CN109240388A - 一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于畜牧养殖技术领域，公开了一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统及方法；设置有：主控机；主控机通过导线连接降温空调，主控机通过导线连接温湿度计，主控机通过导线连接热风机；主控机通过导线连接水泵，水泵和喷洒水管套接在一起。本发明可对温湿度进行调节，使得畜牧生存条件稳定，利于动物的生长；通过温湿度计可感应畜牧养殖厂内的温度和湿度，并且可通过主控机进行控制，智能对畜牧养殖厂内的温度和湿度进行调节，确定了温湿度计的检定方法，定时对温湿度计进行检定，避免了温湿度计的数据采集误差，使系统更稳定；分布式控制可对温湿度的调节做到十分精准，稳态误差较小有利于动物生长，减轻空调系统负荷更加节能环保。

Description

一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统及方法

技术领域

本发明属于畜牧养殖技术领域，尤其涉及一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统及方法。

背景技术

目前，养殖鸡、鸭、猪、牛等动物的企业和个体户，非常多，怎样才能提高企业效益，从养殖业中获取收益，是每个企业都非常关心的问题。除了品种优良、营养合理外，动物生长的环境也是非常重要。对温湿度的控制调节使得生存条件稳定，有利于动物的生长。但是现有技术子在畜牧养殖温湿度控制中大多通过单一设备完成或者多个设备操作复杂，对温湿度的调节无法做到十分精准，调节不好不利于动物的生长，同时过度依赖人工，浪费人力。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术子在畜牧养殖温湿度控制中大多通过单一设备完成或者多个设备操作复杂，对温湿度的调节无法做到十分精准，稳态误差较大调节不好不利于动物的生长，同时过度依赖人工，浪费人力。

(2)水泵无法适应空调系统负荷的变化，转速差值设定较高，耗电量较大，不够节能环保。

(3)温湿度计的检定方法不够明确，数据测量误差较大，湿系统对温湿度的控制不够稳定。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法，所述基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法包括：

(1)将多个温湿度计安装在距离养殖动物较近的栏体上，喷洒水管成网状固定在厂房的上方，温湿度计对厂房内的可在线实时采集和记录监测养殖舍内的温度、湿度参数情况，以数字、图形和图像进行实时显示和记录存储，将检测的信息通过无线发射模块发射到主控机；

所述主控机的温度动态变化过程的数学模型为：

式中，T_s为外测部位的标准温度，T_i为检测部位温度，j为温度检测次数，为i台厂房设备检测部位的平均温度，n为同类型设备数量；

给同类厂房设备所测部位的上线温度：

式中，T_max为上限温度，λ为系数，其取值范围(1，2]，S_i为i台厂房设备检测部位温度的标准偏差；

T_s和T_max确定为改部位的标准温度和上限温度，同时计算出T_w，作为报警温度：

将T_i与T_s、T_w和T_max对比，当T_i∈[T_s，T_w]时，系统运行正常；当T_i∈[T_w，T_max]时，系统提示改部位需要检查；当T_i∈[T_max，∞]或连续出现T_i∈[T_w，T_max]时，系统报警该部位需要维修；

(2)主控机的无线接收模块接收信息，对温湿度计设定各监控点的参数报警限值，若温湿度高，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，之后主控机会做出命令通过无线发射模块发射到降温空调，降温空调内的无线接收模块接收到信息会对对厂房进行降温，降温幅度可通过主控机进行控制；若温湿度低，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测；

(3)主控机控制水泵工作，使得喷洒水管内充满水，进行水珠喷洒；若湿度过高对温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，主控机控制热风机进行工作，实现干燥的目的；信息的传递通过无线发射模块和无线接收模块完成；

进一步，所述无线发射模块基于用户需求的功率控制算法：

(1)1个授权用户在授权频段通信，取M=1，发射功率之和低于授权用户的干扰温度值：

其中，I_max，k代表第k个授权用户的干扰温度，最大发射功率为：

M＝1时，变换为进一步变换得：

(2)认知用户最大发射功率最大发射功率取值控制在区间范围内，取值远小于

(3)得：

式中，系数A、α为常数；

每个认知用户的模型为非合作博弈竞争，设G＝[N，{P_i，{u_i(p_i，p_-i)}}]为既定的非合作博弈模型，其N＝{1，2，...N}代表认知网络的用户集合，代表认知用户的策略空间，u_i(p_i，p_-i)代表认知用户的效益函数，其中，p_-i代表除SUⁱ以外的其他用户的发射功率，设计效用函数为：

其中，a_i，b_i，c_i为相关系数且取值大于0，p_i为认知用户i的发射功率，γ_i为认知用户i的信噪比，为认知用户i的信噪比门限，为认知用户i的发射功率门限。

本发明的另一目的在于提供一种实施基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，所述基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统设置有：

主控机；

所述主控机通过导线连接降温空调，主控机通过导线连接温湿度计，主控机通过导线连接热风机；所述主控机通过导线连接水泵，水泵和喷洒水管套接在一起；

进一步，所述水泵、降温空调和热风机内部胶接有无线接收模块。

进一步，所述主控机和温湿度计内胶接有无线接收模块和无线发生模块。

进一步，所述无线接收模块和无线发射模块可进行信息的传递。

进一步，所述湿温度控制为分布式控制。

本发明的优点及积极效果为：

(1)本发明设计思路清晰，温湿度控制系统采用变论域模糊PID控制，比传统控制系统调节速度快，稳态误差小。

(2)降温空调冷水泵采用自适应压差再设定控制方法，可自动适应空调系统负荷的变化，调整控制冷水泵转速的压差设定值，使压差设定值尽可能低，进一步减少冷水泵的电耗，节能环保。

(3)通过温湿度计可感应畜牧养殖厂内的温度和湿度，并且可通过主控机进行控制，智能对畜牧养殖厂内的温度和湿度进行调节，确定了温湿度计的检定方法，定时对温湿度计进行检定，避免了温湿度计的数据采集误差，使系统更稳定。

(4)分布式控制可对温湿度的调节做到十分精准，稳态误差较小有利于动物的生长，减轻空调系统的负荷更加节能环保。本发明设计思路清晰，智能化，操作简单，可对温湿度进行调节，使得畜牧生存条件稳定，利于动物的生长。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的无线发射模块和无线连接模块的示意图；

图中：1、喷洒水管；2、水泵；3、降温空调；4、主控机；5、热风机；6、温湿度计；7、无线接收模块；8、无线发射模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1至图2所示，本发明实施例提供的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统包括：喷洒水管1、水泵2、降温空调3、主控机4、热风机5、温湿度计6、无线接收模块7、无线发射模块8。

主控机4通过导线连接降温空调4，主控机4通过导线连接温湿度计6，主控机4通过导线连接热风机5；主控机4通过导线连接水泵2，水泵2和喷洒水管1套接在一起。

水泵2、降温空调3和热风机5内部胶接有无线接收模块7。

主控机4和温湿度计6内胶接有无线接收模块7和无线发生模块8。

无线接收模块7和无线发射模块8可进行信息的传递。

本发明实施例提供的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法包括：

(1)将多个温湿度计安装在距离养殖动物较近的栏体上，喷洒水管成网状固定在厂房的上方，温湿度计对厂房内的可在线实时采集和记录监测养殖舍内的温度、湿度参数情况，以数字、图形和图像进行实时显示和记录存储，将检测的信息通过无线发射模块发射到主控机；

所述主控机的温度动态变化过程的数学模型为：

式中，T_s为外测部位的标准温度，T_i为检测部位温度，j为温度检测次数，为i台厂房设备检测部位的平均温度，n为同类型设备数量；

给同类厂房设备所测部位的上线温度：

式中，T_max为上限温度，λ为系数，其取值范围(1，2]，S_i为i台厂房设备检测部位温度的标准偏差；

T_s和T_max确定为改部位的标准温度和上限温度，同时计算出T_w，作为报警温度：

将T_i与T_s、T_w和T_max对比，当T_i∈[T_s，T_w]时，系统运行正常；当T_i∈[T_w，T_max]时，系统提示改部位需要检查；当T_i∈[T_max，+∞]或连续出现T_i∈[T_w，T_max]时，系统报警该部位需要维修；

(2)主控机的无线接收模块接收信息，对温湿度计设定各监控点的参数报警限值，若温湿度高，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，之后主控机会做出命令通过无线发射模块发射到降温空调，降温空调内的无线接收模块接收到信息会对对厂房进行降温，降温幅度可通过主控机进行控制；若温湿度低，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测；

(3)主控机控制水泵工作，使得喷洒水管内充满水，进行水珠喷洒；若湿度过高对温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，主控机控制热风机进行工作，实现干燥的目的；信息的传递通过无线发射模块和无线接收模块完成；

进一步，所述无线发射模块基于用户需求的功率控制算法：

(1)1个授权用户在授权频段通信，取M＝1，发射功率之和低于授权用户的干扰温度值：

其中，I_max，k代表第k个授权用户的干扰温度，最大发射功率为：

M＝1时，变换为进一步变换得：

(2)认知用户最大发射功率最大发射功率取值控制在区间范围内，取值远小于

(3)得：

式中，系数A、α为常数；

每个认知用户的模型为非合作博弈竞争，设G＝[N，{P_i，{u_i(p_i，p_-i)}}]为既定的非合作博弈模型，其N＝{1，2，...N}代表认知网络的用户集合，代表认知用户的策略空间，u_i(p_i，p_-i)代表认知用户的效益函数，其中，p_-i代表除SUⁱ以外的其他用户的发射功率，设计效用函数为：

其中，a_i，b_i，c_i为相关系数且取值大于0，p_i为认知用户i的发射功率，γ_i为认知用户i的信噪比，为认知用户i的信噪比门限，为认知用户i的发射功率门限。

本发明的工作原理：使用时，将多个温湿度计(CX-318S)6安装在距离养殖动物较近的栏体上，将喷洒水管1成网状固定在厂房的上方，温湿度计(CX-318S)6可对厂房内的可在线实时采集和记录监测养殖舍内的的温度、湿度参数情况，以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储，并将检测的信息通过无线发射模块8发射到主控机4，主控机4上的无线接收模块(RX-RB1)7接收信息，对温湿度计(CX-318S)6设定各监控点的参数报警限值，若温湿度高，温湿度计(CX-318S)6上传报警信息并进行本地及远程监测，之后主控机4会做出命令通过无线发射模块(FY-TX2000-01)8发射到降温空调(XRS-40)3，降温空调3内的无线接收模块(RX-RB1)7接收到信息会对对厂房进行降温，降温幅度可通过主控机4进行控制；若温湿度低，温湿度计(CX-318S)6上传报警信息并进行本地及远程监测，主控机4会控制水泵2工作，使得喷洒水管1内充满水，进行水珠喷洒；若湿度过高对温湿度计(CX-318S)6上传报警信息并进行本地及远程监测，，主控机4控制热风机(HZRF-380-3-180)5进行工作，实现干燥的目的；信息的传递都是通过无线发射模块(FY-TX2000-01)8和无线接收模块(RX-RB1)7来完成，保证信息传递的精准性；本发明智能化，智能调节温湿度，节省人力，操作简单。本装置具有强大的数据处理与通讯能力，采用计算机网络通讯技术，局域网内的任何一台电脑都可以访问监控系统，在线查看监控点的监控数据变化情况，实现远程监测。系统不但能够在值班室监测，领导在自己办公室也可以非常方便地观看监控数据。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法，其特征在于，所述基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法包括：

(1)将多个温湿度计安装在距离养殖动物较近的栏体上，喷洒水管成网状固定在厂房的上方，温湿度计对厂房内的可在线实时采集和记录监测养殖舍内的温度、湿度参数情况，以数字、图形和图像进行实时显示和记录存储，将检测的信息通过无线发射模块发射到主控机；

所述主控机的温度动态变化过程的数学模型为：

式中，T_s为外测部位的标准温度，T_i为检测部位温度，j为温度检测次数，为i台厂房设备检测部位的平均温度，n为同类型设备数量；

给同类厂房设备所测部位的上线温度：

式中，T_max为上限温度，λ为系数，其取值范围(1，2]，S_i为i台厂房设备检测部位温度的标准偏差；

T_s和T_max确定为改部位的标准温度和上限温度，同时计算出T_w，作为报警温度：

将T_i与T_s、T_w和T_max对比，当T_i∈[T_s，T_w]时，系统运行正常；当T_i∈[T_w，T_max]时，系统提示改部位需要检查；当T_i∈[T_max，+∞]或连续出现T_i∈[T_w，T_max]时，系统报警该部位需要维修；

(2)主控机的无线接收模块接收信息，对温湿度计设定各监控点的参数报警限值，若温湿度高，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，之后主控机会做出命令通过无线发射模块发射到降温空调，降温空调内的无线接收模块接收到信息会对对厂房进行降温，降温幅度可通过主控机进行控制；若温湿度低，温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测；

(3)主控机控制水泵工作，使得喷洒水管内充满水，进行水珠喷洒；若湿度过高对温湿度计上传报警信息并进行本地及远程监测，主控机控制热风机进行工作，实现干燥的目的；信息的传递通过无线发射模块和无线接收模块完成。

2.如权利要求1所述的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法，其特征在于，所述无线发射模块基于用户需求的功率控制算法：

(1)1个授权用户在授权频段通信，取M＝1，发射功率之和低于授权用户的干扰温度值：

其中，I_max，k代表第k个授权用户的干扰温度，最大发射功率为：

M＝1时，变换为进一步变换得：

(2)认知用户最大发射功率最大发射功率取值控制在区间范围内，取值远小于

(3)得：

式中，系数A、α为常数；

每个认知用户的模型为非合作博弈竞争，设G＝[N，{P_i，{u_i(p_i，p_-i)}}]为既定的非合作博弈模型，其N＝{1，2，...N}代表认知网络的用户集合，代表认知用户的策略空间，u_i(p_i，p_-i)代表认知用户的效益函数，其中，p_-i代表除SUⁱ以外的其他用户的发射功率，设计效用函数为：

其中，a_i，b_i，c_i为相关系数且取值大于0，p_i为认知用户i的发射功率，γ_i为认知用户i的信噪比，为认知用户i的信噪比门限，为认知用户i的发射功率门限。

3.一种实施权利要求1所述基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制方法的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，其特征在于，所述基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统设置有：

主控机；

所述主控机通过导线连接降温空调，主控机通过导线连接温湿度计，主控机通过导线连接热风机；所述主控机通过导线连接水泵，水泵和喷洒水管套接在一起。

4.如权利要求3所述的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，其特征在于，所述水泵、降温空调和热风机内部胶接有无线接收模块。

5.如权利要求3所述的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，其特征在于，所述主控机和温湿度计内胶接有无线接收模块和无线发生模块。

6.如权利要求3所述的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，其特征在于，所述无线接收模块和无线发射模块可进行信息的传递。

7.如权利要求3所述的基于物联网的畜牧养殖用温湿度控制系统，其特征在于，所述湿温度控制为分布式控制。