鸡舍内粉尘的检测与控制

2021-06-30赵旭付家林沈华刚李娅蒋世权靳德锦

电子测试 2021年5期

赵旭，付家林，沈华刚，李娅，蒋世权，靳德锦

（郑州科技学院机械工程学院，河南郑州，450064）

1 鸡舍出现粉尘的原因

目前养鸡场的养殖规模越来越大，随着鸡群数量的增大，养鸡的方式大多数是采用集中圈养，很少一部分是采用山地散养的方式，圈养虽然有利于减少空间，但是许多问题也随之而来，鸡如果有病，传染的速度很快，会给农户带来很大的经济损失。其中，鸡舍内粉尘的控制与检测是一个很重要的问题。鸡舍内容易出现粉尘，其主要原因分为内部因素和外部因素。外部原因：有时候由于刮大风把外界的许多灰尘吹到鸡舍内，同时鸡身上本身也有灰尘，鸡的羽毛以及鸡在生长过程中产生的粪便都会产生一定的灰尘，另外，如果生产作业过程中在鸡舍内进行饲料搅拌，那么也会产生灰尘[1]。这些灰尘漂浮在鸡舍内，如果不及时降低，会给鸡或者是饲养员带来危害。

2 鸡舍内粉尘过多带来的危害

2.1 影响鸡的健康生长

如果鸡舍内粉尘过多，那么鸡在这种环境中长期生长，会刺激鸡的呼吸道，产生炎症，使得鸡的呼吸道水肿，免疫力降低，这种情况下鸡不仅容易患呼吸道疾病，也容易感染其它疾病，严重时还会造成鸡的死亡。检测鸡舍内的PM2.5的浓度，可以提前知道鸡舍内的粉尘情况，同时，及时采取措施降低粉尘的浓度，可以利用向外抽风的措施，也可以利用喷水来降低粉尘，从而降低PM2.5的浓度，减少鸡患疾病的概率，对农户有较高的经济效益。

2.2 对饲养员的危害

由于饲养员长期在鸡舍内工作，鸡舍内还有氨气、二氧化碳等其它有害气体，当人体吸入氨气、二氧化碳、粉尘这些混合气体时，人也会产生呼吸道疾病，同时，这些气体还能够使人产生肺部疾病，对饲养员的健康构成一定的威胁[2]。粉尘对人体有四种危害：（1）不同的粉尘会对饲养员产生不同的危害，如果粉尘是可溶性粉尘，那么当饲养员吸入粉尘的时候粉尘就会融入血液，那么饲养员就会中毒；（2）如果一些粉尘颗粒较大，质地较硬，那么当饲养员的眼睛接触这些粉尘的时候，就会损伤饲养员的眼睛，造成角膜发炎，产生结膜炎疾病，所以饲养员在生产过程中要避免这些粉尘。（3）由于饲养员长期在充满灰尘的鸡舍环境中工作，当饲养员把灰尘吸入肺部时，容易使肺部的纤维硬化，让饲养员得尘肺病这种疾病，所以，饲养员在生产过程中要佩戴口罩来降低感染尘肺病的几率，同时，鸡舍内也要采取主动的措施降低粉尘的浓度，来保证饲养员的健康。（4）长期在鸡舍内工作，灰尘容易使饲养员的皮肤受到侵害，容易引起皮肤干燥，堵塞毛孔，造成皮肤疾病。

2.3 对生产设备造成危害

现代化鸡舍养殖场检测设备、生产设备很多，由于鸡舍内有许多的生产设备，这些生产设备的电路长期在粉尘环境中，容易造成这些生产设备线路短路，会损害这些生产或者检测设备，给养殖户带来一定的经济损失。同时，粉尘对鸡舍内的开关有影响，尤其对继电器、接触器影响最大，会造成这些用电器接触不良，使继电器、接触器动作不稳定，接触不好，从而会造成误动作和达不到控制目的，引起设备故障。另外，粉尘还会造成电器设备的通风不畅，许多粉尘堆积在电器上，会引起电器的温度升高，例如，由于粉尘堆积会引起电动机的温度比正常情况下高10℃，这样就会使电机带动外部负载的能力降低，也容易烧坏电机。

3 系统电路图

系统包含传感器模块、Arduino单片机控制模块、声光报警模块、显示模块、继电器控制水泵和电风扇模块。所包含的硬件设备有Arduino单片机、三色LED灯、蜂鸣器、PM2.5传感器、LCD12864液晶显示屏，还有继电器、水泵和电风扇。Arduino单片机容易学习，含有各种库函数，可以实现多种传感器检测；夏普PM2.5传感器可以快速检测空气内的粉尘，检测精度较高，LCD12864液晶屏可以显示中文与英文，3色LED灯通过闪烁与蜂鸣器实现报警功能。

4 系统各模块功能介绍

4.1 Arduino读取PM2.5传感器数据模块

鸡舍内PM2.5的值是反映鸡舍内灰尘多少的重要指标，能否准确地检测出PM2.5的值是系统的关键。鸡舍粉尘检测采用的是夏普PM2.5灰尘传感器，利用Arduino 读取PM2.5灰尘传感器数据，传感器数据传递给Arduino单片机的A0端口，PM2.5灰尘传感器的GND、VDD端口分别与Arduino单片机的5V和GND引脚相连[3]。Arduino单片机的A0端口读取到的是连续的模拟值，与实际检测的鸡舍粉尘数据一致，编程时利用数组接收读取到的A0端口的值，然后再进行数据转化，就可以得到鸡舍内的PM2.5 浓度值。鸡舍内的PM2.5浓度值的计算公式为ppm=(float)((buffer[1]*256)+buff er[2])*8/1024。

4.2 蜂鸣器报警模块

本课题下位机采用蜂鸣器报警，当检测到的鸡舍内PM2.5值正常时，系统的12864液晶屏上显示笑脸，并显示具体的PM2.5值，当检查到的PM2.5超标时，本次设置的PM2.5的阈值是380ug/m3时，液晶屏显示沮丧表情，系统的三色LED灯会闪烁提示，并且蜂鸣器也会报警[4]。蜂鸣器一端接Arduino单片机的D2端口，一端接地，当PM2.5值超标时，给蜂鸣器高电平，并给蜂鸣器不同的频率，让其发出声音，提示客户鸡舍内的PM2.5值超标。

4.3 12864液晶显示屏显示模块

首先，初始化液晶显示屏，设置为普通模式，清屏，然后，设置指针指向液晶显示屏的第一行第一个字的位置，输出字符“PM2.5”；设置指针指向液晶显示屏的第二行第一个字的位置,输出“浓度”，输出“浓度”两个汉字时要利用字模转换软件把汉字转化为十六进制数保存在数组中；设置指针指向液晶显示屏的第三行第一个字的位置，输出PM2.5浓度值；设置指针指向液晶显示屏的第四行第一个字的位置，输出PM2.5浓度单位ug/m3；显示表情，浓度正常时为笑脸表情，超标时为哭脸表情，显示表情时，利用字模转换软件把汉字转化为十六进制数保存在数组中，最后显示数组数据[5]。

4.4 水泵与排风扇控制模块

当检测到的鸡舍内的粉尘过高时，系统采用继电器来控制鸡舍内的排风扇和喷水泵进行喷水，来降低鸡舍内的PM2.5值。继电器模块可以通过单片机控制端口来控制排风扇和水泵，实现用低压来控制高压的目的。继电器输入的电压是5v，可以控制220v的用电器。当鸡舍内的粉尘过高时，可以利用排风扇向外排风，从而使鸡舍内的粉尘浓度降低，喷水也可以让鸡舍内的粉尘在空气中掉落下来，从而降低鸡舍内粉尘的浓度。利用水泵和排风扇控制鸡舍内的粉尘电路图如图1所示，水泵利用单片机的D12端口来控制，排风扇利用单片机的D5端口来控制，当鸡舍内的粉尘浓度过高时，D5端口置高电平，继电器的线圈得电，触头闭合排风扇工作，当鸡舍内的灰尘浓度较低时，D5端口置低电位，继电器线圈不得电，排风扇不工作，同理，当灰尘浓度较高时，D12端口置高电平，水泵工作喷水降低灰尘浓度，当灰尘浓度降低到一定浓度时，D12端口置低电位，继电器线圈不得电，水泵停止工作。