CN110352855A - 一种仔猪保温区域智能加热系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仔猪保温区域智能加热系统及其控制方法，包括控制单元、加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块和时间判断模块，所述控制单元分别与所述加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块、时间判断模块相连接；所述温度检测模块设置有仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，所述时间判断模块设置有延迟等待时间。本发明综合考虑了仔猪保温区域环境温度区间、不同日龄仔猪对生长温度变化需求、加热器多级加热级别、延迟等待时间、温度趋势阈值等相关因素，进行综合运算，快速维持仔猪活动区域小范围温度的稳定，同时节省人工成本和电能消耗。
Description
技术领域
本发明涉及现代化与规模化养殖领域，尤其涉及一种仔猪保温区域智能加热系统及其控制方法。
背景技术
在现代化规模化的母猪场，类似红外保温灯的加热设备普遍应用与分娩舍的生产流程中。在分娩舍内，为了满足刚出生仔猪的吮奶需求，分娩母猪和仔猪需要同时活动在产床上面。分娩母猪正常生长的环境温度为20度左右，而刚出生的仔猪正常生长需要的环境温度为35度左右，分娩母猪和仔猪对生长环境温度的需求差异非常大。为了保证仔猪的正常生长，传统的做法是在对产床里面仔猪活动的区域用保温灯进行局部加热，在不影响母猪正常活动的前提下，给仔猪提供适宜的生长环境。
仔猪在分娩舍的生长周期通常为21天左右，从仔猪出生第一天到断奶转入保育舍的过程中，仔猪对生长环境温度要求逐渐减低。为了满足仔猪正常的生长需求，给仔猪局部加热的保温灯功率就需要依据仔猪日龄的增加而逐渐降低。传统的控制方式是通过保温灯的高低档开关来改变保温灯的加热功率，再有就是人工调整保温灯的安装高度来适应仔猪实际的生长要求。人工调整高度对猪场饲养员的管理要求高，而且操作复杂，不易衡量；高低档调节开关只有两个挡位，即全功率加热和半功率加热，无法满足仔猪日益变化的温度需求，实际操作过程中，往往会对仔猪活动区域过度加热，导致仔猪不愿待在保温区域，同时会造成电能的大量浪费。为了满足仔猪整个分娩阶段的生长要求，同时降低猪场饲养人员的劳动强度，以及减少猪场电能的浪费，需要设计一种新的关于仔猪加热智能控制算法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有养猪场仔猪养殖工艺过程中存在的缺点，而提出的一种仔猪保温区域智能加热系统及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明公开了一种仔猪保温区域智能加热系统，包括控制单元、加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块和时间判断模块，所述控制单元分别与所述加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块、时间判断模块相连接；所述温度检测模块设置有仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，所述时间判断模块设置有延迟等待时间；
进一步地，所述仔猪保温区域智能加热系统的控制方法，包括以下具体步骤：
S1，对控制单元进行初始化设置，控制加热器进入初始加热级别，在温度判断模块设置仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，在计时模块设置延迟等待时间；
S2，温度检测模块检测仔猪保温区域环境温度，并将信号传输至温度判断模块；
S3，判断温度信号值与仔猪保温区域环境温度区间的大小关系，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S4，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；
S4，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S5，如果温度信号值不超过仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S5，加热等级降低一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，再次执行S5；
S6，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，再次执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，执行再次S5；
S7，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S8，如果温度信号值不低于仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S8，加热等级增加一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，再次执行S8；
S9，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，再次执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，执行再次S8；
S10，执行结束命令，停止对仔猪保温区域进行温度控制。
进一步地，所述温度趋势阈值、所述延迟等待时间和所述仔猪保温区域环境温度区间根据仔猪日龄的不同而调整变化；
进一步地，所述加热器设置有多个加热等级，分别对应不同加热功率，加热等级越高，对应的加热功率越大；
进一步地，所述初始加热级别为所述加热器的任一加热级别；
进一步地，当所述加热等级为最高加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级增加一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热；当所述加热等级为最低加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级降低一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热。
本发明的有益效果如下：
本算法综合考虑了仔猪保温区域环境温度区间、不同日龄仔猪对生长温度变化需求、加热器多级加热级别、延迟等待时间、温度趋势阈值等相关因素，多因素共同参与系统控制，最终快速维持仔猪活动区域小范围温度的稳定。延迟等待时间和温度趋势阈值用于判断当前执行的加热级别是否有效，即系统执行当前加热级别一个延迟等待时间以后，实际分析延迟等待时间之前和之后的温度变化幅度，对比温度趋势阈值，如果温度变化幅度超出温度趋势阈值，则判定当前执行的级别为有效的级别，如果运算结果小于温度趋势阈值，则判定当前执行的级别为无效的级别，系统下一步执行的命令是增加或者降低到相邻的级别。
通过设置延迟等待时间和温度趋势阈值，能够快速判断当前加热功率能否满足要求，进而对加热功率作出相应调整，使仔猪保温区域能够实现快速的温度调节，保持仔猪生长温度的稳定。同时，系统自动对加热功率进行调整，即节省了人工成本，又能够减少电能的浪费，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明控制系统的框架图；
图2为本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清晰明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的一种仔猪保温区域智能加热系统的框架图，包括控制单元、加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块和时间判断模块，所述控制单元分别与所述加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块、时间判断模块相连接；所述温度检测模块设置有仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，所述时间判断模块设置有延迟等待时间。所述温度趋势阈值、所述延迟等待时间和所述仔猪保温区域环境温度区间根据仔猪日龄的不同而调整变化，所设置数值由养殖场仔猪生产管理统计获得的仔猪生长适宜条件而得出。所述加热器设置有多个加热级别，不同加热级别对应的加热功率不同，加热等级越高，对应的加热功率越大，可设置任一级别仔猪保温区域智能加热系统的初始加热级别。
以1日龄仔猪为例，仔猪保温区域智能加热控制系统的控制方法如图2所示，包括以下步骤，
S1，对控制单元进行初始化设置，加热器设置有五个加热级别，由1级到5级加热功率依次增加，控制加热器进入初始加热级别为3级，在温度判断模块设置仔猪保温区域环境温度区间为34～36℃，设置温度趋势阈值为0.5℃，在计时模块设置延迟等待时间为30s；
S2，温度检测模块检测仔猪保温区域环境温度，并将信号传输至温度判断模块；
S3，判断温度信号值与仔猪保温区域环境温度区间的大小关系，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S4，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；
S4，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S5，如果温度信号值不超过仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S5，加热等级降低一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，再次执行S5；
S6，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，再次执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，执行再次S5；
S7，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S8，如果温度信号值不低于仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S8，加热等级增加一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，再次执行S8；
S9，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，再次执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，执行再次S8；
S10，执行结束命令，停止对仔猪保温区域进行温度控制。
当所述加热等级为最高加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级增加一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热；当所述加热等级为最低加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级降低一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热。
在本发明提供的仔猪保温区域智能加热系统的控制方法中，要求控制系统的温度区间必须明确而且适合仔猪生长，并根据仔猪日龄自动修正，在某一日龄范围内，控制系统的温度区间无需变化。在该日龄范围内，该控制算法控制系统维持仔猪活动的小区域始终在温度区间以内。
在本发明提供的仔猪保温区域智能加热系统的控制方法中，控制系统的延迟等待时间、温度趋势阈值等数据实时参与运算，控制系统根据运算结果判断下一阶段需要加热器执行的行为。延迟等待时间与温度趋势阈值相互关联和相互制约，合理的延迟等待时间与温度趋势阈值是维持系统正常工作的必备需求，温度趋势阈值过小会延迟系统的调整的时间，温度趋势阈值过大容易导致仔猪小环境温度的起伏和波动，延迟等待时间过长或者过短都不利于最终的控制结果。
跟现有技术相比，本方法综合考虑了仔猪保温区域环境温度区间、不同日龄仔猪对生长温度变化需求、加热器多级加热级别、延迟等待时间、温度趋势阈值等相关因素，进行综合运算，最终快速维持仔猪活动区域小范围温度的稳定，同时节省人工成本和电能消耗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或者改变，都应涵盖在本范明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，包括控制单元、加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块和时间判断模块，所述控制单元分别与所述加热器、温度检测模块、温度判断模块、计时模块、时间判断模块相连接；所述温度检测模块设置有仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，所述时间判断模块设置有延迟等待时间。
2.一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，所述仔猪保温区域智能加热系统的控制方法，包括以下具体步骤：
S1，对控制单元进行初始化设置，控制加热器进入初始加热级别，在温度判断模块设置仔猪保温区域环境温度区间和温度趋势阈值，在计时模块设置延迟等待时间；
S2，温度检测模块检测仔猪保温区域环境温度，并将信号传输至温度判断模块；
S3，判断温度信号值与仔猪保温区域环境温度区间的大小关系，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S4，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；
S4，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，执行S5，如果温度信号值不超过仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S5，加热等级降低一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，再次执行S5；
S6，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S7；如果温度信号值超过仔猪保温区域环境温度区间，判断温度降幅是否超过温度趋势阈值，如果温度降幅超过温度趋势阈值，再次执行S6，如果温度降幅不超过温度趋势阈值，执行再次S5；
S7，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度，如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，执行S8，如果温度信号值不低于仔猪保温区域环境温度区间，再次执行S3；
S8，加热等级增加一级，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，再次执行S8；
S9，维持加热等级不变，计时模块开始计时，当时间达到延迟等待时间时，再次检测仔猪保温区域环境温度和温度降幅，如果温度信号值位于仔猪保温区域环境温度区间内，执行S2，如果温度信号值高于仔猪保温区域环境温度区间，执行S4；如果温度信号值低于仔猪保温区域环境温度区间，判断温度增幅是否超过温度趋势阈值，如果温度增幅超过温度趋势阈值，再次执行S9，如果温度增幅不超过温度趋势阈值，执行再次S8；
S10，执行结束命令，停止对仔猪保温区域进行温度控制。
3.根据权利要求1或2所述的一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，所述温度趋势阈值、所述延迟等待时间和所述仔猪保温区域环境温度区间根据仔猪日龄的不同而调整变化。
4.根据权利要求1或2所述的一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，所述加热器设置有多个加热等级，分别对应不同加热功率，加热等级越高，对应的加热功率越大。
5.根据权利要求2所述的一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，所述初始加热级别为所述加热器的任一加热级别。
6.根据权利要求2所述的一种仔猪保温区域智能加热系统，其特征在于，当所述加热等级为最高加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级增加一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热；当所述加热等级为最低加热等级时，所述加热控制单元执行加热等级降低一级命令，所述加热器继续采用当前加热等级进行加热。
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