基于物联网云平台的养鸡场智能监控系统研究与开发

2022-08-31郭英军尹全昭任博恒侯宝帅

智慧农业导刊 2022年16期

郭英军，王莉，尹全昭，任博恒，侯宝帅

（1.河北科技大学电气工程学院，石家庄 050018；2.河北桑能科技有限公司，石家庄 050090）

我国是禽肉和禽蛋生产与消费大国，随着人们生活水平的提高，对禽蛋产品的质量要求也在提升，高质量的禽蛋产品需要有高质量的养殖环境和科学的饲养方法。我国的禽蛋产业正从散养模式逐渐向规模化和科学化方向发展，实现智能化养殖是规模养殖场的发展趋势，国内学者在实现智能化养殖方面做了大量工作，沈华刚等[1]设计了一种适合小养殖场的低成本鸡舍环境监控系统，便于养殖户推广应用；张宏伟等[2]提出了一种以可编程逻辑控制器（PLC）为核心处理器的养鸡场多参数智能化监控系统，可使鸡舍环境参数有效控制在适宜范围内；李帅等[3]提出了一种基于低功耗局域网无线标准（LoRa）的养鸡场有害气体监测系统，该系统能有效监控养殖场内的温湿度、氨气、二氧化碳、PM2.5和PM10等参数；杨心茹等[4]利用物联网技术设计了一款基于CC2530 单片机的智能养鸡场控制系统，该系统能采集多种参数。

工业物联网云平台技术具有远程组态监控、多终端共享界面、数据云存储和安全性好等优势，已在鹅孵化机[5]、母猪精细饲喂器[6]、温室大棚[7]、渔业养殖[8]和玉米播种[9]等众多农业领域得到了良好应用，推动了智慧农业的发展。然而云平台技术在畜禽养殖方面的应用却鲜有报道，因此，本文提出构建基于物联网云平台的畜禽智慧养殖系统，该系统除具有传统的光照和温湿度检测外，还能检测氨气、硫化氢等恶臭气体，并搭配窄光谱专用光源，通过辐射一定剂量的紫外线产生臭氧，从而达到杀灭鸡场内病毒病菌、降低恶臭气体含量，以及改善鸡场内的空气环境质量的目的。

1 监控系统方案设计

实现智慧养殖是实现农业智能化的重要组成部分，为构建远程监控、管养一体和安全健康的智慧养殖系统，设计了如图1 所示的智能监控系统。

图1 养鸡场智能监控系统示意图

智能监控系统能够实现本地监控和远程监控2 种功能，其中本地监控利用PLC 的RS485 通信接口以Modbus 协议的方式采集养鸡场内的温湿度、硫化氢含量、光照度、氨气含量和紫外线辐照度，控制对象包括风机、水帘、紫外灯、照明灯和暖风机，本地采用触摸屏实现人机交互。系统的远程监控采用海为云平台实现，通过设计开发云组态，可以实现手机和PC 端对系统的远程监控，且其组态画面与本地触摸屏上的画面是同步的。

系统中温湿度传感器用于监测鸡场内的环境温湿度，当温度超过一定阈值时启动水帘降温，当低于某个阈值时启用暖风机加温；当湿度低于某个阈值时也可启动水帘加湿。光照度传感器用于检测鸡场内的光照强度，当光照强度较低时用于补光，尤其是蛋鸡，充足的光照时间能够提高产蛋量。风机主要用于鸡场内的通风，当场舍内环境参数不达标时启用。

2 场舍环境健康监控

养鸡场周围总是散发着难闻的气味，尤其是夏季更为严重，导致养鸡场通常建在远离居民区的地方，难闻的气味通常是由鸡粪的部分物质被分解为氨气和硫化氢导致的，这2 种气体都是易溶于水的有毒性物质，常附着在鸡的皮肤黏膜或吸入肺中，当有害气体含量超过一定数值时，长期暴露在该环境下，会引起鸡的肺部疾病、食欲不振和产蛋降低等问题，因此养鸡场内的氨气含量一般控制在20 ppm 以下，硫化氢的含量一般控制在8 ppm 以下。而控制有害气体含量的前提是检测，因此系统中加装了KD21B30-NH3 型氨气含量传感器和VMS-3002-H2S-N01 型硫化氢含量传感器。

已有文献表明，紫外线照射可以促进鸡体内维生素D3 的合成，从而增强肌体对钙的吸收，提高产蛋率，并具有杀菌消毒的作用[10]。游小杰教授等[11]的研究表明，经过紫外线照射不仅提高了产蛋率，而且增加了蛋壳厚度和平均蛋重，并降低了死亡率，其中蛋壳厚度的提高能够降低蛋在运输过程中的破损率。本系统紫外灯采用窄光谱专用光源，该专用光源总辐射量较低且安全可靠，其通过辐射一定剂量的短波紫外线和真空紫外线产生臭氧，由此能够杀灭鸡场内的病毒病菌，并能降低氨气和硫化氢等恶臭气体的含量，改善空气质量。紫外线传感器能够检测紫外光源的辐射强度，系统能够自动根据灯具安装的高度和鸡的日龄自动调节辐射量。在石家庄市鹿泉区某养鸡场做的对比实验验证了紫外照射的有效性，能有效预防常见疾病，提高蛋品质量。

3 云组态设计与远程监控

要实现监控系统的远程监控功能，离不开物联网云平台与云组态，本系统利用海为云组态软件（Haiwell Cloud SCADA）开发了云组态界面，这是一款基于.NET Framework 的工业自动化监控管理平台软件，同时也是海为物联网云HMI 的编程管理软件。该系统的云组态具有状态监控、报警参数设置、紫外照射配方与云视频监控和历史趋势报表等功能，其中紫外照射配方设定了4个照射时间段，上午和下午各2 次，分别给定了开启时间和照射时间。状态监控界面如图2 所示，可以实现紫外辐射强度、温湿度、光照度和恶臭气体的远程显示，可以对不同鸡的品种和日龄进行紫外照射配方选择与设定，随着日龄的增加，系统能自动地更新配方数据。场舍内的水帘、暖风机、补光和风机等设备既可以本地控制也可以远程控制，并带有反馈显示，即云端的控制指令是否完成了对设备的有效控制。