CN103558823A - 一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法及装置，其方法包括以下步骤：1）设置一基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置；2）根据闸机计数器显示的牛舍内奶牛数的不同分为以下三种情况分别进行降温控制：①牛舍内部奶牛数低于全群数目的a%；②牛舍内部奶牛数高于全群数目的a%低于b%；③牛舍内部奶牛数高于全群数目的b%。同时在上述三种不同的降温控制步骤中还根据每一奶牛背上的呼吸率传感器采集数据的变化实施不同的降温控制方式。本发明将整个开放式农场中的每一牛舍与相应的运动场形成一个独立的联动控制区域，同时将各对牛舍和运动场整体结合形成一个共同的联动控制体系，最大限度实现了节能高效的应用效果。本发明可以广泛应用于开放式奶牛养殖中。

Description

一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种畜禽环境控制方法及装置，特别是关于一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法及装置。

背景技术

夏季高温气候己成为制约我国奶牛生产发展的一个重要因素，荷斯坦牛耐寒怕热，据报道气温在21℃到27℃时，产乳量和乳脂率开始缓慢下降，超过27℃产乳量大幅度下降。通常，如果遭遇连续数日极度的高温天气，甚至会导致奶牛死亡，造成巨大的经济损失。目前，我国多数奶牛养殖场采用开放式奶牛场，主要是以下三种类型：单纯的开放式牛舍、单纯的运动场和开放式牛舍及运动场结合的***。由于开放式饲养的环境调控能力有限，此种饲养状况下的奶牛在夏季的热应激状况更应该得到重视。

针对奶牛耐寒怕热的特点，在夏季高温季节必须采取适当的降温措施，以缓解奶牛的热应激状况。在工程应用上，室内常使用牛体喷淋，对奶牛体表进行淋水，随后通风促进水分蒸发，以达到降温目的。在室外运动场上，采取遮阳等措施，通过减少太阳辐射以减少热应激压力。目前在牛舍降温设备控制设计方面还不够完善，用于夏季降温装备的研究参差不齐，很少具有针对性的自动控制***，多为手动操作，不能参照外界不同的环境条件进行适宜的调控，滞后性明显，直接影响到热应激的缓解效果。

另外，在现有***中即使采用自动控制方式，在控制模式及控制参数的选取上，一般也单纯围绕牛舍的环境指标，并未联系奶牛的生理指标，不能对奶牛的真实反映做出相应的调节，因此不能达到最佳的调节效果。在实际生产中，呼吸频率是评价奶牛热应激状况的一个主要生理参数，但是目前生产中围绕呼吸频率的应用仅停留在依靠其了解奶牛的热应激状况，在环境调控方面，还没有任何一种设备将其作为一种控制所需的参数，这也就间接造成了控制***与奶牛实际感受的脱节，降低了控制***的使用效果。

由于奶牛生活习性的需要，多数牛场为奶牛配备了运动场，除进食及休息的时间之外，一天中奶牛有相当长的时间停留在运动场，特别是在炎热的夏季，牛舍内部环境调控欠佳的情况下，奶牛甚至会整日停留在运动场，这就要求运动场有一个良好的环境监测与调控方法，而目前调查可知在牛场基本没有使用任何相关技术。

除以上等方面内容，在我国多数开放式奶牛场中，现有的监控设施控制目标围绕在舍内，没有将运动场及牛舍内部的降温控制有机结合起来。当多数奶牛已离开牛舍的喷淋位置前往运动场时，舍内的喷淋***仍然运行，或者是当运动场奶牛数目不多，运动场的遮阳喷雾装置并未停止，这就导致了资源的浪费。因此，有必要提供一种能够基于奶牛呼吸率实现运动场及牛舍联动的控制方法及装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法，其包括以下步骤：1）设置一基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其包括上位机、协调器、通讯模块、牛舍控制节点、牛舍降温执行机构、运动场控制节点和运动场降温执行机构；其中牛舍降温执行机构包括喷淋装置和风机，运动场降温执行机构包括喷雾装置和遮阳网装置；在每一奶牛背上设置呼吸频率传感器和在牛舍与运动场之间通道上设置闸机计数器；2）根据闸机计数器显示的牛舍内奶牛数的不同分为以下三种控制方式：①当牛舍内部奶牛数低于全群数目的a%时，其中a>0，降温联动控制包括：牛舍的降温控制：A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，其中RR1为控制呼吸频率阈值1且RR1>0；B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机，且风机处于低速运行状态；牛舍控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点只采集牛舍内部的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；运动场的降温控制：A、通过运动场控制节点中的风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，其中5<S<20，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步；B、通过运动场控制节点中的光照传感器判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux，其中1000<Φ<50000，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；当采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C、D、E其中之一；C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点的监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置；D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置，但不开启喷雾装置，其中RR2为控制呼吸频率阈值2且0<RR1<RR2<200；E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置和喷雾装置；运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；②当牛舍内部奶牛数高于全群数目的a%低于全群数目的b%时，其中0<a<b<50，降温联动控制包括：牛舍的降温控制：A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置和风机均处于关闭状态；B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机，风机在常速运行；运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；运动场的降温控制：A、首先通过运动场控制节点中的风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步；B、通过运动场控制节点中的光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C、D、E其中之一；C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点的监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置；D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置，但不开启喷雾装置；E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置和喷雾装置；运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；③当牛舍内部奶牛数高于全群数目的b%时，降温联动控制包括：牛舍的降温控制：A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置和风机处于关闭状态；B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，牛舍内部仅启动风机，风机52常速运行；C、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，牛舍内部喷淋装置和风机全部启动，其中0<X<300；运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；运动场的降温控制：仅通过传感器采集相应的环境指标和奶牛生理参数，统计运动场内奶牛数目，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置。

实现所述方法的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：它包括上位机、协调器、通讯模块、牛舍控制节点、牛舍降温执行机构、运动场控制节点、运动场降温执行机构、设置在所述牛舍与运动场之间通道上的闸机计数器、设置在每一奶牛背上的呼吸频率传感器和供电电源；所述牛舍降温执行机构包括设置在其内的喷淋装置和风机，所述运动场降温执行机构包括设置在其内的喷雾装置和遮阳网装置；所述牛舍控制节点和运动场控制节点均设置有环境参数模块，输入模块，中央主控模块，控制输出模块，显示输出模块和通讯模块；所述中央主控模块分别连接所述环境参数模块、输入模块、控制输出模块、显示输出模块、闸机计数器和各呼吸频率传感器，并通过所述通讯模块双向连接所述协调器，所述协调器双向连接所述上位机；所述牛舍控制节点的所述环境参数模块包括设置在牛舍内的风速传感器、温度传感器和湿度传感器，所述控制输出模块包括电磁阀、继电器和变频器；所述继电器和变频器连接所述风机，所述继电器连接所述喷淋装置；所述运动场控制节点的所述环境参数包括设置在运动场内的光照传感器、风速传感器、温度传感器和湿度传感器，所述运动场控制节点的所述控制输出模块包括电磁阀和继电器，且所述电磁阀连接所述喷雾装置，所述继电器连接所述遮阳网装置。

所述中央主控模块为单片机。

所述通讯模块采用Zigbee解码芯片、RS-485解码芯片和以太网解码芯之一。

所述显示输出模块采用LCD***。

所述输入模块为键盘。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、通过对奶牛背上安装的呼吸频率采集器实现奶牛呼吸率指标的采集，使降温控制与呼吸频率这一可以直接反应奶牛热应激状况的指标联系起来，使得降温控制更加合理有效。相比较而言，使用现有的根据外界环境参数对降温策略进行调控，则与奶牛实际体感存在不可避免的误差。因此，本发明的控制方法能够有效地提高降温效果。2、本发明针对开放式奶牛场，分别对牛舍和运动场采用有针对性的控制，每个牛舍及运动场中均设置相应的传感器采集环境指标，并结合奶牛呼吸频率实时采集，针对性强、调节效率高，同时节约资源。3、本发明通过牛舍与运动场通道上的闸机计数器，分别统计了牛舍与运动场上的奶牛数量，进而将牛舍与运动场两个独立的控制区域结合成一个联动的控制体系，最大限度实现了节能高效的应用效果。本发明可以广泛应用于开放式奶牛养殖中。

附图说明

图1是本发明控制装置结构示意图

图2是本发明牛舍的控制关系示意图

图3是本发明运动场的控制关系示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置包括上位机1、协调器2、通讯模块3、牛舍控制节点4、牛舍降温执行机构5、运动场控制节点6、运动场降温执行机构7，闸机计数器8、呼吸频率传感器9和供电电源10。其中供电电源10由***电路组成，为各个用电设备供电，供电电源10通过变压器将牛舍和运动场内的电源转换至所需的电压和功率，同时配备蓄电池，以避免厂区停电对牛舍控制节点4和运动场控制节点6的危害。供电电源10为常规设计，不再赘述。

上位机1为计算机，协调器2为网络协调器，设置在牛场办公区或其它远程控制区。通讯模块3可以采取有线通讯，也可以采取无线通讯，通讯模块3的芯片可以采用Zigbee（紫蜂）解码芯片，RS-485解码芯片和以太网解码芯片等。上位机1可以通过协调器2和通讯模块3对各个牛舍和各个运动场中的情况进行实时采集监测，并对各牛舍及各运动场的降温联动控制装置进行远程控制。

由于在一个开发式奶牛场内会设置许多牛舍和与各个牛舍一一对应的许多运动场，而每个牛舍内均设置有牛舍控制节点4、牛舍降温执行机构5，每个与其对应的运动场内均设置有运动场控制节点6、运动场降温执行机构7，同时在每一牛舍与运动场之间通道上均设置一闸机计数器8用于记录从牛舍和运动场内奶牛的数目；在每一奶牛背三均设置一呼吸频率传感器9，用于记录奶牛的呼吸频率，以判断是否需要降温。在每个牛舍与相应运动场之间的通道上都设置有闸机计数器8，在所有奶牛背上都设置有呼吸频率传感器9，同时每对牛舍和运动场均可以在小范围内进行单独控制，也可以通过通讯模块3与上位机1进行远程通讯，接受上位机1的远程控制，因此，下面仅以一牛舍及对应的一运动场为例，对本发明进行描述。

如图2所示，本发明的牛舍控制节点4包括环境参数模块41、中央主控模块42、显示输出模块43、控制输出模块44和输入模块45。

牛舍控制节点4的环境参数模块41包括温度传感器、湿度传感器和风速传感器，牛舍内选定的取样点处均安装温度传感器、湿度传感器和风速传感器，所有传感器均依照设定的取样间隔进行参数采集。中央主控模块42为单片机，为牛舍控制节点4的核心部分，其分别连接环境参数模块41、闸机计数器8和呼吸频率传感器9，以采集牛舍的环境参数、奶牛头数和奶牛的呼吸频率，并对数据进行处理后，通过通讯模块3和协调器2传输给上位机1；上位机1再经协调器2和通讯模块3下达指令给中央主控模块42。显示输出模块43可以采用LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）***，用于在牛舍现场显示所采集到的环境数据、奶牛头数、奶牛的呼吸频率以及牛舍目前所采用的降温方式。控制输出模块44包括继电器、电磁阀和变频器，输入模块45为外接键盘，用于技术人员在牛舍内部对牛舍控制节点4进行现场控制。

本发明的牛舍降温执行机构5包括设置在牛舍内的喷淋装置51和风机52，控制输出模块44的电磁阀连接喷淋装置51，以控制器开启/关闭，控制输出模块44的继电器和变频器分别连接风机52，继电器控制风机52的开启/关闭，变频器控制风机52的转速。

本发明的运动场降温执行机构7包括遮阳网装置71和喷雾装置72。

如图3所示，本发明的运动场控制节点6包括环境参数模块61、中央主控模块62、显示输出模块63、控制输出模块64和输入模块65。

运动场控制节点6的环境参数模块61包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和光照传感器，且按照运动场内设定的取样间隔进行安装，以采集运动场中的温度、湿度、风速和光照度。其中，温度传感器和湿度传感器安装于遮阳网装置71下可以防风防水的位置，光照度传感器与风速传感器则安装在遮阳网装置71外侧。中央主控模块62为单片机，为运动场控制节点6的核心部分，其分别连接环境参数模块61、闸机计数器8和呼吸频率传感器9，以采集运动场的环境参数、奶牛头数和奶牛的呼吸频率，并对数据进行处理后，通过通讯模块3和协调器2传输给上位机1，上位机1再经协调器2和通讯模块3下达指令给中央主控模块62。显示输出模块63可以采用LCD***，用于在运动场现场显示所采集到的环境数据、奶牛头数、奶牛的呼吸频率、以及运动场目前所采用的降温方式。控制输出模块64包括继电器和电磁阀，继电器连接运动场执行机构的遮阳网装置71，以控制其开启/关闭，电磁阀连接运动场执行机构的喷雾装置72，以控制其开启/关闭。输入模块65为外接键盘，用于技术人员对运动场控制节点6进行现场控制。

上述实施例中，如果需要人工在牛舍现场或运动场进行现场控制时，工作人员可以通过输入模块45或65输入控制指令，经中央主控模块42或62处理后，发送指令给控制输出模块44或64，以驱动牛舍执行降温装置4或运动场降温执行装置6的相关操作，进而实现小范围的独立操作。

本发明方法原理如下：牛舍和运动场通过设置在牛舍与运动场通道上的闸机计数器8统计各自区域内的奶牛数，并根据各自区域内的奶牛数相应控制降温情况，形成牛舍和运动场的降温联动控制。假设某一牛舍和与其对应的运动场全群奶牛全部在牛舍中，当一头奶牛由牛舍进入运动场时，牛舍奶牛数减一，运动场奶牛数加一；反之，牛舍奶牛数加一，运动场奶牛数减一，由此统计牛舍与运动场上的奶牛数目。

本发明通过闸机计数器8检测牛舍内奶牛的数目，根据牛舍内奶牛的数目不同，分为三种不同的降温联动控制。

①当牛舍内部奶牛数低于全群数目的a%，其中a>0时，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置51和风机52均处于关闭状态，其中，RR（Respiration Rate，呼吸频率），RR1为控制呼吸频率阈值1且RR1>0；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机52，且风机52处于低速运行状态。牛舍控制节点4内输入有对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续依照采集到的呼吸频率及环境参数，进行相应的控制。

运动场的降温控制：

A、通过风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，其中5<S<20，且S的取值范围是根据实验得出，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步。

B、通过光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux(勒克司)，其中1000<Φ<50000且Φ的取值范围是根据实验得出，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。当采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C或D或E。

C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点6的监控功能，上位机1不发送降温控制指令，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72；

D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置71，但不开启喷雾装置72，其中RR2为控制呼吸频率阈值2且0<RR1<RR2<200；

E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场同时启动遮阳网装置71和喷雾装置72。

运动场控制节点6内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点6只采集运动场上的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点6继续依照采集到的呼吸频率及环境参数，进行相应的控制。

②当牛舍内部奶牛数高于全群数目的a%低于全群数目的b%时，其中0<a<b<50且b的取值范围是根据牛场的管理经验得出，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置和风机52处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机52，风机52在常速运行。

牛舍控制节点4内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续采集呼吸频率及环境参数，进行相应的控制。

运动场的降温控制：

A、通过风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步。

B、通过光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C或D或E。

C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点6的监控功能，上位机1不发送降温控制指令，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72；

D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置71，但不开启喷雾装置72；

E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置71和喷雾装置72。

运动场控制节点6内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点6只采集运动场上的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点6继续采集呼吸频率及环境参数，进行相应的控制。

③当牛舍内部奶牛数高于全群数目的b%时，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置51和风机52均处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，牛舍内部仅启动风机52，风机52常速运行；

C、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，牛舍内部喷淋装置51和风机52全部启动，根据选用喷嘴流量的不同进行不同的喷淋持续时间X秒，具体的喷淋间隔时间则依据温度传感器、湿度传感器和风速传感器所采集的环境参数，根据不同温度、湿度和风速下的水分蒸发速率确定。

牛舍控制节点4内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续采集呼吸频率及环境参数，进行相应控制。

运动场的降温控制：

仅采集相应的环境指标和奶牛的呼吸率频率，统计运动场内奶牛数目，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述：

上位机1安装于牛场办公区，三栋泌乳牛舍，每栋泌乳牛舍均由一个牛舍和一个运动场组成。每个牛舍中均设置一个牛舍控制节点4，牛舍内部安装牛舍执行机构4。每栋泌乳牛舍长度为100m，宽度10m，饲喂通道位于牛舍长度方向的一侧，每栋泌乳牛舍饲养泌乳牛260头，每个牛舍均配备一个运动场，运动场宽30m，长度与牛舍长度相同，每个运动场中均设置一个运动场控制节点6，运动场内安装运动场执行机构6。在牛舍的两端及中部选取三个位置作为取样点，每个位置均设置温度传感器、湿度传感器和风速传感器各一台；在运动场上，配备温度传感器、湿度传感器、光照度传感器和风速传感器各一台，温度传感器和湿度传感器安装于遮阳网装置71下可以防风防水的位置，光照度传感器与风速传感器则安装在遮阳网装置71外侧。呼吸频率传感器9安装于奶牛背部。在牛舍与运动场的通道上设置闸机计数器8。

检测牛舍内奶牛数目，根据奶牛数目的不同分为三种不同的降温联动控制。

①当牛舍内部奶牛数低于全群数目的10%，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于50次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置51和风机52均处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于50次/min时，牛舍内部仅启动风机52，且风机52处于低速运行状态。

牛舍控制节点4内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续依照采集到的呼吸频率及环境参数，进行相应的控制。

运动场的降温控制：

A、通过风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值10米/秒，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若风速低于设定风速阈值10米/秒，则执行下一步。

B、通过光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值10000lux，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。当采集到的数据大于设定的光照度阈值10000lux，则执行下述步骤C或D或E。

C、当奶牛的呼吸频率低于50次/min时，只启动运动场控制节点6的监控功能，上位机1不发送降温控制指令，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72；

D、当奶牛呼吸频率高于50次/min低于80次/min时，运动场启动遮阳网装置71，但不开启喷雾装置72；

E、当奶牛的呼吸频率高于80次/min时，运动场同时启动遮阳网装置71和喷雾装置72。

运动场控制节点6内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点6只采集运动场上的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点6继续依照采集到的呼吸频率及环境参数。

②当牛舍内部奶牛数高于全群数目的10%低于30%时，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于50次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置51和风机52处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于50次/min时，牛舍内部仅启动风机52，风机52在常速运行。

牛舍控制节点4内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续采集呼吸频率及环境参数。

运动场的降温控制：

A、通过风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值10米/秒，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若风速低于设定风速阈值10米/秒，则执行下一步。

B、通过光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值10000lux，则遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72，运动场控制节点6仅采集运动场的环境参数。若采集到的数据大于设定的光照度阈值10000lux，则执行下述步骤c或d或e。

C、当奶牛的呼吸频率低于50次/min时，只启动运动场控制节点6的监控功能，上位机1不发送降温控制指令，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72；

D、当奶牛呼吸频率高于50次/min低于80次/min时，运动场启动遮阳网装置71，但不开启喷雾装置72；

E、当奶牛的呼吸频率高于80次/min时，运动场启动遮阳网装置71和喷雾装置72。

运动场控制节点6内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点6只采集运动场上的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点6继续采集呼吸频率及环境参数。

③当牛舍内部奶牛数高于全群数目的30%时，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于50次/min时，牛舍控制节点4只启动监控功能，上位机1不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置51和风机52均处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于50次/min低于80次/min时，牛舍内部仅启动风机52，风机52常速运行；

C、当奶牛的呼吸频率高于80次/min时，牛舍内部喷淋装置51和风机52全部启动，使用折射式喷嘴进行喷淋，喷淋持续时间45秒，具体的喷淋间隔时间则依据温度传感器、湿度传感器和风速传感器所采集的环境参数，根据不同温度、湿度和风速下的水分蒸发速率确定。

牛舍控制节点4内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅时间段，牛舍控制节点4只采集牛舍内部的环境参数。当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点4继续采集呼吸频率及环境参数。

运动场的降温控制：

仅通过传感器采集相应的环境指标和奶牛生理参数，统计运动场内奶牛数目，遮阳网装置71收起且不启动喷雾装置72。

以上所述仅为本发明的一个具体应用实例，其控制参数具体数值亦可结合日后科研及生产实际进行合理的调整，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制方法，其包括以下步骤：

1）设置一基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其包括上位机、协调器、通讯模块、牛舍控制节点、牛舍降温执行机构、运动场控制节点和运动场降温执行机构；其中牛舍降温执行机构包括喷淋装置和风机，运动场降温执行机构包括喷雾装置和遮阳网装置；在每一奶牛背上设置呼吸频率传感器和在牛舍与运动场之间通道上设置闸机计数器；

2）根据闸机计数器显示的牛舍内奶牛数的不同分为以下三种控制方式

①当牛舍内部奶牛数低于全群数目的a%时，其中a>0，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，其中RR1为控制呼吸频率阈值1且RR1>0；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机，且风机处于低速运行状态；

牛舍控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，牛舍控制节点只采集牛舍内部的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，牛舍控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；

运动场的降温控制：

A、通过运动场控制节点中的风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，其中5<S<20，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步；

B、通过运动场控制节点中的光照传感器判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux，其中1000<Φ<50000，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；当采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C、D、E其中之一；

C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点的监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置；

D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置，但不开启喷雾装置，其中RR2为控制呼吸频率阈值2且0<RR1<RR2<200；

E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置和喷雾装置；

运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；

②当牛舍内部奶牛数高于全群数目的a%低于全群数目的b%时，其中0<a<b<50，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置和风机均处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min时，牛舍内部仅启动风机，风机在常速运行；

运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；

运动场的降温控制：

A、首先通过运动场控制节点中的风速传感器判断风速情况，若风速高于设定的风速阈值S米/秒，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若风速低于设定风速阈值S米/秒，则执行下一步；

B、通过运动场控制节点中的光照传感器，判断光照情况，若光照传感器采集到的数值小于设定的光照度阈值Φlux，则遮阳网装置收起且不启动喷雾装置，运动场控制节点仅采集运动场的环境参数；若采集到的数据大于设定的光照度阈值Φlux，则执行下述步骤C、D、E其中之一；

C、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，只启动运动场控制节点的监控功能，上位机不发送降温控制指令，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置；

D、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置，但不开启喷雾装置；

E、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，运动场启动遮阳网装置和喷雾装置；

运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；

③当牛舍内部奶牛数高于全群数目的b%时，降温联动控制包括：

牛舍的降温控制：

A、当奶牛的呼吸频率低于RR1次/min时，牛舍控制节点只启动监控功能，上位机不发送降温控制指令，牛舍内部喷淋装置和风机处于关闭状态；

B、当奶牛呼吸频率高于RR1次/min低于RR2次/min时，牛舍内部仅启动风机，风机52常速运行；

C、当奶牛的呼吸频率高于RR2次/min时，牛舍内部喷淋装置和风机全部启动，其中0<X<300；

运动场控制节点内输入对应牛舍的挤奶时间，在奶牛前往挤奶厅挤奶的时间段，运动场控制节点只采集运动场上的环境参数；当奶牛挤奶完成返回牛舍时，运动场控制节点继续采集呼吸频率及环境参数；

运动场的降温控制：

仅通过传感器采集相应的环境指标和奶牛生理参数，统计运动场内奶牛数目，遮阳网装置收起且不启动喷雾装置。

2.实现如权利要求1所述方法的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：它包括上位机、协调器、通讯模块、牛舍控制节点、牛舍降温执行机构、运动场控制节点、运动场降温执行机构、设置在所述牛舍与运动场之间通道上的闸机计数器、设置在每一奶牛背上的呼吸频率传感器和供电电源；所述牛舍降温执行机构包括设置在其内的喷淋装置和风机，所述运动场降温执行机构包括设置在其内的喷雾装置和遮阳网装置；

所述牛舍控制节点和运动场控制节点均设置有环境参数模块，输入模块，中央主控模块，控制输出模块，显示输出模块和通讯模块；所述中央主控模块分别连接所述环境参数模块、输入模块、控制输出模块、显示输出模块、闸机计数器和各呼吸频率传感器，并通过所述通讯模块双向连接所述协调器，所述协调器双向连接所述上位机；

所述牛舍控制节点的所述环境参数模块包括设置在牛舍内的风速传感器、温度传感器和湿度传感器，所述控制输出模块包括电磁阀、继电器和变频器；所述继电器和变频器连接所述风机，所述继电器连接所述喷淋装置；

所述运动场控制节点的所述环境参数包括设置在运动场内的光照传感器、风速传感器、温度传感器和湿度传感器，所述运动场控制节点的所述控制输出模块包括电磁阀和继电器，且所述电磁阀连接所述喷雾装置，所述继电器连接所述遮阳网装置。

3.如权利要求2所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述中央主控模块为单片机。

4.如权利要求2所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述通讯模块采用Zigbee解码芯片、RS-485解码芯片和以太网解码芯之一。

5.如权利要求3所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述通讯模块采用Zigbee解码芯片、RS-485解码芯片和以太网解码芯之一。

6.如权利要求2或3或4或5所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述显示输出模块采用LCD***。

7.如权利要求2或3或4或5所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述输入模块为键盘。

8.如权利要求6所述的一种基于呼吸率的开放式奶牛场降温联动控制装置，其特征在于：所述输入模块为键盘。

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