业环境智能控制系统研究[J]．山东工业技术，2014（13）:201．

[10]韩静，王熙，王福丽，李琳，刘超，韩华．规模化养牛场全自动无线智能环境采控器研究[J]．农机化研究，2014（12）: 19～23．

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[12]朱伟兴，戴陈云，黄鹏．基于物联网的保育猪舍环境监控系统[J]．农业工程学报，2012（11）:177～182．

[13]冯江，贾鹏宇，于立宝，张晓明，管丛江．生猪养殖环境监测系统研究动态[J]．农机化研究，2014（07）:207～210．[14]Dowdy I A，Karabash N S．Experimental determination of heat and mass transfer coefficient in rigid impregnated cellulose evaporative media[J]．ASHRAE Transactions,1988 (93):382～395．

[15]Yang S Y，Pan L,An new intelligent electronic nose for

3 新疆棉花打顶机研究对策

（1）研究双仿形棉花打顶机。新型棉花打顶机不仅能够实现对不同棉田地形进行仿形，还能够对棉花株型进行仿形，这样可大大提高棉花打顶的准确率，减少对棉株的伤害。

（2）研究自走式棉花打顶机。新型自走式棉花打顶机具有自走、高地隙底盘和轮距可调等特点，可适应不同种植模式下的棉花打顶要求，从而降低打顶机对棉株的损伤。

（3）研究具有消毒装置和棉芽回收装置打顶机。具有消毒装置的新型打顶机可以降低棉花病毒的传播，棉芽回收装置可以有效避免棉花病虫害的传播。

4 结语

新疆棉花种植面积的不断扩大对于棉花打顶机的进一步研究来说是个很好的机遇，然而棉花打顶作业的精密和复杂也给研究人员带来了较大的挑战。为此，应把握机遇，清楚看到新疆棉花打顶机械化研究的不足，合理采取应对政策。研制双仿形、自走式通用底盘、具有消毒装置和棉芽回收装置的棉花打顶机械是目前科技人员的重要任务，也将为我国棉花生产全程机械化提供强大动力。

参考文献：

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[6]滕华灯．3FDD-1800型棉花打顶机仿形机构的设计与研究[D]．乌鲁木齐：新疆大学，2011． measuring and analyzing livestock and poultry farm odours [J]．Environmental Monitoring and Assessment,2007,135(3): 399～408．

[16]Pan L,Yang S X,Analyzing livestock farm odour using an adaptive neuro-fuzzy approach[J]．Biosystems Engineering．2007,97(3):387～393．

Present Research State of livestock and Poultry House Environment Control System

Qi Jiangtao1，Meng Hewei1，LiYaping1，LiChengsong1，Kan Za1，LuShixing2

（1.College of Mechanical and Electronical Engineering, Shihezi University, Shihezi 832000，XinJiang，China；2.Shandong province'sWeifang prison )

The environmental monitoring and control is important for livestock and poultry breeding，good living environmentis not only beneficial to the healthy growth of livestock and poultry, the incidence of the disease, but also can improvethe production performance, increase the economic benefits of pasture, etc.. This paper introduces the influence of environmentalfactors on the production performance and health growth of livestock and poultry house, and summarizes the presentresearch state of environmental control system, and puts forward suggestions for further development of environmental controltechnology.

Livestock and poultry；Climate；Environmental control；Monitor

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.04.010

S831.4+5

A

1007-7782（2016）04-0024-04

2016-08-12

新疆生产建设兵团工业及高新技术科技攻关与成果转化计划项目，2015AB001

蒙贺伟