自动化养鸡方法和系统

1.一种用于自动化养鸡方法的自动化养鸡系统，
所述自动化养鸡方法包括以下步骤：（1）采集鸡舍内的信息；（2）对所述信息进行分析；和（3）根据分析结果向鸡舍内的驱动模块发出指令；
所述自动化养鸡系统包括数据生成部分、信息处理部分、控制部分和执行部分，所述数据生成部分包括图像和数据采集模块、图像和数据处理模块以及图像和数据储存模块；所述图像和数据采集模块包括安装于鸡舍内的成像传感装置、温度传感器和湿度传感器、投料器传感器；鸡舍中还设置有用于所述图像和数据采集模块、图像和数据处理模块以及图像和数据储存模块的处理电脑，以及在所述控制部分中的现场控制电脑和程序控制器；所述处理电脑经无线发射器接入信息处理部分，所述现场控制电脑也经无线发射器接入信息处理部分；
其中所述执行部分中包括进气风扇和排气风扇，控制部分中的进气风扇开启/关闭控制器及排气风扇开启/关闭控制器分别控制所述进气风扇和排气风扇，其中所述进气风扇为带加热器的进气风扇，包括框架，所述框架内设有送风机和加热器， 所述加热器为螺旋式加热器，加热器螺旋方向的轴和所述送风机的旋转轴是平行的，并且所述加热器螺旋方向的截面面积小于所述送风机蜗壳出风口的面积，所述加热器居中地安装在所述送风机的出风口处； 所述送风机的旋转轴位于上述加热器的轴的斜上方，所述送风机斜向下方向吹风，整流板被倾斜地连接在蜗壳上部并位于加热器上部；所述加热器与驱动模块中的温度调节器连接。
2.根据权利要求1所述的自动化养鸡系统，其中所述自动化养鸡方法包括以下步骤：
(1)采集鸡舍内的信息：其中通过成像传感装置采集鸡舍内的图像，通过温度传感器采集鸡舍的温度数据，通过湿度传感器采集鸡舍的湿度数据，和通过投料器传感器采集鸡舍内的食料数据，并将所述图像和数据经处理后存储入数据库；所述数据库包括鸡的生长发育数据库、习性活动数据库和生病异常数据库，所述生长发育数据库是指鸡生长发育与食物配方模型；所述习性活动数据库是指鸡平常不同的活动状态表示不同的需求的数据库，包括进食需求、生理要求及心理烦躁不安；所述生病异常数据库是指鸡即将生病或已经生病时的颜色、行动变化的数据库；累计收集2个以上鸡生长周期的所述图像和数据，将其处理后存储入数据库，从而用于建立信息处理中心；
(2)采集实时图像和数据，将其发送至所述信息处理中心进行分析处理：用处理过的成像传感装置、温度传感器、湿度传感器和投料器传感器所采集的鸡舍的实时图像数据、温度数据、湿度数据和食料数据，将其与所述信息处理中心中的数据进行比较，得出处理结果；
(3)结合处理结果，由信息处理中心发出控制指令信息：根据得到的处理结果，由信息处理中心向位于鸡舍内的现场控制电脑发出指令，现场控制电脑将所述指令信息发送至程序控制器中的驱动模块，由所述驱动模块来驱动执行部件进行相应操作。
3.根据权利要求1所述的自动化养鸡系统，其中现场控制电脑从信息处理部分获得信息指令，将其发送至程序控制器的驱动模块，所述程序控制器中的驱动模块包括温度调节子模块、湿度调节子模块、进食调节子模块、进气风扇开启/关闭控制子模块及排气风扇开启/关闭控制子模块，所述驱动模块与控制电脑输出端通过PLC连接；所述驱动模块驱动所述执行部分执行操作。
4.根据权利要求1所述的自动化养鸡系统，其中所述鸡舍处于正压，所述鸡舍的一端的壁上设有若干所述进气风扇，所述进气风扇设有进气风扇风窗，所述鸡舍另一端的顶壁设有若干个所述排气风扇，所述排气风扇设有排风口风窗。
5.根据权利要求4所述的自动化养鸡系统，其中所述进气风扇和排气风扇的转轴由铁基合金制成，所述铁基合金的组成为，基于该铁基合金的总重量计：0.10 -0.75 wt%碳,
1.0-5.0 wt%铬，0.1-1.0 wt%钼，0.1-1.0 wt%钒，1.5-3.0 wt% 铝，0.01-0.05 wt%硅，和
0.01-0.03 wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质，其中所述转轴的表面进行了渗氮硬化处理从而具有硬化表面层，该表面层的厚度为0.01-0.5mm。
6.根据权利要求5所述的自动化养鸡系统，其中所述渗氮处理采取包括以下步骤的方法进行：
(1)将装有转轴的炉子炉温加热至约160℃，同时通氮气以排除空气；
(2)在步骤(1)排除完空气后，将炉温加热至约320℃，保温3-5小时；
(3)在持续通入氮气的情况下以10-30℃/每小时的升温速度将炉温升至约600℃；和
3
(4) 以2-3L/min的氨气流量，和1-5m/h的氮气流量，通入氨气及氮气，同时使用过的气体持续排气，维持10-30分钟，从炉内取出经处理的转轴，立即投入到油温为80℃-100℃的油冷装置中，在转轴的温度降低到低于150℃后取出，然后冷却至室温。
7.根据权利要求5或6所述的自动化养鸡系统，其中所述转轴表面还包含润滑剂膜层。

自动化养鸡方法和系统\n技术领域\n[0001] 本发明属于畜牧业领域，涉及一种自动化养鸡方法，以及涉及可用于该养鸡方法的系统。\n背景技术\n[0002] 标准化、规模化、精确化、自动化、信息化和环境可持续发展是近些年国际上发达国家的养鸡业主要发展方向。借助计算机处理数字信息和自动控制方向，尚处于探讨和试验研究阶段，数字化精细养鸡技术研究是当今畜牧业发展研究的热点之一。\n[0003] 对于养鸡业而言，目前的研究主要以养鸡生产流程中各个环节为研究或控制的对象，针对品种、繁育、饲料、饲养、防疫、设备、环境、工艺等环节，大范围地应用计算机技术、自动控制技术、网络技术和相关的生物技术，实现了饲养全程的数字化、科学化、精细化和优质高产化。\n[0004] 目前养鸡设备主要在向机械自动化方向发展，例如房舍环境控制自动化、湿料自动饲喂线等研究，尚未实现智能化管理。图像处理在控制和监测方向的研究是非常广泛的，但应用畜牧业也并不多，而且现在非常流行的应用于机器人视觉的全方位成像传感装置的应用非常少，并且目前的应用仅仅处在简单监控，没有对信息进行有效的利用，对信息的挖掘和利用远远不够。\n[0005] CN102870696A公开了一种自动化养鸡装置的制造方法，其中，包括如下步骤：A、焊接支架的步骤，利用角铁焊接支架，且将支架分层；每层支架的中部镂空，在支架的底部安装电机；B、每层支架的两侧设置鸡笼，每层支架的中部空间设置有鸡蛋收集槽，鸡蛋收集槽的下方设置有粪便收集槽，鸡蛋收集槽，粪便收集槽与鸡笼之间固定连接，每层鸡笼的底部设置有传送带，传动带通过传动轴传动，每层鸡笼靠向支架外侧的传动轴之间皮带传动，最底层鸡笼的传动轴与电机之间传动链条传动连接。C、一个传送带的上部设置有鸡蛋挡板，这个传送带的下部设置有铲粪板。本发明方法简单，使用方便，占地面积小，清理鸡粪容易。\n[0006] CN203012488U公开了一种基于ZigBee的养鸡场监控系统，属于畜牧养殖领域，特征是利用安装在养鸡场的温湿度传感器、光度传感器及利用视频采集器和音频采集器来采集养鸡场的各种信息，通过无线通信传递给监控中心的处理器，经过处理，一部分信息在监控中心进行音视频回显，并存入存储设备，另一部分经分析后产生控制信号，传递给养鸡场的待控设备进行对温湿度、光度进行调节。优点是可及时发现养鸡场存在的各种问题，实时地调控养鸡场的环境，同时，可监控每只鸡的精神面貌及其声音，为实时发现鸡瘟疫等疾病提供技术支持，从而实现养鸡场的全自动化监控。\n[0007] CN103792900A公开了一种鸡舍智能化自动控制系统，其依据中小型养鸡场的养殖实际，按照不同类型的鸡舍，不同年龄阶段和不同品种的鸡只，确定最佳的系统运行参数，选择适宜的自动定时开关、顺反开关、供水系统开关、温控开关、普通开关，经过严密组装配合，将减速机与电机相结合，自动喂料机、自动清粪机与微电脑时控开关相结合；自动供水系统与自动饮水机相结合，温控仪与换气扇相结合；紫外线灯、日光灯与微电脑时控开关相结合，组成完整的鸡舍智能化自动控制系统。\n[0008] 中国禽业导刊，“全自动化养鸡场的通风和加热系统”，张文等，2009年，第13期 公开了一种用于自动化养鸡的通风和加热系统，所述通风系统为一套完整独立的通风系统，通常由两方面组成:其一，是往鸡舍输人空气的进风口;其二，是往鸡舍外排出空气的排气扇。进风口一般包括风门和水帘门。排气扇一般包括侧墙风机和大风机，或者顶风机。\n[0009] 本发明需要一种能够对养鸡的信息进行收集并加以深度利用的自动化养鸡方法和系统。\n发明内容\n[0010] 为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了如下自动化养鸡方法，以实现自动和精确地调节养鸡良好环境，促进鸡的良好的生长和发育，实时监测鸡的生长状态，实现饲养全程的数字化、信息化、科学化、精细化、优质高产化和预防病疫。\n[0011] 在一方面，本发明提供了一种自动化养鸡方法，该方法包括以下步骤：（1）采集鸡舍内的信息；（2）对所述信息进行分析；和（3）根据分析结果向鸡舍内的驱动模块发出指令。\n[0012] 更具体地，该方法可以包括以下步骤：\n[0013] (1)采集鸡舍内的信息：其中通过成像传感装置采集鸡舍内的图像，通过温度传感器采集鸡舍的温度数据，通过湿度传感器采集鸡舍的湿度数据，和通过投料器传感器采集鸡舍内的食料数据，并将所述图像和数据经处理后存储入数据库；所述数据库包括鸡的生长发育数据库、习性活动数据库和生病异常数据库，所述生长发育数据库是指鸡生长发育与食物配方模型；所述习性活动数据库是指鸡平常不同的活动状态表示不同的需求的数据库，包括进食需求、生理要求及心理烦躁不安；所述生病异常数据库是指鸡即将生病或已经生病时的颜色、行动变化的数据库；累计收集2个以上鸡生长周期的所述图像和数据，将其处理后存储入数据库，从而用于建立信息处理中心；\n[0014] (2)采集实时图像和数据，将其发送至所述信息处理中心进行分析处理：用处理过的成像传感装置、温度传感器、湿度传感器和投料器传感器所采集的鸡舍的实时图像数据、温度数据、湿度数据和食料数据，将其与所述信息处理中心中的数据进行比较，得出处理结果；\n[0015] (3)结合处理结果，由信息处理中心发出控制指令信息：根据得到的处理结果，由信息处理中心向位于鸡舍内的现场控制电脑发出指令，现场控制电脑将所述指令信息发送至程序控制器中的驱动模块，由所述驱动模块来驱动执行部件进行相应操作。\n[0016] 在信息处理中心中，可以利用采集到的已有信息，和实时采集的信息进行人工比对，由技术人员对信息进行对比，例如对鸡的健康状况进行评估，也可以利用采集到的信息进行模型的建立，从而实现系统自动比对，例如采用数据库技术由计算机自动进行对比。通过本发明的所述方法，实现了对养鸡历史信息的有效利用，并且可以实现养鸡环境的实时调控。在现有技术中，对养鸡历史信息的利用往往不够，仅仅停留在个别信息的简单对比阶段。所述建模方法可以采用本领域中的常规建模方法进行，例如采用BPI 模型或 Petri模型进行建模。\n[0017] 然而，应指出的是，尽管在目前的养鸡行业中，已实现了温度控制、湿度控制、投料控制等方面的自动化，然而往往调节精度不高，例如往往忽视了调控的滞后性，或者对滞后性的判断不够准确。例如在温度的控制中，往往造成实际温度在目标温度上下的较大幅度振荡。为此，本发明还提供了一种用于前述自动化养鸡方法的自动化养鸡系统，该系统包括数据生成部分、信息处理部分、控制部分和执行部分，所述数据生成部分包括图像和数据采集模块、图像和数据处理模块以及图像和数据储存模块；所述图像和数据采集模块包括安装于鸡舍内的成像传感装置、温度传感器和湿度传感器、投料器传感器；鸡舍中还设置有用于所述图像和数据采集模块、图像和数据处理模块以及图像和数据储存模块的处理电脑，以及在所述控制部分中的现场控制电脑和程序控制器；所述处理电脑经无线发射器接入信息处理部分，所述现场控制电脑也经无线发射器接入信息处理部分。\n[0018] 在本发明的一个优选方面，在所述自动化养鸡系统中，现场控制电脑从信息处理部分获得信息指令，将其发送至程序控制器的驱动模块，所述程序控制器中的驱动模块包括温度调节子模块、湿度调节子模块、进食调节子模块、进气风扇开启/关闭控制子模块及排气风扇开启/关闭控制子模块，所述驱动模块与控制电脑输出端通过PLC（可编程序控制器）连接；所述驱动模块驱动执行部分执行操作。\n[0019] 所述执行部分可以包括加热器、投料器、进气风扇和排气风扇等。\n[0020] 优选地，所述PLC配有用于实现数模转换的模拟量扩展单元，该模拟量扩展单元将现场控制电脑发出的信号转换驱动模块所需的模拟信号，PLC向进气风扇开启/关闭控制器及排气风扇开启/关闭控制器发送电源断开控制信号Q3.6、I号电源合闸控制信号 Q3.4和II号备用电源合闸控制信号Q3.5，所述电源断开控制信号Q3.6、I号电源合闸控制信号 Q3.4和 II号备用电源合闸控制信号Q3.5的逻辑运算公式如下：\n[0021] \n。\n[0022] 通过本发明的PLC的信号逻辑运算方法，能够将风量和温度的波动控制在目标值的±1%，远远低于目前常见的±5%～±10%波动幅度。本领域已知的是，通风和加热在养鸡生产中是必不可少的环节，通风情况的好坏在很大程度上决定了鸡群的健康程度及生产性能的高低，养殖密度比较高的现代化全自动养鸡场，这个问题显得更为重要。另外，通风或加热的精确控制，对鸡群的健康程度和生长、生产性能有决定性影响。另外，在实际生产中，鸡场往往位于距离市区较远的偏远地区，存在时有电力中断的情形，如果电力中断导致不能正常通风，则往往对鸡舍中的鸡的生长和健康状况有很大影响，为此，在本申请中，还优选纳入备用电源。此外，在养鸡场中，通风和加热往往还需要紧密配合进行，不能简单地仅进行通风，也不能简单地仅进行加热，例如在天气气温较低的情况下，就往往需要通风和加热配合进行，如下文所述，在本发明中，可以将加热器设置或集成在进气风扇中。\n[0023] 在一个优选实施方案中，自动化养鸡系统中的执行部分包括进气风扇和排气风扇，控制部分中的进气风扇开启/关闭控制器及排气风扇开启/关闭控制器分别控制所述进气风扇和排气风扇，其中所述进气风扇为带加热器的进气风扇，包括框架，所述框架内设有送风机和加热器， 所述加热器为螺旋式加热器，加热器螺旋方向的轴和所述送风机的旋转轴是平行的，并且所述加热器螺旋方向的截面面积小于所述送风机蜗壳出风口的面积，所述加热器居中地安装在所述送风机的出风口处； 所述送风机的旋转轴位于上述加热器的轴的斜上方，所述送风机斜向下方向吹风，整流板被倾斜地连接在蜗壳上部并位于加热器上部；所述加热器与驱动模块中的温度调节器连接。\n[0024] 加热器螺旋方向的截面面积小于所述送风机蜗壳出风口的面积，这样可以使风量得以集中，尽可能多的风穿过加热器而被加热。加热器居中地安装在所述出风口的近旁，使得从所述送风机吹出来的气流的中心和所述加热器螺旋方向的轴的位置一致。\n[0025] 另外，在本发明中，出风口吹出的风是成立体流动的，由于在出风口的近旁安装螺旋加热器，加热器的表面全方位受风，使得加热器的散热性能得以改善，即，加热器将从出风口吹出来的风均匀地被加热，所以空气也被均匀地加热。\n[0026] 优选地，本发明的鸡舍处于正压，所述鸡舍的一端的壁上设有若干个上文所述的进气风扇，所述进气风扇设有进气风扇风窗，所述鸡舍另一端的顶壁设有若干个所述排气风扇，所述排风口设有排风口风窗。\n[0027] 在现有的养鸡业中，对正压系统的优点往往忽视，一般认为养鸡业与其它养殖业相比通风即可，忽视了正压系统所能够带来的优势。本发明创造性地在鸡舍中引入正压系统，这在以往的养鸡业中所没有认识到的。另外，在本发明中，正压系统的实现，不需要额外装置，可以通过进气风扇和排气风扇的气量差即可实现，既简便又使用。在本发明中，通过在鸡舍中采用正压系统，使得防疫更有效，能够将鸡舍外部自然的空气经过过滤、降温后通过风机源源不断送入鸡舍，将鸡舍内部的氨气、硫化氢等有害气味以正压的形式通过通过敞开或半敞开的门和窗排出，确保鸡舍鸡群有一个洁净、清新的环境，降低疾病感染风险，减少用药。\n[0028] 本发明人还出乎意料地发现，在本发明的自动化养鸡系统中，由于要实现通风的精确控制以及正压的精确控制，进气风扇和排气风扇要不断地进行关闭和开启来进行微调，从而造成风扇转轴磨损和应力开裂严重，一般风扇均没考虑到该因素。例如，对于以一定速度匀速转动的风扇，根据边界摩擦机制和混合摩擦机制，其承受的摩擦和应力并不是很大，而对于时停时关而言，转轴遭受的摩擦和应力比较大。在市售的风扇中，均没有考虑的本发明自动化控制鸡舍的这种特殊情形和要求。为此，通过和科研院所密切合作，本发明人提供了与本发明自动化养鸡系统相配合使用的如下转轴，所述进气风扇和排气风扇的转轴由铁基合金制成，所述铁基合金的组成为，基于该铁基合金的总重量计：0.10 -0.75 wt%碳, 1.0-5.0 wt%铬，0.1-1.0 wt%钼，0.1-1.0 wt%钒，1.5-3.0 wt% 铝，0.01-0.05 wt%硅，和0.01-0.03 wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质，其中所述转轴的表面进行了渗氮硬化处理从而具有硬化表面层，该表面层的厚度为0.01-0.5mm。\n[0029] 通过所述元素的引入和相互匹配，使得转轴的寿命延长到常规不锈钢转轴的5倍以上。例如，在本发明的铁基合金中，钼和硅能够使合金晶粒组织得到细化，从而提高硬度和增强抗应力裂变性，铬和钒可以提高合金的耐磨性。通过渗氮硬化处理，进一步提高了耐磨性能，所述硬度是常规轴承钢（例如GCr15轴承钢）硬度的3倍以上。本发明人还发现，当硬化表面层的厚度在所述范围内，耐磨性能最佳。\n[0030] 优选地，所述渗氮处理可以采取包括以下步骤的方法进行：\n[0031] (1)将装有转轴的炉子炉温加热至约160℃，同时通氮气以排除空气；\n[0032] (2)在步骤(1)排除完空气后，将炉温加热至约320℃，保温3-5小时；\n[0033] (3)在持续通入氮气的情况下以10-30℃/每小时的升温速度将炉温升至约\n600℃；和\n[0034] (4) 以2-3L/min的氨气流量，和1-5m3/h的氮气流量，通入氨气及氮气，同时使用过的气体持续排气，维持10-30分钟，从炉内取出经处理的转轴，立即投入到油温为\n80℃-100℃的油冷装置中，在转轴的温度降低到低于150℃后取出，然后冷却至室温。采用本发明渗氮热处理工艺后的转轴，其表面硬度高达1000HV以上，相比而言，常规转轴例如GCr15轴承的表面硬度采用普通渗氮处理后通常为200-400HV，因此所述渗氮热处理工艺大大提高了转轴的耐磨性。\n[0035] 所述转轴表面还优选包含润滑剂膜层。优选地，所述润滑剂的组成包括10-30wt.%粘合剂、30-40wt.%石墨、5-15wt.%MoS2和10-30wt.%聚四氟乙烯，所述粘合剂优选为抗灰尘性较为良好的聚酰亚胺树脂和/或环氧树脂。这样的润滑剂，比常规润滑剂更能够耐受鸡舍中细微羽毛所带来的润滑性能损失，具有更好的抗尘性。\n[0036] 附图说明：\n[0037] 图1是根据本发明方法的一个实施方案的示意流程图；\n[0038] 图2是根据本发明方法的一个实施方案的示意流程图；\n[0039] 图3是根据本发明的带加热器的进气风扇的示意图；其中1表示送风机，2表示整流板，3表示螺旋加热器，4表示保护栅板。\n具体实施方式\n[0040] 下面的实施例有助于进一步说明本发明。\n[0041] 实施例1\n[0042] 通过下面过程实现养鸡过程的自动化和信息化。\n[0043] (1)采集鸡舍内的信息：其中通过成像传感装置采集鸡舍内的图像，通过温度传感器采集鸡舍的温度数据，通过湿度传感器采集鸡舍的湿度数据，通过投料器传感器采集鸡舍内的食料数据，并将所述图像和数据经处理后存储入数据库，将图像和数据处理成计算机可读的形式，其中使用Image2Lcd v3.0 软件将图像转换为可存储数据；所述数据库包括鸡的生长发育数据库、习性活动数据库和生病异常数据库，所述生长发育数据库是指鸡生长发育与食物配方模型；所述习性活动数据库是指鸡平常不同的活动状态表示不同的需求的数据库，包括进食需求、生理要求及心理烦躁不安；所述生病异常数据库是指鸡即将生病或已经生病时的颜色、行动变化的数据库；累计收集3个鸡生长周期的所述图像和数据，将其处理后存储入数据库，从而用于建立信息处理中心；\n[0044] (2)采集实时图像和数据，将其发送至所述信息处理中心进行分析处理：用处理过的成像传感装置、温度传感器、湿度传感器和投料器传感器所采集的鸡舍的实时图像数据、温度数据、湿度数据和食料数据，将其与所述信息处理中心中的数据进行比较，得出处理结果；\n[0045] (3)结合处理结果，由信息处理中心发出控制指令信息：根据得到的处理结果，由信息处理中心向位于鸡舍内的现场控制电脑发出指令，现场控制电脑将所述指令信息发送至程序控制器的驱动模块中的驱动模块，所述执行部分包括加热器、加湿器、投料器、进气风扇和排气风扇。\n[0046] 实施例2\n[0047] 制造用于实施例1的自动化养鸡方法的进气风扇和排气风扇的转轴，所述转轴的构成铁基合金组成为，基于该铁基合金的总重量计：0.25 wt%碳, 1.5 wt%铬，0.5 wt%钼，\n0.5 wt%钒，2.0 wt%铝，0.03 wt%硅，和0.02wt%磷，余量为铁和不可避免的杂质，其中所述转轴的表面进行了渗氮硬化处理从而具有硬化表面层，该表面层的厚度为0.02mm。转轴使用寿命为36个月。\n[0048] 对比例1\n[0049] 使用来自宝钢的GCr15轴承钢制造的进气风扇和排气风扇的转轴，用于实施例1的自动化养鸡方法中。转轴寿命为5个月。\n[0050] 从上述实施例和对比例，明显可以看出本发明的进气风扇和排气风扇具有更长的寿命，而常规转轴寿命明显偏短，容易导致进气风扇和排气风扇寿命也偏短，从而影响鸡舍条件的不间断控制和整体饲养成本的控制。\n[0051] 本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。