本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)牲畜養(yǎng)殖自動化裝備的技術領域，具體涉及一種基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)。

背景技術：

雞舍的溫度是影響肉仔雞生長發(fā)育的一個重要環(huán)境因素，溫度的控制是否得當直接關系到肉仔雞的生長。肉雞飼養(yǎng)前期個體小，絨毛稀、體溫調(diào)節(jié)能力差，對環(huán)境溫度的變化十分敏感。只有為其創(chuàng)造一個適宜的溫度環(huán)境，才能能獲得較高的成活率、增重速度和飼料報酬。因此，在肉仔雞的整個飼養(yǎng)期內(nèi)都要注意對雞舍溫度的控制。對肉雞和蛋雞的生產(chǎn)過程來說，雞舍的溫度控制最為關鍵。在每年夏季高熱天氣情況下，當溫度在27℃以上時就會使得雞群產(chǎn)生不利的應激反應。熱應激反應會對雞群的新陳代謝產(chǎn)生影響，使得雞的采食量降低，影響肉和蛋的轉(zhuǎn)化。嚴重時會直接引起各種疾病，進而導致雞群死亡。在影響產(chǎn)蛋雞生產(chǎn)性能的諸多因素中，雞舍環(huán)境溫度最為突出。每年夏季高溫天氣，當雞舍溫度持續(xù)超過27℃時便會不同程度地產(chǎn)生熱應激。熱應激狀態(tài)影響產(chǎn)蛋雞的采食量和營養(yǎng)物質(zhì)代謝等生理機能，進而影響產(chǎn)蛋雞的健康及其生產(chǎn)性能，甚至導致發(fā)病或成批地死亡。如何有效地搞好雞舍的降溫工作，為產(chǎn)蛋雞群創(chuàng)造適宜的生活環(huán)境，盡可能地減少或避免由于雞舍溫度過高造成的不必要損失，是夏季產(chǎn)蛋雞生產(chǎn)取得較好經(jīng)濟效益的關鍵。因此，搞好雞舍的降溫工作能夠保證產(chǎn)出，提高肉和蛋的產(chǎn)量，使家禽養(yǎng)殖持續(xù)穩(wěn)定地創(chuàng)造經(jīng)濟效益。適宜溫度不僅能使雞群健康成長，而且提高經(jīng)濟效益，最大程度地發(fā)揮生產(chǎn)性能。溫度低時會導致雞群采食量增多，從而增加生產(chǎn)成本，也可能導致腹瀉、誘發(fā)呼吸道疾病。不論哪一種情況，都可能嚴重影響雞群的健康成長。溫度過高時，會顯著抑制雞群的食欲，尤其當溫度超過40℃時，會導致雞的死亡。高溫也會引起產(chǎn)蛋量的下降，軟殼蛋增多，高溫也會使得精液稀薄，精子數(shù)量變少且沒有活力，進而影響受精率。高溫也會直接影響飼料的保質(zhì)期，降低經(jīng)濟效益。肉仔雞在適宜溫度環(huán)境中,能獲得較高的成活率增重速度和飼料報酬。溫度適宜時,雛雞在室內(nèi)散布均勻、活潑好動、羽毛光順、緊貼體表,睡眠時較為安靜,吃食時爭先恐后。溫度太低時,雛雞就會出現(xiàn)低溫表現(xiàn),雛雞擁擠于熱源附近或某角落,羽毛蓬松,精神萎頓，發(fā)出連續(xù)不斷的叫聲。這樣時間長了,容易引起雛雞感冒或被壓死。必須立即加溫,并驅(qū)散擠堆雛雞。溫度過高時,雛雞遠離熱源,展翅爬臥,張口喘氣,爭相喝水,飲水器內(nèi)常常無水,絨毛卻濕了。時間長了,會使雛雞體質(zhì)衰弱,生長受阻,甚至熱死。溫度過高時要逐漸降溫,但要注意,驟然降溫會引起感冒。隨著我國蛋雞養(yǎng)殖行業(yè)的快速發(fā)展及蛋雞單棟飼養(yǎng)量的不斷增加，我國的雞舍類型由最初的開放式雞舍基本轉(zhuǎn)變?yōu)槊荛]式雞舍，實現(xiàn)了雞舍內(nèi)環(huán)境的人為控制，擺脫了雞生產(chǎn)對外界氣候環(huán)境的依賴，雞舍環(huán)境得到很大程度改善，為蛋雞提供適宜的、相對穩(wěn)定的生活生產(chǎn)環(huán)境。但是由于雞舍設計不合理、設備落后、控制系統(tǒng)不完善等原因?qū)е旅荛]式雞舍內(nèi)環(huán)境仍存在許多問題，而相對于春、夏、秋三季，冬季雞舍環(huán)境問題更為突出。密閉式雞舍在冬季存在溫度低、濕度高、氨氣濃度高等問題，并且溫度、濕度和氣流等溫熱環(huán)境因素是影響動物生理機能、生產(chǎn)性能和健康的關鍵因素。查凌雁等研究密閉式雞舍冬季環(huán)境特征及其對產(chǎn)蛋率的影響，韓玉坤研制基于can總線在大型雞舍溫度測控系統(tǒng)，王進圣等研究雞舍環(huán)境控制系統(tǒng)，王歡等研制基于無線傳輸?shù)碾u舍環(huán)境遠程檢測系統(tǒng)，李麗華等設計蛋雞個體生產(chǎn)性能參數(shù)檢測裝置，但是這些系統(tǒng)都沒有根據(jù)雞舍環(huán)境溫度變化的非線性、大滯后和雞舍面積大溫度變化復雜等特點，對雞舍環(huán)境的溫度進行檢測與融合，從而極大的影響雞舍環(huán)境溫度的調(diào)控，本發(fā)明專利根據(jù)雞舍環(huán)境溫度變化的特點，提出一種基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺和雞舍環(huán)境多點溫度融合模型組成，實現(xiàn)對雞舍環(huán)境溫度的精確檢測，對提高雞舍的養(yǎng)殖效益起到很好的推動作用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)，本發(fā)明不但有效解決了傳統(tǒng)雞舍環(huán)境由于設計不合理、設備落后、控制系統(tǒng)不完善等原因?qū)е旅荛]式雞舍內(nèi)環(huán)境仍存在許多問題，而且有效解決了現(xiàn)有的雞舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，沒有根據(jù)雞舍環(huán)境溫度變化的非線性、大滯后和雞舍面積大溫度變化復雜等特點，對雞舍環(huán)境的溫度進行檢測與融合，從而極大的影響雞舍環(huán)境溫度的調(diào)控問題。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)，所述環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)由基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺和雞舍環(huán)境多點溫度融合模型兩部分組成，基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺實現(xiàn)對雞舍環(huán)境因子參數(shù)進行檢測、調(diào)節(jié)和監(jiān)控，雞舍環(huán)境多點溫度融合模型基于雞舍環(huán)境多點溫度傳感器的區(qū)間數(shù)值的相似度矩陣與灰色關聯(lián)度矩陣求得的相似度融合權重、灰色關聯(lián)度融合權重和均方根組合權重實現(xiàn)對雞舍環(huán)境多點檢測點的溫度值進行精確融合，提高雞舍環(huán)境溫度檢測精確度、魯棒性和可靠性。

本發(fā)明進一步技術改進方案是：

所述基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺由檢測節(jié)點、控制節(jié)點和現(xiàn)場監(jiān)控端組成，它們通過can現(xiàn)場總線構建成雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺。檢測節(jié)點分別由傳感器組模塊、單片機和通信模塊組成，傳感器組模塊負責檢測雞舍環(huán)境的溫度、濕度、風速和有害氣體等雞舍小氣候環(huán)境參數(shù)，由單片機控制采樣間隔并通過通信模塊發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控端；控制節(jié)點實現(xiàn)對雞舍環(huán)境參數(shù)的調(diào)節(jié)設備進行控制；現(xiàn)場監(jiān)控端由一臺工業(yè)控制計算機和rs232/can通信模塊組成，實現(xiàn)對檢測節(jié)點檢測雞舍環(huán)境參數(shù)進行管理和對雞舍環(huán)境多點溫度進行融合?；赾an現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺見圖1所示。

本發(fā)明進一步技術改進方案是：

所述雞舍環(huán)境多點溫度融合模型通過把雞舍環(huán)境各個時段檢測點溫度傳感器值轉(zhuǎn)化為區(qū)間糊數(shù)，定義區(qū)間數(shù)的相似度和灰色關聯(lián)度，構建相似度矩陣和灰色關聯(lián)度矩陣，求得雞舍環(huán)境各個檢測點溫度傳感器值的相似度融合權重和灰色關聯(lián)度融合權重，基于信息熵原理和兩種融合權重求得雞舍環(huán)境多點溫度傳感器值融合的組合權重，雞舍環(huán)境各個檢測點溫度傳感器值與各自溫度傳感器值融合的組合權重積的相加和為雞舍環(huán)境多個檢測點溫度融合模型的值，該組合權重既考慮了不同檢測點溫度傳感器的區(qū)間數(shù)值之間相似度，也考慮了不同檢測點溫度傳感器的區(qū)間數(shù)值之間的灰色關聯(lián)度，提高了雞舍環(huán)境多點溫度傳感器值融合精度。具體方法見圖2所示。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下明顯優(yōu)點：

一、本發(fā)明針對溫度傳感網(wǎng)絡測量雞舍環(huán)境溫度過程中，傳感器精度誤差、干擾和測量溫度值異常等問題存在的不確定性和隨機性，本發(fā)明專利將雞舍環(huán)境溫度傳感器測量的溫度值用區(qū)間數(shù)形式表示，有效地處理了雞舍環(huán)境溫度傳感器測量參數(shù)的模糊性和不確定性，提高了雞舍環(huán)境溫度傳感器融合值的客觀性和可信度。

二、本發(fā)明將雞舍環(huán)境溫度參數(shù)轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù)形式，定義兩兩區(qū)間數(shù)的相似度，構建相似度矩陣，根據(jù)雞舍環(huán)境每個檢測點溫度傳感器區(qū)間數(shù)的相似度占整個雞舍環(huán)境溫度傳感器的溫度傳感器區(qū)間數(shù)相似度和的比為該檢測點溫度傳感器值的相似度融合權重αi，提高了雞舍環(huán)境溫度融合值的精確性和科學性。

三、本發(fā)明將雞舍環(huán)境溫度參數(shù)轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù)形式，定義雞舍環(huán)境每個檢測點溫度傳感器區(qū)間數(shù)與該時刻雞舍環(huán)境溫度傳感器極大和極小區(qū)間數(shù)值的灰色關聯(lián)度，分別構建每個檢測點溫度傳感器區(qū)間值與雞舍環(huán)境極大區(qū)間值和極小區(qū)間值的灰色關聯(lián)度矩陣，根據(jù)每個檢測點溫度傳感器值的兩種平均關聯(lián)度積的倒數(shù)占整個雞舍環(huán)境檢測點溫度傳感器值與極大值和極小值的平均關聯(lián)度積的倒數(shù)和的比為該檢測點溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度融合權重βi，提高了雞舍環(huán)境溫度融合值的精確性和科學性。

四、本發(fā)明根據(jù)最小相對信息熵原理，組合權重wi與αi和βi都應盡可能接近，根據(jù)每個檢測點的兩種權重αi與βi積的均方根占整個雞舍環(huán)境溫度傳感器的兩種權重積的均方根和的比為該檢測點溫度傳感器值融合的組合權重，該組合權重既考慮了該檢測點溫度傳感器值的相似度融合權重αi，也考慮了該檢測點溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度融合權重βi，該組合權重提高雞舍環(huán)境溫度融合值的精確性、可靠性和科學性，雞舍環(huán)境溫度融合值更加反映雞舍環(huán)境溫度值的真實性。

附圖說明

圖1基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺；

圖2雞舍環(huán)境多點溫度融合模型；

圖3檢測節(jié)點功能圖；

圖4控制節(jié)點功能圖；

圖5現(xiàn)場監(jiān)控端軟件功能圖；

圖6雞舍環(huán)境參數(shù)采集臺平面布置圖。

具體實施方式

1、系統(tǒng)總體功能的設計

本發(fā)明實現(xiàn)對雞舍環(huán)境因子參數(shù)進行檢測和雞舍環(huán)境多點溫度融合，該系統(tǒng)由基于can現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺和雞舍環(huán)境溫度多點融合模型兩部分組成?；赾an現(xiàn)場總線的雞舍環(huán)境參數(shù)采集平臺包括雞舍環(huán)境參數(shù)的檢測節(jié)點1和調(diào)節(jié)雞舍環(huán)境參數(shù)的控制節(jié)點2，通過can現(xiàn)場總線方式構建成測控網(wǎng)絡來實現(xiàn)檢測節(jié)點1、控制節(jié)點2和現(xiàn)場監(jiān)控端3之間的現(xiàn)場通信；檢測節(jié)點1將檢測的雞舍環(huán)境參數(shù)發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控端3并對傳感器數(shù)據(jù)進行初步處理；現(xiàn)場監(jiān)控端3把控制信息傳輸?shù)綑z測節(jié)點1和控制節(jié)點2。整個系統(tǒng)結(jié)構見圖1所示。

2、檢測節(jié)點的設計

采用基于can現(xiàn)場總線的檢測節(jié)點1作為雞舍環(huán)境參數(shù)感知終端，檢測節(jié)點1和控制節(jié)點2通過can現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)與現(xiàn)場監(jiān)控端3之間的信息相互交互。檢測節(jié)點1包括采集雞舍環(huán)境溫度、濕度、風速和有害氣體參數(shù)的傳感器和對應的信號調(diào)理電路、stc89c52rc微處理器；檢測節(jié)點的軟件主要實現(xiàn)現(xiàn)場總線通信和雞舍環(huán)境參數(shù)的采集與預處理。軟件采用c語言程序設計，兼容程度高，大大提高了軟件設計開發(fā)的工作效率，增強了程序代碼的可靠性、可讀性和可移植性。檢測節(jié)點結(jié)構見圖3。

3、控制節(jié)點

控制節(jié)點2在輸出通路設計了4路d/a轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)對溫度、濕度、風速和有害氣體的調(diào)節(jié)輸出量控制電路、stc89c52rc微處理器和無線通信模塊接口，實現(xiàn)對雞舍環(huán)境控制設備進行控制，控制節(jié)點見圖4。

4、現(xiàn)場監(jiān)控端軟件

現(xiàn)場監(jiān)控端3是一臺工業(yè)控制計算機，現(xiàn)場監(jiān)控端3主要實現(xiàn)對雞舍環(huán)境參數(shù)進行采集和多點溫度融合，實現(xiàn)與檢測節(jié)點1與控制節(jié)點2的信息交互，現(xiàn)場監(jiān)控端3主要功能為通信參數(shù)設置、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)管理和雞舍環(huán)境多點溫度融合。該管理軟件選擇了microsoftvisual++6.0作為開發(fā)工具，調(diào)用系統(tǒng)的mscomm通信控件來設計通訊程序，現(xiàn)場監(jiān)控端軟件功能見圖5。雞舍環(huán)境多點溫度融合模型算法如下：

①、雞舍環(huán)境溫度傳感器值的轉(zhuǎn)化為區(qū)間數(shù)

設雞舍有m個傳感器均衡布置于雞舍環(huán)境中實現(xiàn)對雞舍溫度進行檢測，每個溫度傳感器每一段時刻檢測的溫度構成一個區(qū)間數(shù)，m個傳感器在k(1，2，…n)時段構成的溫度矩陣如1式所示。

②、基于灰色關聯(lián)度的雞舍溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度融合權重βi的求取

a、定義雞舍環(huán)境溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度

計算每個傳感器在k時段與m個傳感器在每個k(1，2，…n)時段極大溫度值的關聯(lián)度，定義如下公式：

b、構建雞舍環(huán)境溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度矩陣

通過計算每個傳感器在不同時段與極大溫度值的灰色關聯(lián)度，可以構建如下的關聯(lián)度矩陣：

根據(jù)矩陣b可以得到每個傳感器檢測溫度值與極大溫度值的平均關聯(lián)度，如下公式所示：

同理，計算每個傳感器在k時段與m個傳感器在每個k(1，2，…n)時段的極小溫度值的關聯(lián)度，定義如下公式：

同理，通過計算每個傳感器在不同時段與極小溫度值的灰色關聯(lián)度，可以構建如下的關聯(lián)度矩陣：

根據(jù)矩陣c可以得到每個傳感器檢測溫度值與極小溫度值的平均關聯(lián)度，如下公式所示：

c、求取雞舍環(huán)境溫度傳感器值的灰色關聯(lián)度融合權重

根據(jù)每個傳感器在不同時段檢測溫度值與極大溫度值和極小溫度值的灰色關聯(lián)度的大小可知，如果關聯(lián)度越大，該傳感器檢測雞舍溫度實際值偏離真實值越大，因此可以通過下面的公式確定，每個傳感器在雞舍溫度融合中的權重，公式如下：

③、基于相似度的雞舍環(huán)境溫度傳感器值的相似度融合權重αi的求取

a、構建雞舍環(huán)境溫度傳感器值的相似度矩陣

根據(jù)任意不同兩個傳感器在同一時段檢測雞舍環(huán)境溫度的相似度，可以構建傳感器檢測雞舍溫度的相似度矩陣s，s如下所示：

b、定義雞舍環(huán)境溫度傳感器值的相似度

在相似度矩陣中,sab表示a和b的相似度，a為和b為且設qj(j＝1,2,3,4)為a^l，a^u，b^l，b^u中的第j大的數(shù)，sgn為符號函數(shù)。矩陣s每行的每個傳感器的平均相似度為：

c、求取雞舍環(huán)境溫度傳感器值的相似度融合權重

根據(jù)每個傳感器檢測雞舍每個檢測點的溫度值的相似度占所有檢測點傳感器值的相似度和的比確定每個檢測點傳感器檢測溫度值在整個雞舍溫度值融合中的權重為：

④、基于最小相對信息熵原理的組合權重wi的求取

根據(jù)相似度理論和灰色關聯(lián)度確定雞舍溫度傳感器參數(shù)融合的權重αi和βi，組合權重wi，顯然wi與αi、βi和都應盡可能接近，根據(jù)最小相對信息熵原理有：

用拉格朗日乘子法解上述優(yōu)化問題得：

⑤根據(jù)組合權重得到雞舍環(huán)境多點溫度融合模型為：

其中k為時間，i為檢測點，xi為k時刻第i個檢測點溫度，wi為第i個檢測點組合權重。

5、雞舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)的設計舉例

根據(jù)雞舍環(huán)境的狀況，系統(tǒng)布置了檢測節(jié)點1和控制節(jié)點2和現(xiàn)場監(jiān)控端3的平面布置安裝圖，其中檢測節(jié)點1均衡布置在被檢測雞舍環(huán)境中，整個系統(tǒng)平面布置見圖6，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對雞舍環(huán)境參數(shù)的采集與雞舍環(huán)境溫度檢測。

本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。