生猪智能养殖装备设计思路及传感器选用

房强

摘要：研发绿色智能养殖饲喂、环控、采集、粪污利用等装备，是生猪养殖业未来发展趋势。根据当前生猪养殖需求，提出生猪智能养殖设备设计思路，分析其结构组成及工作原理，提出传感器的选用方向，为生猪智能养殖设备的设计提供借鉴。

关键词：生猪;智能养殖;设计;传感器

中图分类号：S817.3;TP212.9    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）01-0032-02

收稿日期：2021-12-28

作者简介：房 强（1989—），男，硕士，工程师，从事农业机械化设计与研究工作。

到2020年底，我国畜禽养殖规模化率达到64.5%，规模养殖场相关设施装备配套率达到93%，在自动化养殖方面取得了重大成绩。我国“十四五”规划要求在畜禽圈养、自动饲喂、疾病防控等设施设备上加快建设，继续研发绿色智能养殖饲喂、环控、采集、粪污利用等装备，以达到智能化养殖的目标。以辽宁为例，2020年全省新改扩建养猪场370个，生猪产能逐步恢复到疫情前存栏数量，但智能养殖机械化尚未跟上畜牧养殖业的快速发展步伐，相关设备研究亟待加强。结合当前生猪养殖迫切需求，提出生猪智能养殖设备设计思路，分析传感器的选用，为生猪智能养殖设备设计生产提供借鉴。

1 生猪智能养殖设备的设计思路

生猪养殖需求主要包括适宜的光照、温度、湿度，及时排出氨气、硫化氢、甲烷、二氧化碳等有害气体，自动化喂料等。生猪养殖智能化设计思路如图1所示。

生猪智能养殖装备主要由传感器、控制单元、人机交互、执行器4个部分组成，其工作原理是根据传感器采集到的相关信息或人为发出的控制指令，通过通信协议传输到控制系统中，再经过软硬件响应计算发出控制指令，控制执行器工作，從而达到设计所需的技术要求。具体工作过程是通过光照、温度、湿度、氨气等传感器来识别环境中的光照强度、温湿度、氨气含量等环境信息，并将其转化为模拟信号或数字信号，由有线或无线协议输入到控制单元。然后，控制单元利用自身软硬件系统进行计算，得出某项环境信息不适宜生猪生长，并通过控制单元向执行器发出控制指令，打开或关闭执行器开关，改变猪舍相应环境指标，使其利于生猪生长。饲养员若想控制某一执行器开关，可使用人机交互的电脑、手机或开关直接发出命令，通过控制单元控制执行器工作。

2传感器的选用

2.1 温湿度传感器

选用DHT11温湿度传感器，如图2所示。

这是集温度、湿度测量于一体的数字信号传感器，具有高可靠性、工作稳定、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高的特点，由1个NTC（负温度系数热敏电阻）测温元件、1个电容式感湿元件、1个8位单片机相组成 ，4针单排引脚封装，测量温度范围为-20～60 ℃。单线制串行接口，接线方便。

2.2 光照传感器

选用BH1750光照传感器，如图3所示。

BH1750光照传感器是一种双线式串行总线的数字信号传感器，由高精度光敏二极管检测光照产生不同电流，经运算放大器放大为电压值，经AD转换后进行数据处理，由I2C总线传输，输出对应数字信号。该传感器对光谱感应十分灵敏，支持I2 BUS接口，输出对应亮度的数字信号，受红外线影响非常小，测量误差控制在±20%内。

2.3 氨气传感器

选用TGS826氨气传感器，如图4所示。

该传感器由二氧化锡半导体构成，其特点是在无氨气的环境中电阻值很大，而在有一定氨气浓度的环境下电阻会下降。这种传感器对氨气检测灵敏度高，能对低至30 ppm浓度的氨气快速检测，并通过上拉电阻或下拉电阻输出模拟值。底座由陶瓷制成，不易腐蚀。应用电路简单，受温湿度影响较低，适于各类复杂环境。

2.4 液位传感器

选用 CSW01非接触液体的水位检测芯片，如图5所示。

这种液位传感器采用电容感应原理，对被检测液体上电与否均能精确检测出液面高度。内部集成IC，能做到智能识别。非接触式检测有利于防止传感器感应头损坏或腐蚀，具有寿命长、性价比高、低功耗等优点，并可输出数字信号，易于连接使用。

3 结语

生猪智能养殖是未来畜牧养殖业的发展趋势，许多科研人员开启规模化智能养殖研究，通过大数据、图像识别、语言识别、物流算法等智能运用，探索效率提高、风险可控的生猪养殖新模式。建议在原有养殖机械化自动化基础上，继续开展智能化设备的创新与应用，加快智能养殖业的发展步伐。而且，随着传感器技术的进步及其性能的提升，这类设备必将广泛应用于智能养殖业，推动畜牧业提质增效。此外，还要将控制单元选用及算法与现代通信协议充分融合，在人机交互领域加强科技创新，以达到通过手机APP、电脑等设备即可实现有线、无线、远程等智能养殖控制的目的。

参考文献

[1] 刘会哲.基于ZigBee和组态技术的智能养殖场控制系统[D].天津：天津科技大学，2017.

[2] 曾春奇.智能养猪试验测定系统的设计及高精度称重算法研究[D].深圳：深圳大学，2018.

[3] 董向辉.智能化畜禽养殖笼的设计研究[J].农业科技与装备，2019（6）：14-15+18.

[4] 肖和良.人工智能养猪设计原理、资源配置研究及发展前景[J].今日养猪业，2019（5）：30-34.

Design Idea and Sensor Selection of Intelligent Pig Breeding Equipment

FANG Qiang

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Research and development of green and intelligent breeding equipment for feeding， environmental control， collection and manure utilization is the future development trend of pig breeding industry. According to the current requirements of pig breeding， this paper put forward the design idea of intelligent pig breeding equipment， analyzed its structure and working principle， and proposed the selection direction of sensors， providing reference for the design of intelligent pig breeding equipment.

Key words： pig; intelligent breeding; design; sensorBB7850AE-A12D-4AB7-9C32-3D4BB8697829