CN101977463A - 一种用于智能化蛋鸡养殖的led光源控制系统 - Google Patents

一种用于智能化蛋鸡养殖的led光源控制系统 Download PDF

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Abstract

由于蛋鸡的生长及产蛋过程中对光质、光强、光周期的需求比较复杂，要求高，禽舍照明中迫切需要智能化调光的补光系统。本发明提供了一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于它包括LED光源控制器、LED总供电电源和多个LED灯管；所述的LED光源控制器包括微处理器、与该微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元；该微处理器内设有用于存储蛋鸡生长曲线调节参数的内部存储器E2PROM；计算机内装有一蛋鸡生长曲线调节参数的设置软件模块，所述的微处理器内嵌一控制软件模块。本发明采用可程控的LED灯，可实现光质、光强与光照时间的自动调节，满足蛋鸡在不同阶段所需的光照时间与光照强度要求。

Description

一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统
技术领域
本发明涉及蛋鸡养殖的光源控制系统，特别是一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统。
背景技术
光照是养鸡生产中不可缺少的环境条件之一，光照对雏鸡生长发育的好坏、成活的多少及成鸡产蛋率的高低等，都有着极其密切的关系。光照可促进雏鸡采食、饮水，增加运动，促进新陈代谢，提高饲料利用率，还能促进卵巢发育和性成熟，增加产蛋量。因此养殖户必须制定合理的光照制度，加强光照管理，必要时进行人工补充光照，只有这样才能提高鸡的生长性能，获得较好的经济效益。
光照时间对蛋鸡产生比较重要的影响，适宜的光照时间对鸡的活动、物质代谢、生长发育和生产能力等的作用都非常重要，光照时间长短还与蛋鸡的性成熟有密切关系。育成期光照时间过短则性成熟晚，过长则性成熟提前。性早熟的蛋鸡开产早，产蛋率低且产蛋期短。如果在产蛋高峰期突然缩短光照时间，则蛋鸡产蛋率降低，死亡率增加，即使恢复原来的光照时间，产蛋率也很难在短时间内恢复到原来的水平。
光照强度对蛋鸡产生的影响也很大，光照过强或过弱都会带来不良后果。光照太强不仅浪费电能，而且使鸡烦躁不安，造成神经质，易惊群，活动量大，消耗能量，易发生斗殴和啄癖。光照突然增强可使蛋壳质量下降，破蛋壳、软蛋壳、双黄蛋、无黄蛋等畸形蛋增加，猝死率增高，低照度光照有利于鸡在育肥期沉积脂肪，阴暗条件下喂养，可使鸡增重较快。但光照过弱，则使雏鸡采食量降低，饮水减少，从而影响雏鸡的生长，对产蛋鸡也起不到刺激作用，影响产蛋量。
当前，农户养鸡场光照问题使用很多，光源大多采用白炽灯、荧光灯，成本高、效果差。普通白炽灯泡的光谱与天然日光的相似，其中一大部分热能以红外线，而不是光线散发，光谱中红橙部分多而蓝绿部分少；荧光管则有偏向暖光和偏向冷光(蓝、绿光谱)两类，荧光灯不耐频繁启动和光强的调整；汞蒸气灯虽然效能也相近，但不适用于普通较低的鸡舍，同时要有一段预温时间才能完全光亮。
此外，养鸡户在鸡舍装灯只是为了晚上饲喂照明用，只随便安装一两个灯泡。灯泡安装数量少，功率也小，达不到光照要求，灯泡之间距离及其高度也不尽合理，致使光线强弱不均。靠近灯泡附近光线过强，使鸡产生神经质、烦躁不安，出现互斗啄癖及脱肛现象，而距灯泡较远的地方，则光线过弱，达不到光照强度的要求，影响到鸡的采食和饮水。养鸡户大多是突然开灯与关灯，使强光与黑暗发生突然变化，这样对鸡群是一个强烈刺激，容易导致鸡群发生喙肛脱肛，烦躁不安，神经质猝死，并使软壳蛋、破壳蛋、畸形蛋明显增多，大大减低了养鸡的经济效益。
由于蛋鸡的生长及产蛋过程中对光质、光强、光周期的需求比较复杂，要求高，禽舍照明中迫切需要智能化调光的补光系统。半导体照明是新型高效固体光源，具有体积小、功耗低、寿命长、反应快、可靠性高、波长宽幅小、安全环保、色彩丰富等显著优点，是世界照明工业的一次全新的革命，被公认为21世纪最具发展前景的高技术领域之一。
发明内容
本发明针对现有蛋鸡培育过程中采用传统人工光源存在的高能耗、光色不纯、寿命短等不足，提供一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，可有效地提高蛋鸡的生长性能，提高经济效益，实现增产与源头减排的目的；且本发明既可降低死亡率，又可使生长率达到更高的水平。
为此，本发明采用以下的技术方案：一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于它包括LED光源控制器、LED总供电电源和多个LED灯管，所述的LED灯管通过电源线与LED光源控制器的驱动电路连接；所述的LED总供电电源通过LED光源控制器向LED灯管供电，LED总供电电源包括市电电源插座和将市电转换为直流电的电压转换装置；每个LED灯管由多个呈线形排列的LED灯构成，每个LED灯由红光LED和绿光LED组成，由LED光源控制器的控制输出接口分别控制红光LED和绿光LED的驱动；
所述的LED光源控制器包括微处理器、与该微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元；该微处理器内设有用于存储蛋鸡生长曲线调节参数的内部存储器E2PROM；所述的串口通信接口单元还与一计算机进行数据接收、发送，计算机内装有一蛋鸡生长曲线调节参数的设置软件模块，所述的微处理器内嵌一控制软件模块，实现对LED灯光强的调节；所述的时钟单元用于LED灯的光照时间和光照周期的设定；
在灯光的调节过程中，根据蛋鸡在不同生长阶段对不同光质的需求设置时钟信号和微处理器的主控芯片中的参数：在育雏期蛋鸡生长的前2天内，通过PWM输出调节占空比，保持每天24小时的绿色光照强度为15-30lux的全天照明，E2PROM中设置恒定的参数，持续恒定的输出信号驱动MOS管，通过时钟设置驱动时间周期为48小时和连续的时钟脉冲信号，保证驱动时间；在育雏期蛋鸡生长的第3-7天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度10-25lux，在22:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第8-14天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在20:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第15-21天，在0:00～17:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在18:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第22-28天，在0:00～15:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在16:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第29-120天，在0:00～11:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在12:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育成期蛋鸡生长的第121-140天，在0:00～07:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在08:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在产蛋期，在0:00～15:59的时间段内保持红色光强度5-25lux，在16:00～23:59的时间段内暗色。
针对蛋鸡在不同生长阶段对不同光质的需求，在不同的生长阶段，本发明分别通过计算机中的设置软件模块来设置生长曲线调节参数，将参数存储到微处理器(MCU)的内部存储器E2PROM中，每次参数存储完毕后，就可以将计算机从本发明中撤离(在同一生长阶段中的参数是一致的，不需要再进行设置)。微处理器内的控制软件模块读取内部存储器E2PROM的存储参数，运行该控制软件模块，用于灯亮或灯灭的控制，从而实现对LED灯光强的调节。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取以下技术措施：
微处理器(MCU)是由AVR系列的MEGA8L作为主控芯片，主控芯片通过PWM输出调节占空比，实现对灯光强的调节。
其中，该主控芯片的高电位引脚与相临接地引脚之间连接有稳压电容。
其中，所述的时钟单元连接有后备直流电源，时钟单元的电路包括PCF8563芯片，该PCF8563芯片中OSC1与OSC0引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。
其中，电压转换装置是将220V的交流电转换成12V、1A的低压直流电源。
LED总供电电源的输出受LED光源控制器控制，具体的供电参数(供电时间、周期以及供电的大小)是根据蛋鸡的生长参数(生长周期及生长条件)来改变。
本发明采用可程控的LED灯，可实现光质、光强与光照时间的自动调节，满足蛋鸡在不同阶段所需的光照时间与光照强度要求；针对蛋鸡在不同生长阶段对不同光质的需求，设置生长曲线调节参数，将参数存储到MCU的内部存储器中，其中光照强度参数的设置是随着蛋鸡的生长期由大变小，通过脉宽调制(PWM)的设置，保证了光照强度的大小。
所述的LED灯可以采用OLED灯(有机发光二极管)代替，OLED灯与LED点光源不同，它是很薄的平面分布式光源，且能大规模、大面积、低成本制造。
本发明具有以下有益效果：从节能效果、发光效率、光的利用率以及光质和光周期的可调控性上，本发明都比传统人工光源具有更好的性能特点；有效地提高鸡的生长性能，提高经济效益，实现增产与源头减排的目的。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明微处理器的原理示意图。
图3是本发明LED光源控制器控制LED总供电电源的电路原理图。
图4是本发明MCU主控芯片的电路原理图。
图5是本发明串口通信接口单元UART的电路原理图。
图6是本发明时钟单元RTC的电路原理图。
图7为本发明的设置软件模块的流程示意图。
图8为本发明的控制软件模块的流程示意图。
具体实施方式
本发明中对蛋鸡采用绿光灯(绿色灯)和红光灯(红色灯)照明可以理想地满足鸡体的生物学需求，能高度地发挥其生长性能。特别是头几日龄的雏鸡，当刚进入强烈应激状态的鸡舍，采用绿色灯照明，具有明显的镇静作用，只经过3～6小时雏鸡就会安定下来，且积极采食，这里推荐采用10～30lux，明亮的灯光，可以帮助雏鸡找到饮水和食物。但经过10～14天后，光照强度就要逐渐下降到5-20lux水平。这一光照强度水平能使雏鸡更为安静和减少雏鸡的活动量，从而可以获取更多的增重。在产蛋期，采用红色灯照明，具有增加产蛋量的作用。
本发明中，优选的蛋鸡的生长曲线参数如下表1所示。
如图1-2所示，智能化LED蛋鸡养殖光源控制系统由LED光源控制器、LED总供电电源和多个LED灯管三个部分组成，LED灯管的数量根据养鸡槽的大小和个数来选择，布置的要求是光密度尽量均匀。每个LED灯管由多个呈线形排列的LED灯构成，每个LED灯由多个红光LED和多个绿光LED组成，由LED光源控制器的控制输出接口分别控制红光LED和绿光LED的驱动，LED灯管设在养鸡槽上方的100-120cm处，LED灯管中的相邻LED灯之间的间隔根据光强要求进行布置，使相邻LED灯之间的间隔具有合适的光密度，满足本发明中蛋鸡生长对光强度的需求。
LED光源控制器包括微处理器(MCU)、与微处理器连接的时钟单元(RTC)和串口通信接口单元(UART)，其中微处理器通过串口连接线与计算机连接，计算机内装有蛋鸡生长曲线调节参数的设置软件模块，LED灯管通过电源线与LED光源控制器的驱动电路连接。微处理器内设有用于存储蛋鸡生长曲线调节参数的内部存储器E2PROM，微处理器内嵌有控制软件模块。微处理器用于控制软件模块的运行与计算机的数据通讯，通过微处理器和控制软件模块就能实现对LED灯的智能控制，可实现LED灯的光强与光周期控制。LED总供电电源为LED灯提供电压、电流。LED光源控制器根据蛋鸡在不同生长阶段对不同光强的需求，计算机通过设置软件模块设置相应的参数并将参数存储到MCU内部的E2PROM中，控制软件模块根据E2PROM中的参数来控制LED灯的工作。
微处理器(MCU)是由AVR系列的MEGA8L做主控芯片(即单片机)，通过18路I/O口线分别驱动MOS管来驱动LED灯，运行控制软件模块，通过PWM输出调节占空比，实现对LED灯光强的调节。在灯光的调节过程中，根据蛋鸡在不同生长阶段对不同光质的需求设置时钟信号和主控芯片中的参数：在育雏期蛋鸡生长的第0-2天内，通过脉宽调制(PWM)输出调节占空比的调节保持每天24小时的绿色光照强度为20lux的全天照明，MEGA8L主控芯片的内部存储器E2PROM中设置恒定的参数，持续恒定的输出信号驱动MOS管，通过时钟设置驱动时间周期为48小时和连续的时钟脉冲信号，保证驱动时间。在育雏期蛋鸡生长的第3-7天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度10-25lux，在22:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第8-14天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度10lux，在20:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第15-21天，在0:00～17:59的时间段内保持绿色光强度5lux，在18:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第22-28天，在0:00～15:59的时间段内保持绿色光强度5lux，在16:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第29-120天，在0:00～11:59的时间段内保持绿色光强度5lux，在12:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育成期蛋鸡生长的第121-140天，在0:00～07:59的时间段内保持绿色光强度5lux，在08:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在产蛋期，在0:00～15:59的时间段内保持红色光强度10lux，在16:00～23:59的时间段内暗色。其中具体的PWM调节是本领域技术人员容易实现的。
图3是本发明中LED光源控制器控制LED总供电电源的电路原理图。该电路主要是把市电220V转换成DC、12V恒流恒压电源提供给LED灯管，主要包括MOSFET、二极管等。通过脉冲宽度调制(PWM)控制实现输出需要的电压，开始的时候，当接入启动电源后由电阻R4给开关管Q1提供启动电流，使开关Q3开始导通，电路开始工作，后级输出12V交流电压再经过肖特基二极管SR560与及与其连接的电解电容C1进行整流滤波后输出直流(DC)12V恒流恒压电源。当微处理器MCU的I/O控制口控制三极管Q2导通时，开关管Q1同时也导通，二极管D4截止，输入的整流电压经Q1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当微处理器MCU的I/O控制口控制三极管Q2截止时，开关管Q1也截止，电感L感应出左负右正的电压，经负载LED灯和续流二极管Q1释放电感L中存储的能量，从而维持输出直流12V LED灯电压不变。LED光源控制器与计算机进行通信，实现由计算机及设置软件模块来完成控制信号的输入。通过本发明的LED光源控制器可以实现发送相关数据，时间、周期的设定等工作，实现表1中蛋鸡的生长曲线下灯光的控制。
图4是本发明微处理器的主控芯片的电路原理图。为了保证整个控制系统的电路的安全运行，其中微处理器的芯片的高电位引脚7与接地引脚之间连接有电容C4，其中引脚28和引脚27分别连接时钟芯片的控制线(SCL)和源数据采集线(SDA)，用于与时钟电路的信号传输，并且引脚28和引脚27在连接VDD-2电源中分别连接有降压电阻R1和R2，电阻R1和R2的阻值相等。
图5是本发明中串口通信接口单元(UART)的电路原理图，串口通信接口单元由MAX232芯片与标准串口接口与计算机进行相互通信，MAX232芯片中的TXD与RXD分别与MEGA8L的TXD与RXD引脚相连，而MAX232芯片中的T1OUT与DB9接口中的2脚相连，R1IN与DB9接口中的3脚相连，DB9的5脚接地。
如图6所示，时钟单元(RTC)与光周期的设定是由RTC时钟芯片PCF8563以及相关元件完成，该PCF8563芯片中OSC1与OSC0引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。本电路还设有3V的后备直流电源V1，能够保证在断电的时候时间不会发生时间丢失问题。时钟芯片PCF8563通过二极管D1连接电源VDD-2，通过二极管D2连接后备直流电源V1，二极管D1、D2形成单向供电电流，防止了电源VDD-2与后备直流电源V1电源之间的干扰。本发明的时钟电路可以方便的设定时钟信号，向LED光源控制器提供时钟信号。
本发明的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统结构简单、实用，满足了蛋鸡生长的需求，减少了蛋鸡养殖成本。本技术领域的普通技术人员可根据蛋鸡的生长需求对其控制进行改造，不必付出创造性的劳动可以实现的都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于它包括LED光源控制器、LED总供电电源和多个LED灯管，所述的LED灯管通过电源线与LED光源控制器的驱动电路连接；所述的LED总供电电源通过LED光源控制器向LED灯管供电，LED总供电电源包括市电电源插座和将市电转换为直流电的电压转换装置；每个LED灯管由多个呈线形排列的LED灯构成，每个LED灯由红光LED和绿光LED组成，由LED光源控制器的控制输出接口分别控制红光LED和绿光LED的驱动；
所述的LED光源控制器包括微处理器、与该微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元；该微处理器内设有用于存储蛋鸡生长曲线调节参数的内部存储器E2PROM；所述的串口通信接口单元还与一计算机进行数据接收、发送，计算机内装有一蛋鸡生长曲线调节参数的设置软件模块，所述的微处理器内嵌一控制软件模块，实现对LED灯光强的调节；所述的时钟单元用于LED灯的光照时间和光照周期的设定；
在灯光的调节过程中，根据蛋鸡在不同生长阶段对不同光质的需求设置时钟信号和微处理器的主控芯片中的参数：在育雏期蛋鸡生长的前2天内，通过PWM输出调节占空比，保持每天24小时的绿色光照强度为15-30lux的全天照明，E2PROM中设置恒定的参数，持续恒定的输出信号驱动MOS管，通过时钟设置驱动时间周期为48小时和连续的时钟脉冲信号，保证驱动时间；在育雏期蛋鸡生长的第3-7天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度10-25lux，在22:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第8-14天，在0:00～21:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在20:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第15-21天，在0:00～17:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在18:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第22-28天，在0:00～15:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在16:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育雏期蛋鸡生长的第29-120天，在0:00～11:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在12:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在育成期蛋鸡生长的第121-140天，在0:00～07:59的时间段内保持绿色光强度5-20lux，在08:00～23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为相应的间隔；在产蛋期，在0:00～15:59的时间段内保持红色光强度5-25lux，在16:00～23:59的时间段内暗色。
2.根据权利要求1所述的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于所述的微处理器采用AVR系列的MEGA8L作为主控芯片，通过I/O口线驱动MOS管来驱动LED灯，通过PWM输出调节占空比，实现对LED灯光强的调节。
3.根据权利要求1或2所述的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于所述主控芯片的高电位引脚与接地引脚之间连接有稳压电容。
4.根据权利要求1或2所述的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于所述的时钟单元连接有后备直流电源。
5.根据权利要求1或2所述的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于时钟单元的电路包括PCF8563芯片，该PCF8563芯片中OSC1与OSC0引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。
6.根据权利要求1或2所述的用于智能化蛋鸡养殖的LED光源控制系统，其特征在于所述的LED灯采用OLED灯代替。
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