CN114938784A - 一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法 - Google Patents

一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法，该方法包括以下步骤：(1)初始化控制器，保温灯进入初始加热等级；(2)通过传感器对环境参数进行检测，并将数据传输至控制器，计算出仔猪体感温度；(3)比较当前仔猪体感温度与当前日龄下仔猪体感温度区间大小，若高于当前日龄下仔猪体感温度区间上限，降低加热级别；若低于当前日龄下仔猪体感温度区间下限，升高加热级别；若位于当前仔猪体感温度区间内，维持加热等级；(4)等待检测间隔时间后，重复执行步骤(2)和(3)；(5)到达加热天数后，保温灯停止加热。本发明能够根据不同日龄下仔猪的适宜体感温度进行多级调控，既保证仔猪热舒适度，又降低保温灯和温度传感器的损坏率。

Description

一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法
技术领域
本发明涉及保温灯及控制方法，具体涉及一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法。
背景技术
在哺乳仔猪养殖过程中，冷热应激导致的仔猪压死率高、腹泻率高、采食量下降等问题影响着哺乳仔猪的生长。为了解决上述问题，养殖场纷纷对仔猪生活的小环境进行温度控制，以达到仔猪对于温度的需求。
在现有的生猪规模化养殖过程中，母猪分娩舍主要使用传统保温灯对哺乳仔猪小环境进行加热，而传统保温灯均为三档调节，即全功率运行、半功率运行和空档运行。该种类型保温灯加热等级较少，温度调整繁琐不能满足哺乳仔猪实时环境温度需求。
申请公布号为“CN110050711A”的发明申请公开了“一种仔猪智能保温装置”，该装置包括用于容纳仔猪的保温室，保温室内设置有检测温度大小的温度探头。控制模块接收温度探头检测的温度数据，并根据接收的数据调节保温灯功率大小。该仔猪智能保温装置可以实现保温室内的温度自动控制。但是该保温装置仍然存在以下不足：保温装置依据仔猪不同日龄下适宜环境温度控制保温灯功率大小；温度探头放置于保温室内容易遭到仔猪啃咬，保温装置损坏率升高；控制器只能控制其对应的保温装置，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种哺乳仔猪智能保温装置及控制方法，该保温装置及控制方法能够实时根据不同日龄下哺乳仔猪适宜体感温度自动进行多级调控，既保证了哺乳仔猪整个生长阶段的热舒适度，又有效避免启停控制下保温灯泡的频繁损坏。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种哺乳仔猪智能保温装置，包括保温灯、传感器和控制器；
所述控制器分别与保温灯和传感器电连接；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和风速传感器。
本发明的一个优选方案，其中，所述保温灯设有多个且同时与一个控制器连接。这样，采用集群控制，单个控制器连接多个保温灯，可有效降低成本。
本发明的一个优选方案，其中，所述控制器采用数码管显示和按键控制，其中，数码管用于显示环境温度、适宜体感温度、当前体感温度、温度修正值。
进一步，所述温度修正值可由工作人员根据实际情况通过按键对所控仔猪体感温度进行调整。
一种哺乳仔猪智能保温控制方法，包括以下步骤：
(1)对控制器进行初始化，设置加热天数、不同日龄下哺乳仔猪适宜的体感温度区间和检测间隔时间，保温灯进入初始加热等级；
(2)通过温度传感器、湿度传感器、风速传感器对周围环境的温度、湿度和风速进行实时检测，并将检测到的数据传输至控制器；控制器结合当前保温灯的加热功率，计算出当前环境参数下哺乳仔猪体感温度；
(3)比较当前环境参数下哺乳仔猪体感温度与当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间大小，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则保温灯的加热级别降低一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则保温灯的加热级别升高一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度处于当前哺乳仔猪体感温度区间内，则保温灯维持原加热等级；
(4)等待检测间隔时间后，重复执行步骤(2)和(3)；
(5)到达加热天数后，保温灯停止加热。
本发明的一个优选方案，在步骤(1)中，所述初始加热等级为保温灯的最高加热等级，此时保温灯以全功率进行加热。
本发明的一个优选方案，在步骤(3)中，所述加热级别为最高加热等级时，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则保温灯仍保持当前加热等级加热；
所述加热级别为最低加热等级时，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则保温灯仍保持当前加热等级加热。
本发明的一个优选方案，在步骤(3)中，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝Tr+Tu-Tv；
式中，Tpig为哺乳仔猪的体感温度，Tr为平均辐射温度，Tu为湿度修正值，Tv为风速修正值。
进一步，所述平均辐射温度Tr通过以下方法获得：
搭建保温灯辐射传热模型，测量所处环境所有表面的面积Aj、吸收率εj和表面温度Tj，其中表面数定为k个，Aj、εj和Tj分别表示第j个表面的面积、吸收率和表面温度，j≤k；
结合上述参数，通过以下公式求得平均辐射温度Tr：
Figure BDA0003633232550000031
进一步，所述平均辐射温度Tr与保温灯功率P和环境空气温度Th的关系为：
Tr＝aP+bTh+C；
式中，a、b、C均为常数。
进一步，所述湿度修正值Tu通过以下公式获得：
Tu＝a(Th-30)(RH-0.7)；
式中，a为常数，RH为环境相对湿度。
进一步，所述风速修正值Tv通过以下公式获得：
Tv＝βv2+θv-η；
式中，β、θ、η均为常数。
进一步，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝aP+bTh+C+a(Th-30)(RH-0.7)-(βv2+θv-η)。
进一步，令K＝C+η，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝aP+bTh+a(Th-30)(RH-0.7)-βv2-θv+K。
进一步，利用哺乳仔猪的体感温度的计算公式，计算哺乳仔猪不同日龄不同环境参数下仔猪体感温度和产热量，获得不同日龄下哺乳仔猪体感温度区间。
进一步，以哺乳仔猪体感温度为x轴，产热量为y轴做一次线性拟合，得到二者相关系数为-0.97，则认为该仔猪体感温度公式可信度较高。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能够实时根据不同日龄下哺乳仔猪适宜体感温度自动进行多级调控，既保证了哺乳仔猪整个生长阶段的热舒适度，又有效避免启停控制下保温灯泡的频繁损坏。
2、将温度传感器放置于分娩舍大环境中，避免了哺乳仔猪对温度传感器的啃咬。
附图说明
图1为本发明的哺乳仔猪智能保温装置的结构简图。
图2为本发明的哺乳仔猪智能保温控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1，本实施例的哺乳仔猪智能保温装置，包括保温灯5、控制器10、温度传感器7、湿度传感器6和风速传感器4。所述控制器采用数码管显示，显示内容分别为：环境温度1、适宜体感温度11、当前体感温度2、温度修正值9；所述温度修正值9可由按键8控制调整；所述保温灯5、风速传感器4、湿度传感器6、温度传感器7与控制器10相连接，温度传感器7、湿度传感器6和风速传感器4测量分娩舍环境中温、湿度和风速传输至控制器10，经控制器10处理后，控制分娩舍内所有保温灯5改变功率，以达到集群控制的目的。
参见图1，本实施例的哺乳仔猪智能保温控制方法，以1日龄仔猪为例，包括以下步骤：
(1)对控制器进行初始化，设置加热天数为21天、不同日龄下哺乳仔猪适宜体感温度区间和检测间隔时间10S，哺乳仔猪保温灯进入初始加热等级，即全功率加热。
(2)控制器获取当前保温灯加热等级，温度传感器、湿度传感器、风速传感器检测当前分娩舍环境下温度、湿度和风速，并将数据传输至智能保温灯控制器，控制器获取当前加热级别，计算后得到当前环境参数下哺乳仔猪体感温度。
(3)比较当前环境参数下哺乳仔猪体感温度与当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间大小，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则哺乳仔猪智能保温灯加热级别降低一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则哺乳仔猪智能保温灯加热级别升高一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度处于当前哺乳仔猪体感温度区间内，则哺乳仔猪智能保温灯维持原加热等级。
进一步，若当前加热等级为最高等级，且前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则所述保温灯维持最高加热等级；若当前加热等级为最低等级，且前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则所述保温灯维持最低加热等级。
(4)等待检测间隔时间10S后，重复执行(2)、(3)。
(5)保温灯加热21天后，停止对哺乳仔猪保温区域加热。
具体地，在步骤(3)中，哺乳仔猪的体感温度的计算方法为：
Tpig＝Tr+Tu-Tv。
式中，Tpig为哺乳仔猪的体感温度，Tr为平均辐射温度，Tu为湿度修正值，Tv为风速修正值。
进一步，所述平均辐射温度Tr通过以下方法获得：
搭建保温灯辐射传热模型，测量所处环境所有表面的面积Aj、吸收率εj和表面温度Tj，其中表面数定为k个，Aj、εj和Tj分别表示第j个表面的面积、吸收率和表面温度，j≤k。
结合上述参数，通过以下公式求得平均辐射温度Tr：
Figure BDA0003633232550000061
进一步，所述平均辐射温度Tr与保温灯功率P和环境空气温度Th的关系为：
Tr＝aP+bTh+C。
式中，a、b、C均为常数。
具体地，上述两个平均辐射温度Tr的公式，在同一环境参数下，两者数值一致。其中，通过大量试验，依据第一个公式得到的平均辐射温度值和各环境参数，利用matlab拟合得到第二个公式，相关系数为0.98，认为第二个公式可信度较高。进一步，体感温度公式采用第二个公式而非第一个，是因为第一个公式的参数在实际仔猪舍不易获取，第二个公式的参数极易获取，并且不会对仔猪造成影响。
进一步，所述湿度修正值Tu通过以下公式获得：
Tu＝a(Th-30)(RH-0.7)。
式中，a为常数，RH为环境相对湿度。
进一步，所述风速修正值Tv通过以下公式获得：
Tv＝βv2+θv-η。
式中，β、θ、η均为常数。
综上，Tpig＝aP+bTh+C+a(Th-30)(RH-0.7)-(βv2+θv-η)。
进一步，令K＝C+η，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝aP+bTh+a(Th-30)(RH-0.7)-βv2-θv+K。
利用该哺乳仔猪体感温度公式，计算哺乳仔猪不同日龄不同环境参数下仔猪体感温度和产热量，构建不同日龄的仔猪体感温度的区间模型；并以哺乳仔猪体感温度为x轴，产热量为y轴做一次线性拟合，得到二者相关系数为-0.97，则认为该仔猪体感温度公式可信度较高。
以保温灯功率为250W为例，分娩舍环境温度为23℃，相对湿度为70％，风速为1m/s，该环境参数下哺乳仔猪体感温度为：
Tpig＝Tr+Tu-Tv＝a×250+b×23+α(23-30)×(0.7-0.7)-β×12-θ×1+K。
其中，a、b、α、β、θ、K为常数，这里取a＝0.04，b＝0.95，α＝0.3，β＝0.2，θ＝1.5，K＝3；则哺乳仔猪体感温度为：
Tpig＝a×250+b×23+α(23-30)×(1-0.7)-β×12-θ×1+K；
＝0.04×250+0.95×23+0.3(23-30)×(0.7-0.7)-0.2×12-1.5×1+3；
＝34.02℃。
将34.02℃与当下日龄的哺乳仔猪体感温度的区间模型进行比较，若34.02℃高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则降低加热等级；若34.02℃低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则提高加热等级。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种哺乳仔猪智能保温装置，其特征在于，包括保温灯、传感器和控制器；
所述控制器分别与保温灯和传感器电连接；
所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和风速传感器。
2.一种哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对控制器进行初始化，设置加热天数、不同日龄下哺乳仔猪适宜的体感温度区间和检测间隔时间，保温灯进入初始加热等级；所述初始加热等级为保温灯的最高加热等级，此时保温灯以全功率进行加热；
(2)通过温度传感器、湿度传感器、风速传感器对周围环境的温度、湿度和风速进行实时检测，并将检测到的数据传输至控制器；控制器结合当前保温灯的加热功率，计算出当前环境参数下哺乳仔猪体感温度；
(3)比较当前环境参数下哺乳仔猪体感温度与当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间大小，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则保温灯的加热级别降低一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则保温灯的加热级别升高一级；若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度处于当前哺乳仔猪体感温度区间内，则保温灯维持原加热等级；
(4)等待检测间隔时间后，重复执行步骤(2)和(3)；
(5)到达加热天数后，保温灯停止加热。
3.根据权利要求2所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述加热级别为最高加热等级时，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度低于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间下限，则保温灯仍保持当前加热等级加热；
所述加热级别为最低加热等级时，若当前环境参数下哺乳仔猪体感温度高于当前日龄下哺乳仔猪体感温度区间上限，则保温灯仍保持当前加热等级加热。
4.根据权利要求2所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝Tr+Tu-Tv；
式中，Tpig为哺乳仔猪的体感温度，Tr为平均辐射温度，Tu为湿度修正值，Tv为风速修正值。
5.根据权利要求4所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，所述平均辐射温度Tr通过以下方法获得：
搭建保温灯辐射传热模型，测量所处环境所有表面的面积Aj、吸收率εj和表面温度Tj，其中表面数定为k个，Aj、εj和Tj分别表示第j个表面的面积、吸收率和表面温度，j≤k；
结合上述参数，通过以下公式求得平均辐射温度Tr：
Figure FDA0003633232540000021
6.根据权利要求4所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，所述平均辐射温度Tr与保温灯功率P和环境空气温度Th的关系为：
Tr＝aP+bTh+C；
式中，a、b、C均为常数。
7.根据权利要求4所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，所述湿度修正值Tu通过以下公式获得：
Tu＝a(Th-30)(RH-0.7)；
式中，a为常数，RH为环境相对湿度。
8.根据权利要求4所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，所述风速修正值Tv通过以下公式获得：
Tv＝βv2+θv-η；
式中，β、θ、η均为常数。
9.根据权利要求4所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝aP+bTh+C+a(Th-30)(RH-0.7)-(βv2+θv-η)；
令K＝C+η，哺乳仔猪的体感温度的计算公式为：
Tpig＝aP+bTh+a(Th-30)(RH-0.7)-βv2-θv+K。
10.根据权利要求9所述的哺乳仔猪智能保温控制方法，其特征在于，利用哺乳仔猪的体感温度的计算公式，计算哺乳仔猪不同日龄不同环境参数下仔猪体感温度和产热量，获得不同日龄下哺乳仔猪体感温度区间。
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