一种半开放式牛舍内的智能环控系统

1.本发明属于畜牧养殖技术领域，尤其涉及一种半开放式牛舍内的智能环控系统。


背景技术：

2.牛只在大规模的半开放式牛舍养殖时环境、设备存在问题，其中，温度、湿度、粉尘、喷淋设备易误触等。尤其是夏季的热应激问题，喷淋装置、风机设备出现故障，对牛只养殖生产造成经济损失。因此，规划好牛舍内的智能环控系统可降低牛场的运营风险。
3.目前，集中式的养殖牛场依简易机械喷淋、定速风扇等设备来改善畜牧养殖舍内的环境状况。基于环境温度的定速风扇和喷淋的方式较为初级的表现，依据环境温度值来控制整个喷淋和风机的开启，开启喷淋给牛只降温，开启风扇带走牛只体表的热量，从而达到降温的效果。但是牛只是移动的，经常出现牛只不在栏位，喷淋装置开启牛只不在栏位的情况，造成水资源的浪费，当排水系统不佳的情况下还可能导致牛舍大面积积水，滋生细菌，增加牛只疾病的风险。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提出了一种半开放式牛舍内的智能环控系统，以解决现有技术中存在的喷淋装置开启牛只不在栏位时造成水资源的浪费的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种半开放式牛舍内的智能环控系统，包括：
6.环境监测模块，用于检测牛舍的环境参数；
7.栏位检测模块，用于检测栏位中是否有牛，得到栏位检测结果；
8.喷淋模块，用于检测牛是否在喷淋区域，得到喷淋区域检测结果，并根据控制信号喷洒水；
9.风机模块，用于通过吹风更换牛舍内的空气；
10.mcu控制模块，分别与所述环境监测模块、栏位检测模块、喷淋模块和风机模块连接，用于将所述环境参数、栏位检测结果和喷淋区域检测结果转化为数字信号，根据所述数字信号向所述喷淋模块和风机模块发出控制信号，控制喷淋模块和风机模块的运行状态。
11.优选地，所述环境监测模块包括温湿度传感器、氨气浓度传感器和粉尘监测装置；
12.所述温湿度传感器用于检测牛舍内的温湿度；
13.所述氨气浓度传感器用于检测牛舍内的氨气浓度；
14.所述粉尘监测装置用于检测牛舍内的粉尘浓度。
15.优选地，所述栏位检测模块包括牛栏杆和第一红外传感器；
16.所述牛栏杆用于搭建栏位；
17.所述第一红外传感器用于检测栏位内是否有牛。
18.优选地，所述第一红外传感器安装于牛栏杆中。
19.优选地，所述牛栏杆为模块式的拼接栏杆，并在栏杆上预留第一红外传感器检查口。
20.优选地，所述喷淋模块包括喷嘴、电磁阀体和第二红外传感器；
21.所述喷嘴用于喷水；
22.所述电磁阀体用于控制所述喷嘴的流量；
23.所述第二红外传感器用于检测牛是否在喷淋区域内。
24.优选地，所述风机模块包括风扇和变频器；
25.所述风扇用于吹风；
26.所述变频器用于调节所述风扇的转速。
27.优选地，所述风机模块还包括电器柜，所述电器柜用于保护变频器。
28.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
29.本发明通过mcu控制单元协调所有工作任务，采集多传感器的数据通过加权平均融合算法进行数据优化，得到一定数值，反应牛舍各部分区域内的环境状态，提高对同一舍内的不同区域内的风扇、喷淋装置的控制精度，降低牛只热应激反应和疾病的风险。
附图说明
30.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
31.图1为本发明实施例的区域划分示意图；
32.图2为本发明实施例的智能环控系统的模块连接示意图；
33.图3为本发明实施例的智能环控系统自动/手动运行流程示意图；
34.图4为本发明实施例的智能环控系统中牛栏的设计图；
35.图5为本发明实施例的智能环控系统中喷淋装置的原理图；
36.图6为本发明实施例的智能环控系统的数据采集电路图；
37.其中，11、栏杆本体；12、牛只定位装置；13、电源线；14、接地线；15、信号线。
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
39.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
40.实施例一
41.如图2所示，本发明提出了一种半开放式牛舍智能环控系统，它包括牛舍栏杆、喷淋装置、风机装置、温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘传感器、mcu控制单元。
42.进一步的优化方案，所述的牛舍栏杆内设置有栏位检测装置，栏位检测装置用于判定牛只是否在栏位，将牛只在栏位的信号发送给mcu控制单元。
43.进一步的优化方案，上述的喷淋装置，安装在牛栏杆的上方，它包括：电磁阀、红外传感器、喷淋头。通过红外传感器判定牛只是否到达喷淋位置。设计电磁阀，通过电磁阀的阀芯的位置变化控制多个喷淋头的通断。
44.进一步的优化方案，上述的风机装置，它包括：风机本体、变频控制器。通过变频控
制器对风机做到启动保护、调节风机转速的作用。
45.进一步的优化方案，上述的mcu控制单元，获取温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘传感器的数字，以及栏位检测装置的信号，控制喷淋装置中电磁阀的通断、换向，风机装置的启停、变速。
46.进一步的优化方案，mcu控制单元可采用加权平均算法用于计算环境中的温湿度值、氨气浓度值、粉尘浓度值，较为准确的反应牛舍的实时状况。
47.进一步的优化方案，所述温湿度传感器、氨气传感器、粉尘传感器安装在牛舍牛只食草区、休息区、喷淋区域。传感器产生模拟信号，通过所述的mcu控制单元的对模拟信号进行模数转换，得到真实的数值。
48.进一步的优化方案，mcu控制模块计算一个传感器测量数据的测量平均值，即从若干个扫描周期的测量平均值，该平均值作为传感器的一次测量值：
[0049][0050]
其中，是第i个扫描周期内同一个区域内同种传感器中m个测量值的测量平均值，m是测量值的个数，s1+s2+
…
+sm是不同时刻下传感器单元m个测量值的总和。
[0051]
进一步的优化方案，所述mcu控制模块计算传感器测量平均值的均方差：
[0052][0053]
其中，是测量平均值的均方差，si(n)是第i个扫描周期内同一传感器中第n个测量数据，是第i个扫描周期内同一传感器中m个测量值的测量平均值，m是测量值的个数。
[0054]
进一步的优化方案，所述mcu控制模块对传感器单元测量平均值的均方差求取最优加权因子：
[0055][0056]
其中，wi是同区域内同种传感器第i个单元均方差的最优加权因子，k是各区域同种传感器的总数。
[0057]
进一步的优化方案，所述mcu控制模块模块通过最优加权因子求得同一区域内测量的参数的估计值：
[0058][0059]
其中，是参量融合估计值，k是该区域同种传感器单元的总个数，wi是同区域内同种传感器第i个单元均方差的最优加权因子，si是同区域内同一传感器的的估计值。
[0060]
实施例二
[0061]
如图1-2所示，一种半开放式牛舍的智能环控系统，包括温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘传感器、牛舍栏杆(栏杆本体11、牛只定位装置12)、喷淋装置(红外传感器、电磁阀、喷头)、风机装置(变频器、风机本体)、mcu控制模块；
[0062]
如图4所示，牛舍栏杆包括栏杆本体11、牛只定位装置12、电源线13、接地线14、信号线15，在栏杆本体内部安装牛只定位装置12，减少管线材料的应用，节约成本；
[0063]
喷淋装置包括红外传感器、电磁阀、喷头、水路管线，外置红外传感器用于感应牛只是否在到达喷淋头位置，到达位置后与牛栏定位装置为电磁阀的开关、换向提供指令执
行依据，喷淋装置原理如图5所示；
[0064]
可将这些装置和设备进行分类，数据采集器件：温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘传感器；执行器件：电磁阀、风机装置；控制处理模块：mcu控制模块，数据采集电路如图6所示；
[0065]
执行器件中的电磁阀与喷淋头相连、变频器与风机相连，电磁阀与变频器均与mcu模块相连，mcu对电磁阀、变频器发出控制信号，电磁阀控制喷淋头的换向，变频器控制风机的转速；
[0066]
控制处理模块与变频器、电磁阀相连，向变频器和电磁阀下达指令，控制处理模块还与温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘传感器等进行无线通讯，接收各传感器的参数值，并将传感器数据进行加自适应权算法处理，得到较为准确的环境参数值，将这些数据处理的结果存放在其内置的数据存储器中；通过这些数据，控制处理模块向变频器、电磁阀做出决策指令；控制处理模块用于检测并控制牛舍的风机、喷淋装置处于自动执行状态或手动状态，控制方法如图3所示；控制处理模块还拥有告警功能，并给出故障提示；
[0067]
mcu控制模块计算一个传感器测量数据的测量平均值，即从若干个扫描周期的测量平均值，该平均值作为传感器的一次测量值：
[0068][0069]
其中，是第i个扫描周期内同一个区域内同种传感器中m个测量值的测量平均值，m是测量值的个数，s1+s2+
…
+sm是不同时刻下传感器单元m个测量值的总和。
[0070]
mcu控制模块计算传感器测量平均值的均方差：
[0071][0072]
其中，是测量平均值的均方差，si(n)是第i个扫描周期内同一传感器中第n个测量数据，是第i个扫描周期内同一传感器中m个测量值的测量平均值，m是测量值的个数。
[0073]
mcu控制模块对传感器单元测量平均值的均方差求取最优加权因子：
[0074][0075]
其中，wi是同区域内同种传感器第i个单元均方差的最优加权因子，k是各区域同种传感器的总数。
[0076]
mcu控制模块模块通过最优加权因子求得同一区域内测量的参数的估计值：
[0077][0078]
其中，是参量融合估计值，k是该区域同种传感器单元的总个数，wi是同区域内同种传感器第i个单元均方差的最优加权因子，si是同区域内同一传感器的的估计值。
[0079]
以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，包括：环境监测模块，用于检测牛舍的环境参数；栏位检测模块，用于检测栏位中是否有牛，得到栏位检测结果；喷淋模块，用于检测牛是否在喷淋区域，得到喷淋区域检测结果，并根据控制信号喷洒水；风机模块，用于通过吹风更换牛舍内的空气；mcu控制模块，分别与所述环境监测模块、栏位检测模块、喷淋模块和风机模块连接，用于将所述环境参数、栏位检测结果和喷淋区域检测结果转化为数字信号，根据所述数字信号向所述喷淋模块和风机模块发出控制信号，控制喷淋模块和风机模块的运行状态。2.根据权利要求1所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述环境监测模块包括温湿度传感器、氨气浓度传感器和粉尘监测装置；所述温湿度传感器用于检测牛舍内的温湿度；所述氨气浓度传感器用于检测牛舍内的氨气浓度；所述粉尘监测装置用于检测牛舍内的粉尘浓度。3.根据权利要求1所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述栏位检测模块包括牛栏杆和第一红外传感器；所述牛栏杆用于搭建栏位；所述第一红外传感器用于检测栏位内是否有牛。4.根据权利要求3所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述第一红外传感器安装于牛栏杆中。5.根据权利要求3所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述牛栏杆为模块式的拼接栏杆，并在栏杆上预留第一红外传感器检查口。6.根据权利要求1所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述喷淋模块包括喷嘴、电磁阀体和第二红外传感器；所述喷嘴用于喷水；所述电磁阀体用于控制所述喷嘴的流量；所述第二红外传感器用于检测牛是否在喷淋区域内。7.根据权利要求1所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述风机模块包括风扇和变频器；所述风扇用于吹风；所述变频器用于调节所述风扇的转速。8.根据权利要求7所述的半开放式牛舍内的智能环控系统，其特征在于，所述风机模块还包括电器柜，所述电器柜用于保护变频器。

技术总结
本发明公开了一种半开放式牛舍内的智能环控系统，包括环境检测元件、栏位检测装置、喷淋控制单元、风机装置，其中，环境检测元件包括温湿度传感器、氨气浓度传感器、粉尘监测装置，栏位检测装置包括红外传感器，喷淋控制单元包括电磁阀体、喷头、红外传感器，风机装置包括变频器、风机本体；通过环境检测装置检测环境的温湿度、粉尘、氨气浓度信息，通过栏位检测装置检测牛只是否在栏位，将环境中获得的信息发送到MCU控制单元，由MCU控制单元控制阀体的开关时间、喷嘴的开度，风机的频率、转速。采用上述环控系统实现多个喷淋头的精准控制，有效的节约水电，降低舍内控制误触，做到节能减材。做到节能减材。做到节能减材。


技术研发人员：柏宗春 刘建龙 王建辉 田富洋 朱红宾 胡肄农 仇振升
受保护的技术使用者：山东农业大学 睢宁县畜牧兽医技术指导站 上海科湃腾信息科技有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/10/20