CN201860640U - 蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，包括智能化鸡笼、环境监测系统、上位机和下位机四个部分；智能化鸡笼和环境监测系统分别与下位机相连接；上位机与下位机之间通过现场总线相连接。本实用新型的系统以多个ATmega16芯片为从控节点进行数据采集，采用RS-485方式与中心节点进行信息通讯，使数据能实时传送给中央监控计算机，实现了蛋鸡体重、采食量、饮水量、排泄量、排泄次数、产蛋时间、蛋重等生产性能与舍内环境参数的实时监测。本系统的研制对家禽品系育种、饲料、营养等问题中精确、稳定、连续地记录各项参数、减小工作量以及鸡舍内环境自动检测控制具有特殊的现实意义。

Description

蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统

技术领域

本实用新型涉及畜禽养殖领域，特别涉及一种蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，应用于农林牧渔行业。 

背景技术

随着我国养鸡业的发展，一方面规模化、机械化的程度越来越高，生产率水平不断上升，传统手工管理已不能满足大、中型鸡场信息处理的需求；另一方面，计算机技术和自动控制技术与传统家禽养殖业逐步结合，使得对养鸡生产管理的应用进行系统综合成为可能。于是出现了利用现代传感技术、计算机技术、通讯技术以及因特网技术等搭建起的一个数字化养殖监控网络和信息汇集交互平台，这在很大程度上使养殖生产中的信息能够及时获取和流通，进而实现了鸡的生产方式从传统的以物流管理为核心到以信息流管理为核心的转变。 

环境控制对家禽生产的影响一直没有得到应有的重视，在基本解决了家禽良种引进、烈性传染病控制、营养和饲养技术等问题的前提下，鸡舍环境控制在家禽生产中起着非常重要的作用。良好的家禽生存环境是鸡群健康的前提，是提高生产性能的重要措施，是提高产品质量的保证。因此，规模化养鸡的环境控制技术要不断跟上现代养鸡生产的需要，适时调整养鸡环境控制的目标和策略，不断研究开发与应用新型的鸡舍环境控制技术与装备，为现代养鸡业的健康安全生产做好保驾护航和技术支撑作用。 

目前在家禽品系育种、饲料、营养等方面，蛋鸡的生产性能参数主要是靠手动测定，这样做不但耗费了大量的时间和精力，而且人工观察到的数据主观性强，不利于精确、稳定、连续地记录。因此，对蛋鸡的生产性能参数及鸡舍内环境参数的自动监测及控制就变得尤为重要。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统。 

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案达到的： 

一种蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，包括智能化鸡笼、环境监测系统、上位机和下位机四个部分；所述智能化鸡笼和所述环境监测系统分别与所述下位机相连接；所述上位机与所述下位机之间通过现场总线方式相连接。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述上位机包括命令发送系统、数据接收系统、数据显示系统和数据存储系统；所述下位机包括上位机指令接收系统、数据采集系统以及数据输出系统。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述智能化鸡笼包括鸡笼(含笼架)部分和蛋鸡生产性能个体记录系统。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述蛋鸡生产性能个体记录系统包括体重数据采集模块、采食量和采食频率数据采集模块、粪重数据采集模块、蛋重数据采集模块以及产蛋时间信息采集模块。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述体重数据采集模块包括可以升降移动的笼底和蛋鸡体重传感装置；所述采食量和采食频率数据采集模块包括独立的饲料盒、采食量传感装置以及饮水量传感装置；所述粪重数据采集模块包括接粪盘和排泄量传感装置；所述蛋重数据采集模块包括接蛋盒和蛋重传感装置；所述产蛋时间信息采集模块包括光电传感装置及传感装置支架。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述蛋重数据采集模块中的接蛋盒底部放置有塑料缓冲垫。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述上位机采用多个ATmega16芯片为从控节点进行数据采集，采用RS-485方式与中心节点进行信息通讯。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述上位机与所述下位机的通信协议采用Modbus协议。 

一种优选技术方案，其特征在于：所述环境监测系统包括环境监测箱，所述环境监测箱内设置有环境温度传感装置、环境湿度传感装置、有害气体(NH3、H2S、CO2)传感装置、光照传感装置、粉尘传感装置以及风速传感装置。 

有益效果： 

本实用新型的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统以多个ATmega16芯片为从控节点进行数据采集，采用RS-485方式与中心节点进行信息通讯，使数据能实时传送给中央监控计算机，实现了蛋鸡体重、采食量、饮水量、排泄量、排泄次数、产蛋时间、蛋重等生产性能与舍内环境参数的实时监测。本系统的研制对家禽品系育种、饲料、营养等问题中精确、稳定、连续地记录各项参数、减小工作量以及鸡舍内环境自动检测控制具有特殊的现实意义。 

下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。 

附图说明

图1是本实用新型的系统结构图。 

图2是本实用新型所用单片机主程序流程图。 

图3是本实用新型所用上位机的程序流程图。 

图4是本实用新型系统中采食和排泄量变化曲线图。 

图5是本实用新型系统中某天地下鸡舍外温湿度变化曲线图。 

图6是本实用新型系统中某天地下鸡舍内温湿度变化曲线图。 

图7是本实用新型系统中某天地下鸡舍氨气浓度变化曲线图。 

图8是本实用新型系统中地下鸡舍某天二氧化碳浓度变化曲线图。 

图9是本实用新型系统中地下鸡舍某天照度变化曲线图。 

图10是本实用新型系统中地下鸡舍某天风速变化曲线图。 

图11是本实用新型系统中地下鸡舍某天粉尘浓度变化曲线图。 

具体实施方式

本实用新型的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统包括智能化鸡笼、环境监测系统、上位机和下位机三个部分；所述智能化鸡笼和所述环境监测系统与所述下位机相连接；所述上位机与所述下位机之间通过现场总线方式相连接。本实用新型采用Atmeg16单片机为处理核心，检测蛋鸡生产性能参数和有害气体(NH₃，H₂S，CO₂)、温度、湿度、粉尘、风速、光照、噪声等环境参数。这些参数通过放大滤波电路处理后分别接到采集控制器的模拟量输入口，该采集控制器同时完成各参数的采集，将采集的实时数据通过RS-485通讯接口传送给远程计算机，远程计算机进行数据分析处理显示。图1是本实用新型的系统结构图。 

微处理器是整个系统的核心单元，主要完成对采样数据的数学处理、状态信息的逻辑推理以及与外部设备的信息交换。因此，对微处理器的选择既要考虑其运算速度、运算能力以及数据空间的容量，又要考虑I/O接口的驱动能力以及片内程序空间的容量。为此，本实用新型的系统选择了ATMEL公司开发的一种低能耗、低电压、高性能的8位AVR处理器ATmega16。ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达16MIPS/MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16具有很丰富资源，16K的FLASH程序空间，无论是在功能上还是处理速度性能都足以满足需要。ATmega16的主要特点： 

(1)高性能、低功耗的8位AVR微处理器； 

(2)先进的RISC结构：131条指令，大多数指令执行时间为单个时钟周期；32 个8位通用工作寄存器；全静态工作；工作于16MHz时性能高达16MIPS；只需两个时钟周期的硬件乘法器； 

(3)非易失性程序和数据存储器：16K字节的系统内可编程Flash，擦写寿命达10,000次；具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程；真正的同时读写操作；512字节的EEPROM，擦写寿命达100,00次；1K字节的片内SRAM；可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密； 

(4)JTAG接口(与IEEE1149.1标准兼容)：符合JTAG标准的边界扫描功能；支持扩展的片内调试功能；通过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位的编程； 

(5)外设特点：两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器；一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器；具有独立振荡器的实时计数器RTC；四通道PWM；8路10位ADC；8个单端通道，TQFP封装的7个差分通道；2个具有可编程增益(1x，10x，或200x)的差分通道；面向字节的两线接口；两个可编程的串行USART；可工作于主机/从机模式的SPI串行接口；具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器。 

(6)其他重要特点：上电复位以及可编程的掉电检测；片内经过标定的RC振荡器；片内/片外中断源；6种模式：空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、standby模式以及扩展的standby模式。综上分析，测试系统选择了ATmega16处理器。 

传感器位于测试设备的前端，是构成系统信号的采集窗口，为系统提供赖以处理和决策所必需的原始信息，它是联系电量与非电量的桥梁。传感器是直接感受被测量的一次仪表，其精度和速度等性能指标在很大程度上影响和决定了系统的性能。所以选择合适的传感器对于信号采集是非常重要的。 

(1)称重传感器选择 

本实用新型中生产性能参数中蛋鸡的体重，采食量，排泄量，饮水量、蛋重检测采用称重传感器来实现。表1为其参数表，称重传感器有4个信号线，分别是：白黑绿红，其中白线和黑线分别对应于输入信号正和负，而绿线和红线分别对应于输出正和输出负，这里的输入正和输入负分别指的是给传感器加的激励电压的正和负。输出的正负就是我们理解的输出信号线的正负。也就是说当给称重传感器的输入信号线加入电压时，它的输出信号线会跟着重物的变化输出产生电流，这是因为它内部是个全桥相等的电桥。称重传感器的重要参数是灵敏度。称重传感器在购买后存在一个参数灵敏度，此参数的作用是为方便确定后级放大电路的放大倍数。当 最大负载为10kg时(即称重传感器的满量程)，全桥接传感器具有2mV/V的额定满量程差动输出电压。要使传感器信号能够实现10Kg的精度，总共需要1万次计数。如果桥接传感器获得3V的激励电压，则满量程输出电压为：3Vx2mV/V＝6mV。 

表1  称重传感器参数表 

试验选取悬臂梁式称重传感器。它的特点是自然线性优良，抗侧向力好，独特的外形使得安装方便。可用于各类电子秤。高精度、低漂移、低外形、密封可靠、安装方便，而且经济使用。量程的选取：蛋鸡的体重，饮水量采用最大量程是8KG的传感器。蛋鸡的采食量，排泄量、蛋重采用最大量程是3KG的传感器。 

本实用新型中产蛋时间参数检测采用光电传感器来实现。光电开关它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化，以达到检测遮挡物体的目的由于光电开关输出回路和输入回路是光电隔离(即电绝缘)，所以它在工业控制领域得到很好的应用。光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测遮挡物体的有无。所有能反射光线的物体均可被检测(物体不限于金属)。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行检测。多数光电开关选用的是 波长接近可见光的红外线光波。本实用新型采用的光电开关是有效距离为15厘米的，而且它可以针对不同情况你可以自己调节它的反射距离。表2为光电开关的具体参数： 

表2  光电开关的具体参数 

环境参数传感器选择 

温湿度：北京衡源网联科技发展有限公司提供的变送器。 

-湿度测量范围：0～100％RH； 

-温度测量范围：-10～+60℃； 

-湿度测量精度：±3.0％RH 

-温度测量精度：±0.4℃ 

NH₃传感器：采用德国进口半导体氨气传感器NH₃-303，该传感器不受H₂S干扰，不会被高浓度氨气毒死，环境温度变化影响小，检测量程0-30ppm。 

H₂S：采用美国进口半导体氨气传感器H₂S-302，该传感器响应、恢复快，工作环境适应好，长期稳定性好。检测量程0-30ppm。 

CO₂传感器：采用二氧化碳传感器BMG-CO₂-NDIR，在进口红外二氧化碳传感器基础上设计的一款专门用于在农业等多种高湿场合使用的产品。该产品采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。 

粉尘传感器：采用北京衡源网联科技发展有限公司提供的变送器。量程：0-8.8千粒/升。 

风速传感器：采用北京衡源网联科技发展有限公司提供的变送器。量程：0-10m/s。 

ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。属于ATmega系列单片机的一个子集，其内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路，丰富的I/O口资源。 

(1)系统时钟的选择 

ADC具有专门的时钟，AVR芯片ATmega16有如下几种通过Flash熔丝位选择的时钟源，如表3所示。时钟输入到AVR单片机的时钟发生器，再分配到相应的模块。 

表3  时钟源的选择 

ATmega16已经内置RC振荡线路，可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率。不过，内置的只是RC振荡器，在一些要求较高的场合，比如需要比较精确的波特率时，一般使用外部的晶振线路。XTALI与XTALZ引脚分别是片内振荡器的反向放大器输入、输出端。这个振荡器可以使用石英晶体，也可以使用陶瓷谐振器。本实用新型系统采用外部4M晶振，9600波特率。 

AD转换电源的降噪设计： 

为减小AD转换的电源干扰，ATmega16芯片有独立的AD电源供电。ADC由AVCC 引脚单独提供电源。 

ATmega16内带2.56v标准参考电压。也可以从外面输入参考电压，一般应使用内部自带的参考电压已经足够。通常采用在VCC串上一只10uH的电感(L1)，然后接一只0.1uF的电容到地(C3)，这样可以更好地抑制噪声。本实用新型采用外接5V参考电压。 

复位电路的设计： 

ATmega16已经内置了上电复位逻辑。并且在熔丝位里，可以控制复位的额外时间，故AVR外部的复位线路在上电时，可以设计得很简单：通过阻容复位电路实现。 

为了增强可靠性，再加上一只1uF的电容(C30)以消除干扰、杂波。D3(取4148)的作用有两个：一是将复位输入的最高电压钳制在VCC0.5V左右，二是系统断电时，将RO(10k)电阻短路，让CO快速放电，在下一次上电时，能产生有效的复位。当AVR单片机在工作时，按下RESET开关时，复位脚变成低电平，触发VR单片机芯片复位。复位时所有的I/O寄存器都被设置为初始值，程序从复位向量处开始执行。I/O端口立即复位为初始值。此时不要求任何时钟处于正常运行状态。常见的复位源有上电复位、外部复位、看门狗复位、掉电检测复位与JTAG AVR复位五种复位源。复位电路只在试验调试过程中使用，在实际应用中，不需要这个外围电路，直接用看门狗来控制AVR单片机的复位。 

传感器放大电路设计： 

信号放大电路采用差分的方式将数据输送到仪表放大器AD620中，AD620允许使用单个增益设置电阻进行增益编程，在无外接电阻条件下，AD620被设置为单位增益(G＝1)，在接入外接电阻后，AD620可编程设置增益，其增益最高可达1000倍。AD620可取代分立的仪表放大器设计，且在最小的空间内提供很好的线性度、温度稳定性和可靠性。差分输出为式(2-4)，然后把数据传输到CPU中进行模数转换、数据处理。 

传感器选择12V供电电压，蛋鸡的采食量、排泄量、蛋重采用最大量程是3KG的传感器，传感器精度为2MV/V则放大倍数计算如下： 

采食、排泄、体重的放大倍数：蛋鸡的体重，饮水量采用最大量程是8KG的传感器，满量程输出为2mv/v*12v＝24mv；采食、排泄按照4KG放大，放大倍数为5V/12mv＝417倍，再根据AD620的放大倍数公式 

$G=1+\frac{49.4k}{R_G}$

所以RG＝119欧。 

体重量程按照8KG放大，计算如下：2mv/v*12v＝24mv，放大倍数为：G＝5/24＝208倍，根据AD620的放大倍数公式基数按电阻采用238欧。 

上位机通讯电路设计： 

蛋鸡生产性能参数和舍内环境参数采集系统为了更好地储存分析处理数据，需要把数据传输给上位机进行分析处理。因此数据通讯部分在整个系统中占有重要的地位，关系到数据能否准确无误地传输，由于串行数据通信的简单易用，在工业上一般使用串行通信作为数据交换的手段。本实用新型设计的测试系统采取的是RS-485串行通讯方式。采用RS-485最大的优点在于它的多点总线互连功能，它可以连接一台主机和多台终端同时通信，由于它是半双工的，同时只能有一方发送，一方接收，而且它采用差动电平接收的方法来提高抗干扰能力，适合在比较恶劣的环境下工作，因为在同一对电缆中所受到的干扰是很类似的，采用差动方法可以用作差的方法将干扰抵销一大部分。 

通信协议的制定： 

(1)通信双方的串行波特率为9600bit/s。 

(2)发送数据的方式为一次2个字节的二进制的数，先发AA握手信号，如果此信号双方确认后在发送下一个2字节的数，下两字节为机号，再下边就是测量数据，占4个字节，再发送是校验码。校验码格式为前4个字节的和，最后是机号跟一个结束码ee。具体格式如下： 

测体重：收到数据(aa，01，a1，ee)，发送(aa，01，a1，x1，x2，x3，ee)。 

采食量：收到数据(aa，01，a2，ee)，发送(aa，01，a2，y1，y2，y3，ee)。 

蛋重：(aa，01，a3，ee)，发送(aa，01，a3，y1，y2，y3，ee)。 

采食频率：收到数据(aa，01，a3，ee)，发送采食频率数(aa，01，a5，z1，z2，z3，ee)。计数器清零。开始重新测试。 

排泄量：收到数据(aa，01，a6，ee)，发送(aa，01，a6，u1，u2，u3，ee)。 

饮水量：收到数据(aa，01，a7，ee)，发送(aa，01，a7，v1，v2，v3，ee)。 

(1)工作方式选择：PC机采用查询方式单片机采用中断方式以提高效率。 

(2)功能标志：发送请求标志#OF1H，接收请求标志#OFFH。 

(3)校验：通信双方采用求和校验的方式，即发送一串字符，双方计算累加和，在主控机(PC机)比较，不等则认为有错，优点为速度快，程序处理简单；缺点是不能纠错，例如：不能区别出0001和0010。但是考虑到RS-485通信可靠性很高，这样的情况发生的概率很小，即使发生了，再发一遍也可以解决问题。 

在设计系统时，软件设计和硬件设计需要互相配合，综合考虑，要充分利用硬 件和软件各自的优势，当硬件资源有限时，可以通过软件编程来补充。在硬件平台设计完成后，测试仪系统的功能就需要软件来具体实现。一般来说，软件的功能可分为两大类，一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、数据处理、显示、输出控制等；另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统中充当组织调度角色。软件系统设计包括上位机软件和下位机软件设计。 

下位机软件设计： 

下位机软件设计采用结构化和模块化设计。系统中主程序主要完成系统自检、初始化以及协调各功能模块等功能。各功能模块主要完成接收上位机指令、对所测信号进行采样、输出给上位机等功能。 

AVR单片机主程序流程图如图2所示，它是主控系统的核心部分，负责整个系统的总体协调和控制功能的实现。主要包括： 

(1)整机初始化程序：包含了整个监测系统的初始化，串口设置的初始化，测量初始化，外部中断设置。 

(2)模数转换程序：负责把体重，排泄，采食的模拟电压转换成数字量，由于ATmega16中嵌入了一个8路10位逐次比较的A/D转换电路，所以省去外接扩张A/D芯片了，转换后的数字量为10位2进制数，数字的范围为0-1023。ATmega16中的10位A/D转换电路由多路切换开关、放大器、10位ADC转换逻辑电路、控制寄存器等组成。模数转换采用的参考电压有2种，与A/D转换有关的引脚有模拟地(AGND)，模拟电源(AV_CC)，参考电压(AREF)，模拟量输入通道PA0-PA7，引脚名为ADC0-ADC7。应用电路中所有的模拟地应集中一起后，一个单点与数字地连接。AV_CC与VCC差值应小于0.3V。可通过RC滤波网络与V_CC连接；参考电压AREF的电压范围在AGND-AV_CC之间，AREF的大小决定了转换电压范围。8个模拟输入通道用的是PA口，它是一个双功能口，既可以作普通的I/O接口也可做模拟量输入口。可以用其中的几路作模拟量输入口，其它几路做一般的I/O口。模拟量输入引脚上电压的范围在AGND-AREF之间是有效的。AD转换的参考电压有两种方式：一种是内部参考电压，选用内部2.56V电压做参考电压，AREF引脚接电容，另一种是采用AVCC电压做参考电压，AREF引脚接电容。本系统采用后者即采用外部5V作为参考电压。 

(3)电源管理程序：包括电源管理的初始化，各主要芯片的输出电源的开关，外部电源情况的监控，在无任务状态时进入节电模式等。 

(4)串行通信程序：主从机通过串行通信程序进行信息交换，为此必须完成主从机通信协议，实现主从机间的准确传输。 

上位机软件设计： 

软件系统采用C#编程，C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NETFramework之上的高级程序设计语言。C#的一些突出的特点： 

●简洁的语法 

●精心地面向对象设计 

●与Web的紧密结合 

●完整的安全性与错误处理 

●版本处理技术 

●灵活性与兼容性 

在C#编程环境下，设计并开发了蛋鸡生产性能个体记录与舍内环境自动监测控制系统，实现了生产性能参数与舍内环境参数自动采集、处理、显示。本实用新型所用上位机的程序流程图如图3所示。 

智能鸡笼主体分为鸡笼(含笼架)部分和信息采集部分两大组成部件。 

鸡笼采用单笼设计，每个单笼长20cm，宽37cm，前高37.5cm，后高34cm。近似于群体生活时单鸡所占的空间。单鸡单笼，便于采集个体的数据。每个独立的空间之间相距2cm，便于操作，利于通风和采光。 

鸡笼侧面采用冲圆角方形孔的薄钢板(板厚0.6mm)代替网子做成隔板，能有效防止两笼鸡的互斗，此外对保持蛋鸡的安静提高鸡舍里的换气性能也都有很大好处。 

鸡笼架采用不锈钢材质焊接成，整体美观轻便。结构上采用横梁托底式结构替代现有的悬挂式结构，有效增加了强度，防止笼体变形，避免出现下沉弯曲的现象。整架半阶梯式结构，采光充分，通风良好。 

信息采集部分： 

信息采集包括以下组成部分：体重数据采集模块、采食量和采食频率数据采集模块、粪重数据采集模块、蛋重数据采集模块、产蛋时间信息采集模块。这四个模块可以根据具体的研究情况需要而定制使用。 

体重数据采集模块：由可升降移动的笼底和蛋鸡体重传感装置组成，需要测量体重时升降器将笼底顶起，测完体重再降下，让笼底保持自然滚蛋角。 

采食量和采食频率数据采集模块：由独立的饲料盒、采食量传感装置以及饮水量传感装置组成，饲料盒外设置放置标签卡片的卡片槽，便于记录信息。在笼架上焊接有料槽托，料槽不承担鸡笼的重量。料槽可以选用较薄的塑料制成，降低总体成本。上电后系统自动检测料槽重量，并且实时测初值，超过某一重量初值，单片 机计数器加1，得到采食频率数据。 

粪重数据采集模块：由接粪盘和称重传感器组成。接粪盘采用铁盘喷塑制作工艺，防腐蚀性强。尺寸为22*40*2.5cm，略大于笼底面积，便于最大程度收集粪便，减小数据采集误差。 

蛋重数据采集模块：由接蛋盒和称重传感器组成，接蛋盒内底放置塑料缓冲垫，保护鸡蛋，防止外壳损伤。 

产蛋时间信息采集模块：由光电传感器及传感器支架构成。 

在每个采集模块中，传感器置于塑料盒内，与采集容器采用燕尾槽嵌入式结构，便于拆装、方便使用。 

信息采集部分整体采用抽拉结构固定于笼架上，方便对传感器及其附件的安装和维护。 

智能鸡笼产品造型特点： 

智能鸡笼整体形态由技术和艺术两个来衡量。形态设计涉及到机械设计、材料力学、金属工艺学、机电基础、塑料成型技术、先进制造技术、产品造型设计、人体工程学、计算机科学与技术、工程材料、制造技术基础等技术知识。 

智能鸡笼的造型设计本着为功能服务的原则，特别重视实用性、结构性、经济性、可靠性等科学要求，严格遵循工业设计原则，使其形象所具有的功能适应使用的需要，表现的式样、形态、风格、气氛给人以美的感觉和艺术享受，美化蛋鸡饲养环境。 

智能鸡笼的设计在程序上遵循“双向设计”原则，即根据外部技术要求因素，结合内部工程结构设计进行整体造型设计，这样才能够实现造型与功能的完美统一，创造出实用美观的新颖产品。 

整体高度按照普通人身高尺寸来设计，以方便操作。采用单元式结构设计，便于组装，简单易用。笼架与信息采集架的主框架采用3cm的铁质方管，质量轻，承重大，结构稳。方管表面喷塑处理，美观、防腐、防锈。传感器外盒及采集容器注塑成型，成本低，易加工。 

系统调试包括硬件调试、软件调试和软硬件联合调试三个部分。其中硬件调试在电路板上进行；软件调试在微机C#环境下进行。检查电路板上各芯片工作是否正常，功能是否正确，性能是否符合系统要求。需要调试的主要芯片有电源芯片、驱动电路芯片、TEC电路芯片、A/D转换芯片等。检查芯片的工作是否正常非常重要，保证芯片的正常工作是下一步调试的必要条件。板子焊完后首先要检查芯片的每个引脚与焊盘之间有没有虚焊，其次要检查芯片各相邻引脚是否有短路，最后主要检 查每个芯片的电源、地和信号管脚之间的连线是否正确。只有在确定各引脚没有虚焊，相邻引脚没有短路，各芯片电源与地都接通无误，才能上电进一步检测芯片的功能是否正确。 

1.系统硬件调试 

数据采集系统硬件电路设计，各器件焊接完成后，需要根据实际应用，对电路板各功能模块，器件连接等电气特性进行仔细调试。 

(1)主放大电路调试 

完成功能有：将前方出来的微弱信号进行再次放大，并且滤波成形。测试采用本院模拟电子技术试验室试验箱发出的信号，采用TDS2002示波器观察模拟板的每个重要节点及输出信号。测试结果如表4所示。 

表4  主放大电路测试结果 

(2)串口电路调试 

这部分调试的目的是为了检查串口通信电路是否能正常工作，同时也能检查单片机内部工作是否正常。检测的方法是：向单片机里写入调试程序，在PC机上通过串口调试软件想单片机发命令“aa01a1ee”观察能否收到单片机所发来返回字符串“aa，01，a1，x1，x2，x3，ee”。经试验证明，在串口调试工具SSCOM3.2中观察到的接收数据与发送数据一致。这说明串口电路工作正常，同时也证明了单片机的工作也正常。 

2.鸡笼初始值标定 

采用试验所建立的基于单片机和PC机的智能鸡舍蛋鸡自动采集系统。试验开始后，每天24小时进行记录。首先用调试助手对食槽、排泄的托盘以及水箱的空载进行测量，在分别用砝码加重物，求出各参数的函数曲线，砝码重量的变化从0到500g变化，最后用MATALAB绘制出其曲线，记录函数，并把此函数存入到HNCOOP程序中去在这段时间，软件系统将记录前日剩余饲料的重量、空槽的重量、添加新鲜饲料后的食槽重量。软件会自动生成每天的记录结果存到数据库中，可以通过自己开发的HENCOOP软件进行检测和查询。在每天早晨8:00-9:00之间同时把饲料料 槽和排泄的托盘拿下后称重，计算其排泄量和采食量，同时和计算机的计算量进行比较。表5为其中一个蛋鸡初始值的标定。 

表5  初始值的标定 

3.结果与分析 

(1)智能鸡笼数据分析 

试验期间定期对参数进行检测，包括采食、排泄量的验证，每隔4小时取下料槽，排泄托盘用电子秤称其现在的重量来检验检测数据，分析误差，改进设备。表格6是其中4只鸡采食量平均值的比较，实际值是人工拿电子秤进行检测的，测量值则是计算机采集系统自动记录数据。 

结果表明：本系统采食量相对误差2.14±1.96％；排泄量相对误差2.50±2.38％；蛋重相对误差1.32±1.23％；间歇光照试验中产蛋时间变化曲线数据稳定，数据与人工监测结果一致。图4是本实用新型系统中采食和排泄量变化曲线图。 

表6  采食量对比表 

表7  排泄量对比表 

(2)环境检测箱数据分析 

试验在河北省藁城市半地下鸡舍进行测试(2010年7月18日-20日)，利用环境检测箱连续三天监测舍内外温湿度，氨气、二氧化碳、粉尘、风速、光照变化情况。图5是本实用新型系统中鸡舍某天的外温湿度变化曲线图；图6是本实用新型系统中鸡舍某天的内温湿度变化曲线图；图7是本实用新型系统中地下鸡舍某天氨气浓度变化曲线图；图8是本实用新型系统中地下鸡舍某天二氧化碳浓度变化曲线图；图9是本实用新型系统中地下鸡舍某天照度变化曲线图；图10是本实用新型系统中地下鸡舍某天风速变化曲线图；图11是本实用新型系统中地下鸡舍某天粉尘浓度变化曲线图。 

本实用新型的有益效果： 

本实用新型应用于农林牧渔行业，畜禽养殖领域。自动监测控制包括新型智能化鸡笼、环境监测系统、上位机和下位机四部分：上位机主要是发送命令，接收数据，显示数据，存储数据，下位机主要是采集鸡舍内的温湿度、有害气体(NH₃、H₂S、CO₂)、光照、粉尘、风速和蛋鸡体重、采食量、饮水量、排泄量、蛋重、产蛋时间等参数。上位机与下位机之间的通信采用现场总线的方式。新型智能化鸡笼设计保留了传统鸡笼主要结构，方便安装各种传感器。 

该系统方便、准确记录单只蛋鸡的生产性能参数和舍内温度、湿度、有害气体浓度等环境参数的变化，解决手动测定各种指标不准确，减少对鸡造成应激等问题；该系统能根据用户设定的采集频率方便、实时记录不同环境下每个蛋鸡的生产性能参数的变化，既可应用于现代化养鸡场的生产记录、环境控制、又可以用于大专院校、科研院所的试验研究。 

Claims (9)

1.一种蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：包括智能化鸡笼、环境监测系统、上位机和下位机四个部分；所述智能化鸡笼和所述环境监测系统分别与所述下位机相连接；所述上位机与所述下位机之间通过现场总线相连接。

2.根据权利要求1所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述上位机包括命令发送系统、数据接收系统、数据显示系统和数据存储系统；所述下位机包括上位机指令接收系统、数据采集系统以及数据输出系统。

3.根据权利要求1所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述智能化鸡笼包括鸡笼部分和蛋鸡生产性能个体记录系统。

4.根据权利要求3所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述蛋鸡生产性能个体记录系统包括体重数据采集模块、采食量和采食频率数据采集模块、粪重数据采集模块、蛋重数据采集模块以及产蛋时间信息采集模块。

5.根据权利要求4所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述体重数据采集模块包括可升降移动的笼底和蛋鸡体重传感装置；所述采食量和采食频率数据采集模块包括独立的饲料盒、采食量传感装置以及饮水量传感装置；所述粪重数据采集模块包括接粪盘和排泄量传感装置；所述蛋重数据采集模块包括接蛋盒和蛋重传感装置；所述产蛋时间信息采集模块包括光电传感装置及传感装置支架。

6.根据权利要求5所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述蛋重数据采集模块中的接蛋盒底部放置有塑料缓冲垫。

7.根据权利要求1所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述上位机采用多个ATmega16芯片为从控节点进行数据采集，采用RS-485方式与中心节点进行信息通讯。

8.根据权利要求1所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述环境监测系统包括环境监测箱，所述环境监测箱内设置有环境温度传感装置、环境湿度传感装置、有害气体传感装置、光照传感装置、粉尘传感装置以及风速传感装置。

9.根据权利要求8所述的蛋鸡生产性能个体记录与鸡舍环境自动监测系统，其特征在于：所述有害气体为NH₃、H₂S或CO₂。 

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