CN111855899B - 一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统及方法，监测系统包括监测平台、监测装置和传感装置，监测装置设于养殖场上方，传感装置设于养殖场底部，监测装置和传感装置分别与监测平台通讯连接。监测方法包括下列步骤：传感装置将监测到的养殖场各个养殖区域的排泄物信息上传至监测平台；监测平台根据接收的各个养殖区域的排泄物信息制定巡航监测路线；监测装置根据巡航监测路线进行巡航监测，并将监测到的养殖场各个养殖区域空气信息上传至监测平台；监测平台对接收的各个养殖区域的空气信息进行判断，制定通风策略。本发明通过传感装置监测各个养殖区域的排泄物信息，然后制定合理的巡航监测路线，无需巡航整个养殖场，减少了能耗。

Description

一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统及方法

技术领域

本发明涉及畜牧业智能化监测技术领域，尤其涉及一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统及方法。

背景技术

养殖场为封闭式的场所，养殖场内部的空气质量对养殖动物的生长健康密切相关，为了保障养殖场内整体空气质量的优良，现有的养殖场的空气监测系统需时时对整个养殖场进行空气监测，能耗较大。

例如，中国专利文献CN201810115567.1公开了“用于提高生猪养殖质量的空气监测系统”，包括气体传感器、换气风扇和控制器，所述气体传感器安装在猪舍内，所述换气风扇安装在猪舍侧壁，气体传感器与换气风扇分别与控制器电气连接，气体传感器包括内部为空腔的壳体，所述壳体一端设置有与壳体螺纹连接的进气嘴和排气嘴，壳体另一端设置有与壳体螺纹连接的防水接头，壳体内自进气嘴一端至防水接头一端依次设置有防爆过滤片、气体探测元件和电路板，所述进气嘴与防爆过滤片之间设置有导气通道，所述导气通道靠近进气嘴一端与壳体螺纹连接。上述专利文献中的气体传感器固定安装在猪舍内，为了保障养殖场内整体空气质量的优良，猪舍内的所有传感器需要时时开启，对空气进行监测，能耗大。

发明内容

本发明主要解决现有的养殖场空气监测系统能耗大的技术问题；提供一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统及方法，能够通过传感装置监测到的各个养殖区域的排泄物信息，然后制定巡航监测路线，无需巡航整个养殖场，减少了能耗。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，包括监测平台、监测装置和传感装置，所述监测装置和传感装置分别与监测平台通讯连接：

所述传感装置用于设置在养殖场底部，监测养殖场各个养殖区域的排泄物信息并上传至监测平台；

所述监测装置用于设置在养殖场上方，监测养殖场各个养殖区域的空气信息并上传至监测平台；

所述监测平台用于接收各个养殖区域的排泄物信息，根据各个养殖区域的排泄物信息规划监测装置的巡航监测路线，并接收各个养殖区域的空气信息，制定通风策略。

监测平台依据各个养殖区域的排泄物信息及各个养殖区域的地理位置信息综合制定巡航监测路线，监测装置根据监测平台的巡航监测路线进行巡航监测获取各个养殖区域的空气信息，监测平台根据监测到的空气信息制定通风策略，养殖场可以根据通风策略合理开启养殖场内的通风装置对养殖场进行通风，无须为了保持养殖场内部的空气质量而时时开启养殖场内的通风装置，减少了能耗；同时对各个养殖区域的空气质量实时监测，可以保证空气质量的优良，有利于养殖动物的健康生长。

作为优选，所述的监测装置包括导轨、滑块、电动伸缩杆、气体检测传感器安装架、气体检测传感器和控制单元，所述导轨固定安装在养殖场上方，所述滑块与导轨滑动连接，所述电动伸缩杆上端与滑块固定连接，所述电动伸缩杆的下端与气体检测传感器安装架固定连接，所述控制单元固定安装在滑块上，所述电动伸缩杆和气体检测传感器分别与控制单元电连接，所述控制单元与监测平台通讯连接。

监测装置安装在养殖场上方，在需要监测时通过电动伸缩杆将气体检测传感器下放检测，可以节省占地空间，同时也可以保护监测装置不被养殖动物损坏。

作为优选，所述的传感装置包括设置于养殖场底部的底板，所述底板上均匀分布着重力加速度传感器，所述重力加速度传感器内设有GPRS模组。

重力加速度传感能够监测到的排泄物下落的加速度信息且其内置GPRS模组，故可明确知道各个养殖区域内的排泄物信息（加速度值代表排泄物的大小，养殖区域内加速度值上传的次数代表排泄物数量），有利于监测平台制定巡航监测路线，无需每次巡航都要对整个养殖场进行巡航，减少了能耗。

作为优选，所述的导轨设有滑槽，所述滑块设有滚轮，所述滚轮与滑槽相配合安装。

滚轮与滑槽的配合安装一方面起到一个导向的作用，另一方面减少滑块与导轨的接触面积，减少滑块沿导轨运动过程中产生的摩擦力。

作为优选，所述的底板上设有防渗透膜。

在底板上设有防渗透膜，将重力加速度传感器安装在底板和防渗透膜之间，防止排泄物对重力加速度传感器的污染损伤。

作为优选，所述的气体检测传感器包括氧气传感器、氨气传感器和氮气传感器。

对氧气、氨气、氮气这3种气体进行监测，可以防止空气中的氨气和氮气超标以及氧气不足从而不利于养殖动物的生长，同时可以防止氨气氮气超标增加火灾的概率。

本发明的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测方法，包括下列步骤：

S1、传感装置将监测到的养殖场各个养殖区域的排泄物信息上传至监测平台；

S2、监测平台根据接收的各个养殖区域的排泄物信息制定巡航监测路线；

S3、监测装置根据巡航监测路线进行巡航监测，并将监测到的养殖场各个养殖区域的空气信息上传至监测平台；

S4、监测平台对接收的各个养殖区域的空气信息进行判断，并制定通风策略。

监测平台依据各个养殖区域的排泄物信息及各个养殖区域的地理位置信息综合制定巡航监测路线，监测装置根据监测平台的巡航监测路线进行巡航监测获取各个养殖区域的空气信息，监测平台根据监测到的空气信息制定通风策略，养殖场可以根据通风策略合理开启养殖场内的通风装置对养殖场进行通风，无须为了保持养殖场内部的空气质量而时时开启养殖场内的通风装置，减少了能耗；同时对各个养殖区域的空气质量实时监测，可以保证空气质量的优良，有利于养殖动物的健康生长。

作为优选，所述的步骤S1具体包括：重力加速度传感将监测到的排泄物下落加速度信息和内置GPRS模组的定位信息同时上传至监测平台。

重力加速度传感能够监测到的排泄物下落的加速度信息且其内置GPRS模组，故可明确知道各个养殖区域内的排泄物信息（加速度值代表排泄物的大小，养殖区域内加速度值上传的次数代表排泄物数量），有利于监测平台制定巡航监测路线，无需每次巡航都要对整个养殖场进行巡航，减少了能耗。

作为优选，所述的步骤S3具体包括：

S31、监测装置根据巡航监测路线到达第一养殖区域；

S32、监测平台根据养殖区域内养殖动物的耳标定位信息选择监测位置，并控制监测装置移动到监测位置；

S33、监测装置下放监测采集养殖区域内的空气质量信息，并将监测到的空气信息上传至监测平台；

S34、监测装置上升，前往巡航监测路线中的下一个养殖区域；

S35、重复步骤S32～S34,直至完成整个巡航监测路线。

监测装置安装在养殖场上方，在需要监测时通过电动伸缩杆将气体检测传感器下放检测，可以节省占地空间，监测平台根据养殖区域内养殖动物的耳标定位信息选择监测位置，可以防止监测装置在下放的过程中碰到养殖动物从而被损坏。

本发明的有益效果是：1）依据各个养殖区域的排泄物信息及各个养殖区域的地理位置信息制定巡航监测路线，无需每次巡航都要对整个养殖场进行巡航，减少了能耗；2）监测平台根据监测装置监测到的空气信息制定通风策略，养殖场可以根据通风策略合理开启养殖场内的通风装置对养殖场进行通风，无须为了保持养殖场内部的空气质量而时时开启养殖场内的通风装置，减少了能耗；3）对氧气、氨气、氮气这3种气体进行监测，可以防止空气中的氨气和氮气超标以及氧气不足从而不利于养殖动物的生长，同时可以防止氨气氮气超标增加火灾的概率；4）监测装置安装在养殖场上方，在需要监测时通过电动伸缩杆将气体检测器下放检测，可以节省占地空间，同时也可以保护监测装置不被养殖动物损坏。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明中监测装置的一种结构示意图。

图3是本发明中传感装置的一种结构示意图。

图4是本发明的一种结构框图。

图5是本发明的一种方法流程示意图。

图6是本发明中投入式氨气含量检测器的一种结构示意图。

图中1、导轨，2、滑块，3、电动伸缩杆，4、气体检测传感器安装架，5、气体检测传感器，6、控制单元，9、铁丝网，10、养殖区域，11、滑槽，21、转轴，22、滚轮，81、底板，82、重力加速度传感器，83、防渗透膜，101、监测平台，102、监测装置，103、传感装置，1101、背板，1102、塞柱，1103、氨气含量传感器，1104、金属棒，1105、电磁铁，1106、磁铁，1107、气孔，1108、采样筒，1109、棉线，1110、透明板，1111、金属壳。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，如图1～4所示，包括监测平台101、监测装置102和传感装置103。监测装置包括导轨1、滑块2、电动伸缩杆3、气体检测传感器安装架4、气体检测传感器5和控制单元6，导轨呈“S”型，固定安装在养殖场的上方，导轨的两侧开有滑槽11，滑块呈“C”型，滑块的两侧设有转轴21，转轴的一端固定安装在滑块上，转轴的另一端固定安装有滚轮22，滚轮与滑槽相配合安装，滑块与导轨之间滑动连接，滑块的底部固定安装有电动伸缩杆和控制单元，电动伸缩杆的末端固定安装有气体检测传感器安装架，气体检测传感器安装架成三角形，气体检测感器包括氨气传感器、氮气传感器和氧气传感器，3种传感器分别固定安装在呈三角形结构的气体检测传感器安装架的一角，氨气传感器、氮气传感器、氧气传感器和电动伸缩杆分别与控制单元电连接，控制单元与监测平台通讯连接。

养殖场分为上下两层，上下两层之间通过带有间隙的铁丝网9进行分层隔离，养殖场的上层分为多个养殖区域10，传感装置包括平铺在下层地面上的底板81，底板上与各个养殖区域所对应的区域均匀分布安装有重力加速度传感器82，每个重力加速度传感器内设有GPRS模组，底板上铺设有防渗透膜83，重力加速度传感器安装在底边和防渗透膜之间，重力加速度传感器与监测平台通讯连接。

本实施例的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测方法，如图5所示，包括下列步骤：

S1、传感装置将监测到的养殖场各个养殖区域的排泄物信息上传至监测平台：重力加速度传感将监测到的排泄物下落加速度信息和内置GPRS模组的定位信息同时上传至监测平台；

S2、监测平台根据接收的各个养殖区域的排泄物信息制定巡航监测路线；

S3、监测装置根据巡航监测路线进行巡航监测，并将监测到的养殖场各个养殖区域的空气信息上传至监测平台：

S31、监测装置根据巡航路线到达第一养殖区域；

S32、监测平台根据养殖区域内养殖动物的耳标定位信息选择监测位置，并控制监测装置移动到监测位置；

S33、监测装置下放监测采集养殖区域内的空气质量信息，并将监测到的空气信息上传至监测平台；

S34、监测装置上升，前往巡航路线中的下一个养殖区域；

S35、重复步骤S32～S34,直至完成整个巡航路线；

S4、监测平台对接收的各个养殖区域的空气信息进行判断，并制定通风策略。

养殖场的上层分为多个养殖区域，且上下两层通过铁丝网进行分层隔离，当养殖区域的养殖动物进行排泄后，排泄物通过铁丝网下落到养殖场的下层，底板上各个养殖区域所对应的区域内的重力加速度传感器能够监测到排泄物下落的加速度，排泄物的大小会导致重力加速度传感器检测到的加速度不同，将监测到的加速度和内置GPRS模组的定位信息同时传输到监测平台。

监测平台依据各个养殖区域的排泄物数量(重力加速度传感的加速度监测到的加速度值以及各个养殖区域上传的加速度值的数量)及各个养殖区域的地理位置信息综合制定巡航监测路线，监测装置根据监测平台的巡航监测路线进行巡航监测。监测装置根据巡航路线到达第一养殖区域，监测平台根据养殖区域内养殖动物的耳标定位信息选择监测位置（养殖区域中没有养殖动物的空闲区域），并控制监测装置移动到监测位置，控制单元控制监测装置中的电动伸缩杆下降，进行空气质量的监测采集，监测采集完后则立即将该养殖区域监测到的氨气、氮气、氧气信息通过控制单元上传至监测平台，然后控制单元控制电动伸缩杆上升，监测平台控制监测装置前往下一个养殖区域进行监测，直至完成整个巡航监测路线。监测平台根据监测到的空气信息制定通风策略，对养殖场进行通风。

实施例2：实施例2在实施例1的基础上还包括投入式氨气含量检测器，如图6所示，投入式氨气含量检测器包括金属壳1111、背板1101、金属棒1104、透明板1110、光敏电阻、采样筒1108、塞柱1102、氨气含量传感器1103、通信模块、磁铁1106、电磁铁1105、控制器和电池，金属壳1111呈两端开口的圆柱状或圆锥状壳体，背板1101安装在金属壳1111背端，透明板1110安装在金属壳1111前端，金属棒1104与金属壳1111固定连接，透明板1110中部加工有用于镶嵌金属棒1104前端的孔，金属棒1104前端与透明板1110齐平，金属棒1104中空，金属棒1104前端加工有若干个小孔，若干个小孔均通过棉线1109连到金属棒1104的中空，金属棒1104的中空填充有食盐溶液，金属壳1111、背板1101、金属棒1104以及透明板1110之间的连接处均填充密封胶形成密封，光敏电阻、采样筒1108、塞柱1102、氨气含量传感器1103、通信模块、磁铁1106和电磁铁1105均安装在金属壳1111内，光敏电阻检测金属壳1111内的光强度，透明板1110还开设有采样孔，采样筒1108前端封闭并与采样孔内壁抵接，采样筒1108后端开设盲孔并套在塞柱1102上，塞柱1102与金属壳1111固定连接，氨气含量传感器1103嵌入塞柱1102前端并位于采样筒1108内，采样筒1108前端与采样孔抵接处开有气孔1107，气孔1107与采样筒1108后端连通，磁铁1106和电磁铁1105分别镶嵌在采样筒1108和塞柱1102内，磁铁1106和电磁铁1105位置对应，光敏电阻、电磁铁1105、氨气含量传感器1103以及通信模块均与控制器连接，电池为其他元件供电。

养殖场的家畜会被食盐溶液吸引而舔食金属棒1104前端，同时也顺带舔食了透明板1110上覆盖的污物，如粪便或洒落的饲料等，此时光敏电阻会检测到更强的光线，而后控制器控制电磁铁1105产生与磁铁1106相斥的磁场，推动采样筒1108向前伸出，采样筒1108与塞柱1102之间的容腔变大，形成负压，随着采样筒1108的伸出，气孔1107露出透明板1110，空气流入采样筒1108内，由氨气含量传感器1103检测其中的氨气含量，并由控制器内自带的存储空间存储，而后由通信模块发出。而后控制器控制电磁铁1105产生与磁铁1106相吸的磁场，采样筒1108向后撤回，采样筒1108内的气体会被挤压出气孔1107，形成气流，帮助清洁采样孔附近，最终采样筒1108和透明板1110基本形成密闭，避免污物的快速污染。投入式氨气含量检测器推荐固定在墙壁下部或地面上使用，对于液态污物较少的情形下（固态污物较多，堆积聚集，无法通过铁丝网下落到养殖场的下层），投入式氨气含量检测器具有良好的工作状态，能够抵近检测家畜所处环境中的氨气含量。投入式氨气含量检测器虽然一定程度上能够抵御污物污染，但不排除某些恶劣情况下，尤其是液态污物会造成本装置需要清洗。不过这不影响投入式氨气含量检测器能够起到预期作用。

Claims (9)

1.一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于包括监测平台、监测装置和传感装置，所述监测装置和传感装置分别与监测平台通讯连接：

所述传感装置用于设置在养殖场底部，监测养殖场各个养殖区域的排泄物信息并上传至监测平台；

所述监测装置用于设置在养殖场上方，监测养殖场各个养殖区域的空气信息并上传至监测平台；

所述监测平台用于接收各个养殖区域的排泄物信息，根据各个养殖区域的排泄物信息规划监测装置的巡航监测路线，并接收各个养殖区域的空气信息，制定通风策略；

还包括投入式氨气含量检测器，所述投入式氨气含量检测器安装在养殖场墙壁下部或地面上，所述投入式氨气含量检测器包括金属壳、背板、金属棒、透明板、光敏电阻、采样筒、塞柱、氨气含量传感器、通信模块、磁铁、电磁铁、控制器和电池，金属壳呈两端开口的圆柱状或圆锥状壳体，背板安装在金属壳背端，透明板安装在金属壳前端，金属棒与金属壳固定连接，透明板中部加工有用于镶嵌金属棒前端的孔，金属棒前端与透明板齐平，金属棒中空，金属棒前端加工有若干个小孔，若干个小孔均通过棉线连到金属棒的中空，金属棒的中空填充有食盐溶液，金属壳、背板、金属棒以及透明板之间的连接处均填充密封胶形成密封，光敏电阻、采样筒、塞柱、氨气含量传感器、通信模块、磁铁和电磁铁均安装在金属壳内，光敏电阻检测金属壳内的光强度，透明板还开设有采样孔，采样筒前端封闭并与采样孔内壁抵接，采样筒后端开设盲孔并套在塞柱上，塞柱与金属壳固定连接，氨气含量传感器嵌入塞柱前端并位于采样筒内，采样筒前端与采样孔抵接处开有气孔，气孔与采样筒后端连通，磁铁和电磁铁分别镶嵌在采样筒和塞柱内，磁铁和电磁铁位置对应，光敏电阻、电磁铁、氨气含量传感器以及通信模块均与控制器连接，电池为其他元件供电。

2.根据权利要求1所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于所述监测装置包括导轨、滑块、电动伸缩杆、气体检测传感器安装架、气体检测传感器和控制单元，所述导轨固定安装在养殖场上方，所述滑块与导轨滑动连接，所述电动伸缩杆上端与滑块固定连接，所述电动伸缩杆的下端与气体检测传感器安装架固定连接，所述控制单元固定安装在滑块上，所述电动伸缩杆和气体检测传感器分别与控制单元电连接，所述控制单元与监测平台通讯连接。

3.根据权利要求1所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于所述传感装置包括设置于养殖场底部的底板，所述底板上均匀分布着重力加速度传感器，所述重力加速度传感器内设有GPRS模组。

4.根据权利要求2所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于所述导轨设有滑槽，所述滑块设有滚轮，所述滚轮与滑槽相配合安装。

5.根据权利要求3所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于所述底板上设有防渗透膜。

6.根据权利要求2所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于所述气体检测传感器包括氧气传感器、氨气传感器和氮气传感器。

7.一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测方法，适用于权利要求1～6任意一项所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测系统，其特征在于包括下列步骤：

S1、传感装置将监测到的养殖场各个养殖区域的排泄物信息上传至监测平台；

S2、监测平台根据接收的各个养殖区域的排泄物信息制定巡航监测路线；

S3、监测装置根据巡航监测路线进行巡航监测，并将监测到的养殖场各个养殖区域的空气信息上传至监测平台；

S4、监测平台对接收的各个养殖区域的空气信息进行判断，并制定通风策略。

8.根据权利要求7所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测方法，其特征在于所述步骤S1具体包括：重力加速度传感将监测到的排泄物下落加速度信息和内置GPRS模组的定位信息同时上传至监测平台。

9.根据权利要求7所述的一种电气化畜牧养殖场空气质量实时监测方法，其特征在于所述步骤S3具体包括：

S31、监测装置根据巡航监测路线到达第一养殖区域；

S32、监测平台根据养殖区域内养殖动物的耳标定位信息选择监测位置，并控制监测装置移动到监测位置；

S33、监测装置下放监测采集养殖区域内的空气质量信息，并将监测到的空气信息上传至监测平台；

S34、监测装置上升，前往巡航监测路线中的下一个养殖区域；

S35、重复步骤S32～S34,直至完成整个巡航监测路线。

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