基于温湿度监测的牛舍降温控制系统

技术领域

本发明涉及畜禽养殖环境控制领域，具体的说，涉及一种基于温湿度监测的牛舍降温控制系统。

背景技术

国内外大量的相关资料及研究表明，引发肉牛热应激，临界最低的生长环境温度为27.0℃，中度热应激的临界最低生长环境温湿度指数（TH）为79，当奶肉牛生长环境温湿度指数（THI）为88时，则会严重热应激只是肉牛生产性能下降，使肉牛产生不适甚至死亡。

夏季天气炎热，进入6月后牛舍中的肉牛就会处于热应激状态，而热应激会显著影响肉牛的繁殖能力和患病几率，造成养殖户严重经济效益损失。为了降低牛热应激带来的影响，降低因此产生的经济损失，降低牛舍温度就显得尤为重要。

在我国的肉牛养殖行业中，为了保证肉牛的生产能力，总是以高产基因的优劣作为选育的主要标准，而忽略对于抗热应激基因的选择。因此，肉牛在高温高湿的耐受力方面则往往不够。在中国，为了减弱高温对肉牛的不利，常采用降温措施有:风扇降温、房舍遮阳降温、高压喷雾风机、湿帘风机降温等。

这其中，以高压喷雾风机和湿帘风机系统的降温增湿效果最好。高压喷雾风机系统主要包括高压喷雾装置,环流风机以及集约化控制主机；其中高压喷雾装置的喷头安装在牛舍横梁上,喷头的位置要保证喷雾粒子在落到牛舍地面时完全蒸发；环流风机安装位置距地面高度小于喷头的安装高度,朝向为纵向；所述集约化控制主机控制高压喷雾装置和环流风机的自动开启和关闭.这种降温增湿方式是通过在合理的位置安装高压喷雾管路和环流风机,使雾滴在舍内空间分布均匀来提高系统的降温效率。然而这种降温增湿喷出的水对舍内的湿度系数提升过于明显，虽然为了降低温度，但是加强喷雾导致了室内湿度过高，所以舍内控制到适合肉牛的生长和繁殖的温湿度是比较困难的，喷淋较喷雾降温效果虽然很明显，但是喷淋所产生的水量也比较大，常常会导致牛床积水，料道积水，导致肉牛的采食率以及对饲料的利用率降低，同时也使牛体产生不适。

湿帘风机系统作为另一种常用的降温增湿系统其降温原理是当风机在运行的时候会进入到腔内产生的负压，让冷风机外面的空气流经多孔的湿润的湿帘表面，使湿帘空气的干球温度降到接近于冷风机外的空气的湿球温度，冷风机的出口的干球温度需要比室外的温度低5-12摄氏度，在干燥的地区可以达到15摄氏度，空气越干燥，其温差就会越大，而且降温的效果会越好。由于空气都是从外面接引到室内的，这个也叫正压系统，所以才可以保持室内空气的持续清新；由于冷风机原理是利用蒸发降温，这样不仅使牛舍的温度得到降低，同时达到了一定增湿效果。但是，事物往往是具有两面性的。湿帘风机系统作为一种比较实用的牛舍降温增湿装置，虽然有着许多优点，但仍存在这一些缺点。湿帘风机系统在夜间持续工作会造成空间湿度过大的情况。对肉牛来讲，高温高湿危害极为严重。在高温时蒸发散热是机体的主要散热途径，当环境湿度增加时，由于空气中已经饱含水分，汗液不容易蒸发，留在皮肤表面，蒸发散热的效果就会严重减弱，扰乱正常生理机能，加剧热应激对机体的损伤，诱发暑病。肉牛在低温高湿情况下，也增加了为维持体温而额外产生的能量消耗，肉牛的料肉比上升，增加养殖成本。对犊牛来讲，低温高湿时危害更大。空气中水汽容热量及导热性增大，加剧牛体非蒸发散热，而犊牛的体温调节机能不强，失热过多，易使其受凉甚至冻伤，增加机体冷应激损伤。在低温高湿的条件下，牛易患各种感冒性疾患和消化道疾病。

通过分析两种常用的降温增湿装置，我们可以发现两种装置都会造成牛舍湿度过大的现象。而肉牛在潮湿环境中又容易出现各种问题，直接导致养殖户经济造成损失。因此，急需一种可以既做到牛舍降温需要，同时又能够保证湿度相对偏低的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于温湿度监测的牛舍降温控制系统，本发明节约能源，经济效益好，成本低，能够实时监测牛舍中的温度、湿度和气体组分含量，及时有效对牛舍进行降温和空气换新。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于温湿度监测的牛舍降温控制系统，包括太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池组、环境监测系统、制冷降温系统、换气系统、单片机控制器、中间继电器、交流接触器、模拟量模块和人机交互触摸屏，牛舍的长度方向为前后方向且沿东西方向设置，太阳能电池板覆盖铺设安装牛舍的顶棚上，太阳能电池板与光伏控制器电连接，光伏控制器与蓄电池组电连接，环境监测系统、制冷降温系统和换气系统均设置在牛舍中，单片机控制器通过中间继电器与交流接触器信号连接，交流接触器分别与制冷降温系统和换气系统信号连接，单片机控制器通过模拟量模块与环境监测系统信号连接，单片机控制器与人机交互触摸屏信号连接，蓄电池组分别与单片机控制器、制冷降温系统、换气系统和人机交互触摸屏电连接。

环境监测系统包括若干组监测单元，各组监测单元沿牛舍的长度方向等间距设置在牛舍内中部，每组监测单元均包括温度传感器、湿度传感器和气体传感器，单片机控制器通过模拟量模块分别与各个温度传感器、各个湿度传感器和各个气体传感器信号连接。

制冷降温系统包括湿帘、若干个冷风机、水槽、水泵、制冷水箱和制热水箱，湿帘安装在牛舍的左侧墙体上，各个冷风机沿前后方向并排设置在湿帘的左侧，各个冷风机朝向湿帘吹风，水槽沿前后方向设置在牛舍内左侧部且位于湿帘的下方，湿帘的底部设置有排水管，排水管的出水口伸入到水槽内，水槽的底部出水口与水泵的进水口之间连接有第一管路，制冷水箱为中空圆环形结构，制热水箱为圆筒形结构，制冷水箱的内圆直径大于制热水箱的外圆直径，制冷水箱同中心套装在制热水箱的外部，制热水箱的外圆周上均匀铺设安装有若干块半导体制冷片，各块半导体制冷片的制热面与制热水箱的外圆接触，各块半导体制冷片的制冷面与制冷水箱的内圆接触，制冷水箱的外圆左侧上部进水口与水泵的出水口之间连接有第二管路，制冷水箱的外圆右侧下部出水口与湿帘的顶部进水口之间连接有第三管路，制热水箱的顶部设有进水管，制热水箱的底部设有出水管，进水管连接外部冷水源，出水管连接外部热回收利用系统，交流接触器分别与各个冷风机、水泵和各块半导体制冷片信号连接，蓄电池组分别与各个冷风机、水泵和各块半导体制冷片电连接。

换气系统包括若干个负压风机，各个负压风机沿前后方向并排安装在牛舍的右侧墙体上，各个负压风机与湿帘左右对应设置，交流接触器分别与各个负压风机信号连接，蓄电池组分别与各个负压风机电连接。

人机交互触摸屏安装在牛舍的外墙或大门外部。

制冷水箱底部设有支架，半导体制冷片的供电导线穿过制热水箱外圆和制冷水箱内圆底部形成的圆环形间隙，制冷水箱外部设有龙门架，龙门架的横梁位于制冷水箱正上方，横梁上设有电动葫芦，制热水箱顶部设有挂环，电动葫芦通过锁链与挂环连接。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的牛舍长度方向沿东西方向设置，在牛舍的顶棚铺设安装太阳能电池板，太阳能电池板将太阳能转化成电能并通过光伏控制器将电能储存到蓄电池组中，蓄电池组单片机控制器、各个冷风机、水泵、各块半导体制冷片、各个负压风机和人机交互触摸屏提供电源，节约能源，经济效益好，降低成本，各个温度传感器分别监测牛舍内的温度，各个湿度传感器分别监测牛舍内的湿度，各个气体传感器分别监测牛舍内的气体组分：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和粪臭素气体的含量，通过模拟量模块将各个温度传感器、各个湿度传感器和各个气体传感器监测的数据传递至单片机控制器，单片机控制器对采集接收到的数据进行分析处理并将数据处理结果传至人机交互触摸屏进行显示，便于工作人员读取各项数据，其中工作人员能够通过人机交互触摸屏设定各项参数值，实现对制冷降温系统和换气系统的控制，单片机控制器根据采集接收到的数据作出反馈控制信号，当牛舍内温度超过肉牛适宜温度时，单片机控制器分别控制水泵、各块半导体制冷片和各个冷风机工作，水泵将水槽中的水通过第一管路抽出，水泵将水通过第二管路泵入到制冷水箱中，各块半导体制冷片通电工作，各块半导体制冷片的制冷面吸热将制冷水箱中的水的热量带走，从而将制冷水箱中的水快速冷却，半导体制冷片制冷效率高，而且，半导体制冷片的制热面产生的热量能够传至制热水箱中的冷水，得以回收利用，提高能源利用率，半导体制冷片工作无需任何制冷剂，没有污染源，半导体制冷片工作时没有震动和噪音，电能损耗低，能够给肉牛提供一个相对安静的环境，制冷水箱中的水再通过第三管路进入湿帘中，使湿帘温度降低，各个冷风机工作将牛舍外的空气朝向湿帘吹，使牛舍外的空气流经多孔湿润的湿帘表面形成冷湿气进入牛舍中，对牛舍进行降温，湿帘中的冷却水再通过排水管排出到水槽中，如此形成循环；当牛舍中某种气体含量超过规定值时，单片机控制器各个负压风机工作，各个负压风机将牛舍中的空气强制排出，牛舍内气压降低，牛舍外的空气便会通过窗户或门口缝隙进入牛舍中，来达到牛舍空气换新的效果，使牛舍内环境满足适宜肉牛生活的温度、湿度和气体含量的要求；

如果有半导体制冷片损坏了，需要对其进行更换，则操纵电动葫芦，电动葫芦将锁链下放，进而使制热水箱向下移动从制冷水箱的中心孔底部出来，如此，各块半导体制冷片便可暴露在外面，以便工作人员将损坏的半导体制冷片更换为新的半导体制冷片，更换完成后，再操作电动葫芦，将制热水箱上提至初始位置即可。

综上所述，本发明节约能源，经济效益好，成本低，能够实时监测牛舍中的温度、湿度和气体组分含量，及时有效对牛舍进行降温和空气换新。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的制冷水箱和制热水箱的安装示意图。

图3是本发明的制冷水箱、制热水箱和各块半导体制冷片的俯视图。

图4是本发明的工作原理框图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图4所示，基于温湿度监测的牛舍降温控制系统，包括太阳能电池板1、光伏控制器、蓄电池组、环境监测系统、制冷降温系统、换气系统、单片机控制器2、中间继电器、交流接触器、模拟量模块和人机交互触摸屏，牛舍3的长度方向为前后方向且沿东西方向设置，太阳能电池板1覆盖铺设安装牛舍3的顶棚上，太阳能电池板1与光伏控制器电连接，光伏控制器与蓄电池组电连接，环境监测系统、制冷降温系统和换气系统均设置在牛舍3中，单片机控制器2通过中间继电器与交流接触器信号连接，交流接触器分别与制冷降温系统和换气系统信号连接，单片机控制器2通过模拟量模块与环境监测系统信号连接，单片机控制器2与人机交互触摸屏信号连接，蓄电池组分别与单片机控制器2、制冷降温系统、换气系统和人机交互触摸屏电连接。

环境监测系统包括若干组监测单元，各组监测单元沿牛舍3的长度方向等间距设置在牛舍3内中部，每组监测单元均包括温度传感器4、湿度传感器5和气体传感器6，单片机控制器2通过模拟量模块分别与各个温度传感器4、各个湿度传感器5和各个气体传感器6信号连接。

制冷降温系统包括湿帘7、若干个冷风机、水槽8、水泵9、制冷水箱10和制热水箱11，湿帘7安装在牛舍3的左侧墙体上，各个冷风机沿前后方向并排设置在湿帘7的左侧，各个冷风机朝向湿帘7吹风，水槽8沿前后方向设置在牛舍3内左侧部且位于湿帘7的下方，湿帘7的底部设置有排水管12，排水管12的出水口伸入到水槽8内，水槽8的底部出水口与水泵9的进水口之间连接有第一管路13，制冷水箱10为中空圆环形结构，制热水箱11为圆筒形结构，制冷水箱10的内圆直径大于制热水箱11的外圆直径，制冷水箱10同中心套装在制热水箱11的外部，制热水箱11的外圆周上均匀铺设安装有若干块半导体制冷片14，各块半导体制冷片14的制热面与制热水箱11的外圆接触，各块半导体制冷片14的制冷面与制冷水箱10的内圆接触，制冷水箱10的外圆左侧上部进水口与水泵9的出水口之间连接有第二管路15，制冷水箱10的外圆右侧下部出水口与湿帘7的顶部进水口之间连接有第三管路16，制热水箱11的顶部设有进水管17，制热水箱11的底部设有出水管18，进水管17连接外部冷水源（图未示），出水管18连接外部热回收利用系统（图未示），交流接触器分别与各个冷风机、水泵9和各块半导体制冷片14信号连接，蓄电池组分别与各个冷风机、水泵9和各块半导体制冷片14电连接。

换气系统包括若干个负压风机19，各个负压风机19沿前后方向并排安装在牛舍3的右侧墙体上，各个负压风机19与湿帘7左右对应设置，交流接触器分别与各个负压风机19信号连接，蓄电池组分别与各个负压风机19电连接。

人机交互触摸屏安装在牛舍3的外墙或大门外部。

制冷水箱10底部设有支架20，半导体制冷片14的供电导线穿过制热水箱11外圆和制冷水箱10内圆底部形成的圆环形间隙，制冷水箱10外部设有龙门架21，龙门架21的横梁位于制冷水箱10正上方，横梁上设有电动葫芦22，制热水箱11顶部设有挂环23，电动葫芦22通过锁链24与挂环23连接。

光伏控制器、蓄电池组、中间继电器、交流接触器、模拟量模块、人机交互触摸屏和各个冷风机在图中均未示，太阳能电池板1、光伏控制器、蓄电池组、单片机控制器2、中间继电器、交流接触器、模拟量模块、人机交互触摸屏、温度传感器4、湿度传感器5、气体传感器6、湿帘7、冷风机、水泵9、半导体制冷片14和负压风机19均是现有常规技术，本发明中的控制部分不涉及新的计算机程序。

图1中箭头表示空气流动轨迹。

本发明的牛舍3长度方向沿东西方向设置，在牛舍3的顶棚铺设安装太阳能电池板1，太阳能电池板1将太阳能转化成电能并通过光伏控制器将电能储存到蓄电池组中，蓄电池组单片机控制器2、各个冷风机、水泵9、各块半导体制冷片14、各个负压风机19和人机交互触摸屏提供电源，节约能源，经济效益好，降低成本，各个温度传感器4分别监测牛舍3内的温度，各个湿度传感器5分别监测牛舍3内的湿度，各个气体传感器6分别监测牛舍3内的气体组分：氨气、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和粪臭素气体的含量，通过模拟量模块将各个温度传感器4、各个湿度传感器5和各个气体传感器6监测的数据传递至单片机控制器2，单片机控制器2对采集接收到的数据进行分析处理并将数据处理结果传至人机交互触摸屏进行显示，便于工作人员读取各项数据，其中工作人员能够通过人机交互触摸屏设定各项参数值，实现对制冷降温系统和换气系统的控制，单片机控制器2根据采集接收到的数据作出反馈控制信号，当牛舍3内温度超过肉牛适宜温度时，单片机控制器2分别控制水泵9、各块半导体制冷片14和各个冷风机工作，水泵9将水槽8中的水通过第一管路1313抽出，水泵9将水通过第二管路15泵入到制冷水箱10中，各块半导体制冷片14通电工作，各块半导体制冷片14的制冷面吸热将制冷水箱10中的水的热量带走，从而将制冷水箱10中的水快速冷却，半导体制冷片14制冷效率高，而且，半导体制冷片14的制热面产生的热量能够传至制热水箱11中的冷水，得以回收利用，提高能源利用率，半导体制冷片14工作无需任何制冷剂，没有污染源，半导体制冷片14工作时没有震动和噪音，电能损耗低，能够给肉牛提供一个相对安静的环境，制冷水箱10中的水再通过第三管路16进入湿帘7中，使湿帘7温度降低，各个冷风机工作将牛舍3外的空气朝向湿帘7吹，使牛舍3外的空气流经多孔湿润的湿帘7表面形成冷湿气进入牛舍3中，对牛舍3进行降温，湿帘7中的冷却水再通过排水管12排出到水槽8中，如此形成循环；当牛舍3中某种气体含量超过规定值时，单片机控制器2各个负压风机19工作，各个负压风机19将牛舍3中的空气强制排出，牛舍3内气压降低，牛舍3外的空气便会通过窗户或门口缝隙进入牛舍3中，来达到牛舍3空气换新的效果，使牛舍3内环境满足适宜肉牛生活的温度、湿度和气体含量的要求；

如果有半导体制冷片14损坏了，需要对其进行更换，则操纵电动葫芦22，电动葫芦22将锁链24下放，进而使制热水箱11向下移动从制冷水箱10的中心孔底部出来，如此，各块半导体制冷片14便可暴露在外面，以便工作人员将损坏的半导体制冷片14更换为新的半导体制冷片14，更换完成后，再操作电动葫芦22，将制热水箱11上提至初始位置即可。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。