智能化技术在畜牧生产中的应用现状与前景

胡纪通，张永庆

（山东畜牧兽医职业学院，山东 潍坊 261061）

近十年来，随着信息化和工业产品的发展，人工成本的增高，畜牧业智能化生产的发展势头很好，尤其是养殖环节，新场舍的建设基本都遵循这个标准；进料饲喂和粪便收集是养殖场的关键内容，都向智能生产化方面靠拢，这些涉及场舍的布局和基础建设，是建设前所必须考虑的；除了进料饲喂和粪便收集，其它的智能生产内容，主要涉及电路和网路，不涉及大的物理环境变动。

以下是近年来智能化技术在畜牧生产中的建设应用现状。

1 畜牧生产智能化多采用 Zigbee、Modbus通信协议

智能生产的物联，其数据量是非常小的，可根据养殖舍的方位，采用有线网络、无线通信或融合组网设计，目前小型养殖场使用最多的是运营商的 4G，运用 4G网络，有专门的 4G+WIFI解决方案供小型养殖场应用；在养殖舍内部多采用无线传感网，是基于 ZigBee或 wifi的无线传感网，养殖舍之间，可根据需要采用有线或无线网络。

Modbus协议是一种强大的通信标准，它是一个简单的开源协议，开发简易，需要支持的硬件设计少，此外，Modbus还支持与各种设备和系统的互操作性和兼容性；广泛应用于工业自动化和 SCADA系统，仪表、传感器和执行器的信号往返于主控制器， Modbus具有广泛的通信协议，能根据规模扩大网络，让主控制器互联，在各种物理链路上运行；WSN网络（无线传感器网络）作为物联网支撑网络之一，可根据应用需求部署，ZigBee作为WSN网络的实例近年来在生产上受到青睐，ModBus-RTU 协议规定了七层协议中应用层的内容，ZigBee网络规定了七层协议中物理层和数据链路层的内容，工作中常利用ZigBee网络承载 ModBus-RTU协议用于智能农业监测的数据传输。

每一个养殖舍，部署一个DTU（数据传输单元），DTU 接口丰富，具有 4G、RJ45、WIFI等接口，可与4G网络、有线网络、无线WIFI等多终端连接，实现数据传输，将前端设备的各项数据上传至中心管理系统，对于小型养殖企业，DTU配置8-12路的开关控制就足够了。

Zigbee用于连接10-100 m范围内的设备，支持高达250Kbps的数据速率，作为一种低功耗、低速率技术，Zigbee适合物联网传感器和物联网网关设备之间的双向数据传输，以及ad hoc无线网状网络，适合养殖舍这样大小的空间。

2 进料饲喂的智能化

进料饲喂是畜牧养殖的重要环节，在相当长历史时期，对人工要求多，在现代养殖场建设中，进料饲喂系统由饲料的存放，饲料的传输，饲料的投放组成；饲料进场有专门的养殖场专用车以散装饲料形式运输，养殖场具有临时的贮料筒仓，散装饲料筒仓是现代养殖场的标配，在罐体内密封输送，能减少饲料损失，保证质量，避免污染；全自动上料卸料装置可连续作业，大大提高生产效率。

进料饲喂智能化的基础是机械化，机械进料包括三个环节，从临时料仓输入养殖舍中间仓，从中间仓到养殖区投料口，从投料口到饲喂容器（料盆），这三个环节都涉及到电机和精密的机械传动结构，从技术上说，电机和精密的机械传动结构是进料饲喂智能化的基础；从筒仓传输进养殖舍，是一个成套的设备，饲料传输，用管道通过螺旋给料机或管链式输送机输送，通过调节，进料机能够非常精确的定时、定量投放到料盆里。

作为进料的附属部分，供水部分控制相对简单，养殖的重点是做到水质净化，管道消毒，使水质符合《中华人民共和国农业行业标准：无公害食品 畜禽饮用水水质（NY 5027-2008）》要求。

进料饲喂智能化能进行的操作有：定时、定量的电机控制，传感器采集控制，输料异常控制；饲料到料盆的定量调节，进料机本身有相应的设置，稍高档一点的进料机，可并入养殖系统进行统一调节，这样系统会稍繁琐；现在养殖场的智能生产，单独进料饲喂这一块，目前已经非常成熟，单独和配合系统都能使用。

3 粪便收集的智能化

智能化粪便收集装置，有主控制器、检测组件、通信组件、传输机械、储污池和清洁检测组件等，粪便收集的智能化操作的成分有，用控制器进行定时、定量的电机控制，用传感器进行采集控制，异常控制；引流输出装置和机械电机控制是智能粪便收集的基础，是现代养殖场的标配，现在重点介绍养殖场常用的引流输出装置。

粪便引流输出装置都有现成的方案和设备；在养殖环节最重要的，是养殖舍外储粪池的大小和养殖规模要匹配，满足“防雨、防渗和放溢流”三防要求，尤其要做好防渗，避免养殖场对地下水的污染，严格遵守《中华人民共和国环境保护税法》，有成熟可靠的粪便资源化处理方案，这是进行智能环保养殖的前提和基础。

养殖舍粪便收集，常见方法有：禽兔舍履带式清粪、猪舍牛舍刮粪机清粪；履带式清粪带，采用特殊化纤、聚乙烯等抗老化材料，大部分粪干燥成粒状容易处理，通过机器定时清理出，粪再用率高，舍内无发酵，室内的空气好，能减少病菌的生长，履带式清粪，是目前禽兔类清粪的常用方法；清理出来的粪便，经沟槽收集汇总后进入储污池，再进行无害化处理。

机械刮板清粪在猪舍牛舍广泛使用，是替代人工进行水冲粪和水泡粪清理的新型工艺，新型刮板清粪采用智能化控制，可以设定猪舍牛舍每日清粪次数、清粪时间间隔，并能够实现设备故障、异常情况报警等功能，能够减少人与猪的接触，降低疾病传播的概率[1]。

4 生产过程的智能化

大的畜牧业智能养殖软件系统，涉及物联网信息技术的各个层面，应遵从“顶层设计，分步实施，边建边用边完善”的原则，提出总体解决方案，确定畜牧业智能养殖的体系结构，以及各系统之间的接口规范。

软件主要由五个子系统组成，分别是自动控制系统、信息采集系统、视频监控系统、无线传输系统、以及软件平台（管理中心）。

（1）生产控制系统。此子系统能够实现对电的控制，完成自动定时或远程人工进料饲喂、粪便收集汇总的任务，以及料、水的富余量和粪便收集量的预警等。

（2）舍内温湿度空气调节，保证舒适的温湿度环境。这个子系统主要是通过传感器采集，对舍内温度、湿度、通风、光照、喷淋进行控制。温度湿度方面，通过室内室外的温度传感器进行室内外对比，在炎热夏季，当舍内温度高于外界温度时，可启动风机进行空气交换，降低舍内温度，同样当舍内湿度高于外界湿度且湿度较大时，也可通风排湿；在寒冬尤其是北方，需要对舍内进行保温处理，适时启动送暖（如太阳能、电热炉、锅炉供暖）等。

空气光照方面，通过室内 CO2传感器、照度传感器，控制换气和光照，保持舍内空气清新，充足的光照时间能保证养殖物健康、快速成长，对于阴天舍内光线阴暗或冬季日照时间不足的情况，适当增加辅助照明，弥补天气、季节因素光照度的不足。

（3）舍内视频监控，随时掌握现场，实况提高监管效率。Modbus两种传输模式 ASCII或RTU，这两种传输模式，都不适合进行视频传输，监控的视频，可以用 HTTP、RTSP、RT MP、SRT、RTP等协议传输，视频监控可以用专门的网络摄像，可通过系统中链接观看就是[2]。

通过视频监控，以便随进查看牛舍内的情况，减少人工现场巡查次数，提高生产效率。从科学养殖、提高管理水平、实现现代化养殖的角度来看，视频监控是现代化养殖发展的必然趋势。

（4）信息采集。动物RFID标签大致分颈圈式、耳牌式、注射式和药丸式电子标签；早期是通过接触方式读取，现在比较通行的，是无线非接触方式。

饲养环节：在牲畜出生饲养的时候，在牲畜的身上安装上RFID标签（如做成耳标或脚环），这些电子标签一般在牲畜一出生时就打在耳上，通过设定、采集或存储它成长过程中的信息，从源头上对生产安全进行控制。同时记录牲畜在各个时期的防疫记录、疾病信息及养殖过程关键信息的记录，通过系统形成生长曲线，通过对正常生长、发情、怀孕等曲线的比对，能做到对养殖物的精确判断、预警和控制；在出栏前，通过对采集的RFID信息分析，确认无疾病牲畜才能出栏。

（5）软件平台。对于小养殖场，可通过公有云上的免费的软件直接使用，公有云除能实现基本的控制外，还提供常用操作的数据存贮；对于大型养殖场，可以请专业机构进行专门的研发，整个系统软件分为：服务器端、PC端、手机端等，管理人员，可通过电脑或手机等信息终端，实时查看养殖舍内的环境参数和报警信息，有权限的，可通过应用平台实现功能控制。

5 智能生产的应用现状及远期发展

畜牧智能生产的应用现状非常好，主要是应对人力成本增高，在现阶段，对于小型养殖场，在常规生产中，除必要的基本配套建设外，电子类DTU、综合控制类、电子开关类、常用环境传感器投入，大概仅需 1千到数千元的投入，在料、水能正常供应的情况下，可以实现无人自动生产或远程控制生产，这是一种进步，对于农村畜牧养殖，是一种促进。

随着信息产业和工业的发展，畜牧机器人将大量上岗，目前应用最多的是畜产品加工，养殖机器人能精确完成一定养殖的工作，机器人的应用环境是一种高端生产环境，比如祖代畜产品、高档奶牛的养殖等，本文介绍的畜牧智能生产，大多是商品代的养殖，能在养殖环节实现对人工的解放。对高端动物置入传感器，做到生长过程的全程感知以及养殖机器人的大量应用是一种高投入、高产出的经营，目前，只有大公司、特殊产品能做到。随着信息化产品、智能工业产品价格的降低以及对产品质量要求的提高，智能养殖机器人的大量应用是将来的发展方向[3]。