本發(fā)明涉及農業(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總線的豬舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)。

背景技術：

豬舍環(huán)境溫度對育肥豬的生長影響很大，不同體重的豬在不同溫度下其增重不同。低溫影響肥育豬的正常生長，豬的維持需要增加耗料，飼養(yǎng)成本高，肥育期延長。豬的生產水平和健康狀況受溫度、空氣、光照、粉塵、噪音、設備和衛(wèi)生等諸多環(huán)境因素的影響，其中，溫度被認為是重要因素之一。當環(huán)境溫度發(fā)生變化，豬的肌體會作出一系列的反應，變化快、溫差大時，豬不僅不能正常生長，甚至會出現一些病態(tài)。豬是一種體溫為39℃的恒溫動物。豬舍內過多的熱量對于豬來說是一個十分沉重的負擔，在高溫的環(huán)境條件下，溫熱環(huán)境和豬之間的相互作用遠遠超過了簡單的外界刺激對豬所產生的應答反應，在這種條件下，豬常常采用三種調節(jié)方式來維持自身體溫的恒定，在適宜的溫熱區(qū)域，豬采用耗能最少的行為調節(jié)方式，舒展身體等擴大身體的表面積加強散這一結果必然會嚴重影響?zhàn)B豬場的生產效率，給豬場帶來重大的經濟損失，面對高溫的惡劣影響，我們必須采取綜合措施不斷改善豬舍的溫熱環(huán)境，為豬創(chuàng)造適宜的環(huán)境，減輕豬只的熱應激，才能保證夏季時豬場的高產、穩(wěn)產。通常豬可以對肌體產熱進行調節(jié)而平衡熱量的損失，豬在溫度適中區(qū)的環(huán)境內生長，產熱量最少，疾病不容易發(fā)生，能發(fā)揮其最大生產潛力。當環(huán)境溫度高于溫度適中區(qū)時，豬采食量減少，同時內分泌系統(tǒng)發(fā)生相應變化，母豬排卵數減少，產奶不足，容易出現諸如子宮炎、陰道炎和乳房炎等生殖器官疾病，還會引起乳豬的缺乳性拉稀，公豬出現精液稀薄、精子活力不強等現象。當欄舍的溫度低于豬的臨界低溫時，豬就會大量的攝入能量飼料用于產熱，以維持體溫，但降低了生產水平。集約化的豬場如要提高生產水平，就不能讓豬生活在低于臨界低溫的環(huán)境，防止把攝入的能量用于產熱而降低日增重和料重比。應根據自身的實際情況，在不同季節(jié)，針對不同的生長階段，增加相應的設施，使豬舍的環(huán)境溫度達到一個適中的溫度水平。試驗證明，當氣溫從20℃降至12.5℃時，日增重會下降14.3克，但如果日采食增加38克，則可以達同樣的生長速度；在自由采食的條件下，溫度的變化對日增重和料重比影響相對較小。溫度過低也會影響生長以致發(fā)生疾病。根據我場多年的試驗，當氣溫在15-22℃時，肉豬的生長速度和料重比都可以達到最佳水平。過高和過低的溫度不僅對集約化豬場的生產水平帶來影響，而且也對豬的健康產生影響。如前所述，過高的溫度會帶來一些影響種豬繁殖性能的疾病，如同單純的低溫不會直接影響豬只健康一樣，過高和過低的溫度為豬發(fā)病提供了條件。氣溫的劇烈變化或氣溫處于過高或過低的狀態(tài)，容易引起病原體數量的變化以及豬本身抵抗能力的降低，從而使疾病發(fā)生。只有在病原體存在時，氣溫的變化過高或過低時才會引起疾病，氣溫是一個誘因。這一誘因對很多豬場來說影響嚴重，因為許多豬場的豬群存在很多疾病的亞臨床癥狀。所以要保持豬群的健康，必須盡量創(chuàng)造一個豬群適宜的溫度環(huán)境，并且盡量減少溫度的大幅的頻繁變化。

從上綜述可見，豬舍溫度對豬的生產過程和提高經濟效益有重要作用，陳軍等研究濕簾-風機系統(tǒng)自動控制技術對妊娠豬舍內溫度影響，李立峰等研制基于組態(tài)軟件和模糊控制的分娩母豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，俞守華等研究豬舍有害氣體測定與溫度智能控制算法，錢東平等研究畜禽舍環(huán)境溫度監(jiān)控系統(tǒng)模糊控制算法的實現，朱偉興等研制基于物聯網的保育豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都沒有根據豬舍環(huán)境溫度變化的非線性、大滯后和豬舍面積大溫度變化復雜等特點，對豬舍環(huán)境的溫度進行檢測，從而極大的影響豬舍環(huán)境溫度的調控。

技術實現要素：

本發(fā)明提供了一種基于can總線的豬舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)，本發(fā)明有效解決了現有豬舍監(jiān)控系統(tǒng)沒有根據豬舍環(huán)境溫度變化的非線性、大滯后和豬舍面積大溫度變化復雜等特點，對豬舍環(huán)境的溫度進行檢測，從而極大的影響豬舍環(huán)境溫度的調控。

本發(fā)明通過以下技術方案實現：

一種基于can總線的豬舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測系統(tǒng)由基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺和豬舍環(huán)境多點溫度融合模型兩部分組成，基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺實現對豬舍環(huán)境因子參數進行檢測、調節(jié)和監(jiān)控，豬舍環(huán)境多點溫度融合模型基于豬舍環(huán)境多個檢測點溫度傳感器的溫度模糊值的支持度矩陣和灰色關聯度矩陣求得的支持度融合權重、灰色關聯度融合權重和線性組合權重實現對豬舍環(huán)境多點溫度融合。

本發(fā)明進一步技術改進方案是：

所述基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺由檢測節(jié)點、控制節(jié)點和現場監(jiān)控端組成，它們通過can總線實現檢測節(jié)點、控制節(jié)點和現場監(jiān)控端之間的通信。檢測節(jié)點分別由傳感器組模塊、單片機和通信接口組成，傳感器組模塊負責檢測豬舍環(huán)境的溫度、濕度、風速和有害氣體等豬舍小氣候環(huán)境參數，由單片機控制采樣間隔并通過通信模塊發(fā)送給現場監(jiān)控端；控制節(jié)點實現對豬舍環(huán)境參數的調節(jié)設備進行控制；現場監(jiān)控端由一臺工業(yè)控制計算機和rs232/can通信模塊組成，實現對檢測節(jié)點檢測豬舍環(huán)境參數進行管理和對豬舍環(huán)境多點溫度進行融合?；赾an總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺見圖1所示。

本發(fā)明進一步技術改進方案是：

通過把各個檢測點溫度傳感器值轉化為模糊數，定義兩兩溫度模糊值之間的距離與支持度和灰色關聯度，構建支持度矩陣和灰色關聯度矩陣，求得各個檢測點溫度傳感器值的支持度和灰色關聯度融合權重，通過對這兩種融合權重的線性組合得到豬舍多點溫度傳感器值融合的組合權重，豬舍環(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豬舍環(huán)境多個檢測點溫度融合模型的值，該融合模型既考慮了不同檢測點溫度傳感器的溫度模糊值之間支持度，也考慮了不同檢測點溫度傳感器的溫度模糊值之間的灰色關聯度，提高了豬舍多點溫度傳感器值融合精度。具體方法見圖2所示。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下明顯優(yōu)點：

一、本發(fā)明針對基于can總線豬舍環(huán)境多點溫度過程中，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)明專利將豬舍環(huán)境溫度傳感器測量的溫度值用模糊數形式表示，有效地處理了豬舍環(huán)境溫度傳感器測量值的模糊性和不確定性，提高了豬舍環(huán)境溫度傳感器融合值的客觀性和可靠性。

二、本發(fā)明將豬舍環(huán)境溫度參數轉化為模糊數形式，定義兩兩模糊數之間的距離與支持度，構建支持度矩陣，根據豬舍環(huán)境每個檢測點溫度傳感器模糊數的支持度占整個豬舍環(huán)境溫度傳感器檢測點的溫度傳感器模糊數的支持度和的比為該檢測點溫度傳感器檢測值的支持度融合權重αi，提高了豬舍環(huán)境溫度融合值的精確性和科學性。

三、本發(fā)明將豬舍環(huán)境溫度參數轉化為模糊數形式，定義兩兩模糊數之間的灰色關聯度，構建灰色關聯度矩陣，根據每個檢測點溫度傳感器模糊值的平均灰色關聯度占整個豬舍環(huán)境檢測點溫度傳感器模糊值的平均灰色關聯度和的比為該檢測點溫度傳感器檢測值的灰色關聯度融合權重βi，提高了豬舍環(huán)境溫度融合值的精確性和科學性。

四、本發(fā)明根據線性組合原理，組合權重wi與αi和βi都應盡可能接近，根據每個檢測點的支持度融合權重αi與灰色關聯度融合權重βi的線性組合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灰色關聯度融合權重βi，也考慮了該檢測點溫度傳感器值的支持度融合權重αi，該組合權重提高豬舍環(huán)境溫度融合值的精確性、可靠性和科學性，豬舍環(huán)境溫度融合值更加反映豬舍環(huán)境溫度值的真實性。

五、本發(fā)明豬舍環(huán)境多個檢測點溫度融合模型既考慮了多個檢測點溫度傳感器的溫度模糊值之間的距離，也考慮了多個檢測點溫度傳感器的溫度模糊值之間的灰色關聯度，提高了豬舍環(huán)境多個檢測點溫度傳感器值融合精度和可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺；

圖2為本發(fā)明豬舍環(huán)境多點溫度融合模型；

圖3為本發(fā)明檢測節(jié)點功能圖；

圖4為本發(fā)明控制節(jié)點功能圖；

圖5為本發(fā)明現場監(jiān)控端軟件功能圖；

圖6為本發(fā)明豬舍環(huán)境參數采集測平臺平面布置圖。

具體實施方式

1、系統(tǒng)總體功能的設計

本發(fā)明實現對豬舍環(huán)境因子參數進行檢測和豬舍環(huán)境多點溫度融合，該系統(tǒng)由基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺和豬舍環(huán)境溫度多點融合模型2部分組成。基于can總線的豬舍環(huán)境參數采集平臺包括豬舍環(huán)境參數的檢測節(jié)點1和調節(jié)豬舍環(huán)境參數的控制節(jié)點2，通過can總線方式構建成測控網絡來實現檢測節(jié)點1、控制節(jié)點2和現場監(jiān)控端3之間的現場通信；檢測節(jié)點1將檢測的豬舍環(huán)境參數發(fā)送給現場監(jiān)控端3并對傳感器數據進行初步處理；現場監(jiān)控端3把控制信息傳輸到檢測節(jié)點1和控制節(jié)點2。整個系統(tǒng)結構見圖1所示。

2、檢測節(jié)點的設計

本發(fā)明采用基于can總線的檢測節(jié)點1作為豬舍環(huán)境參數感知終端，檢測節(jié)點1和控制節(jié)點2通過can總線方式實現與現場監(jiān)控端3之間的信息相互交互。檢測節(jié)點1包括采集豬舍環(huán)境溫度、濕度、風速和有害氣體參數的傳感器和對應的信號調理電路、c8051f040微處理器；檢測節(jié)點的軟件主要實現現場總線通信和豬舍環(huán)境參數的采集與預處理。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轉換電路實現對溫度、濕度、風速和有害氣體的調節(jié)輸出量控制電路、c8051f040微處理器和can總線通信模塊接口，實現對豬舍環(huán)境控制設備進行控制，控制節(jié)點見圖4。

4、現場監(jiān)控端軟件

現場監(jiān)控端3是一臺工業(yè)控制計算機，現場監(jiān)控端3主要實現對豬舍環(huán)境參數進行采集、多點溫度融合和豬舍環(huán)境溫度預測，實現與檢測節(jié)點1與控制節(jié)點2的信息交互，現場監(jiān)控端3主要功能為通信參數設置、數據分析與數據管理、豬舍環(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，調用系統(tǒng)的mscomm通信控件來設計通訊程序，現場監(jiān)控端軟件功能見圖5，豬舍環(huán)境多點溫度融合模型的設計如下：

①、豬舍溫度傳感器值模糊化

設k時刻對某豬舍溫度做等精度的多點同時獨立檢測，則得到k時刻該豬舍溫度的測量子集x(k)為x(k)＝[x1(k),x2(k),…xn(k)]，且所測得的xi(k)(i＝1，2…，n)服從正態(tài)分布。則該豬舍在k時刻時豬舍溫度的平均值為：

在k時刻時，第i個傳感器測得豬舍溫度的標準方差估計為：

豬舍溫度值氣候環(huán)境、豬舍濕度和風速等多種因素的影響，豬舍溫度各個監(jiān)測點傳感器的量測值與目標真實值之間有誤差，豬舍目標真實值只是在所有有效數據的附近。假設豬舍溫度的測量值誤差是隨機誤差，豬舍溫度測量值分布是由豬舍多點溫度均值和方差所確定的正態(tài)分布。為工程實際應用需要，在本方法中模糊化的隸屬函數選用三角形，三角形中心是豬舍溫度傳感器的測量值，寬度為豬舍溫度值標準方差的4倍。對于豬舍第i個溫度傳感器在k時刻的測量值為xi(k)和標準方差為σi(k)，則對應的測量模糊量表示為：

ai(k)＝(ai1(k),ai2(k),ai3(k))＝(xi(k)-2σi(k),xi(k),xi(k)+2σi(k))(3)

②、求得不同檢測點溫度傳感器的支持度融合權重αi

a、定義兩兩模糊化值之間的距離

由于豬舍環(huán)境溫度受多種因素干擾的隨機性，對豬舍溫度測量值的真?zhèn)纬潭戎荒芡ㄟ^量測量子集x(k)中自身蘊含的信息來確定，即xi(k)(i＝1，2…，n)的真實性越高，則xi(k)被豬舍其他溫度傳感器測量值所支持的程度就越高。從豬舍溫度第j個傳感器測量值xj(k)來看第i個傳感器測量值xi(k)為真實數據的可能程度則稱xi(k)值被xj(k)支持程度。針對豬舍溫度傳感器間測量值支持程度引入相對距離的概念，定義第i和第j兩傳感器測量值間的相對距離dij，根據三角模糊數距離計算方法，則dij表達形式如下：

b、構建不同檢測點溫度傳感器值模糊支持度矩陣

由dij的表達形式可知，dij越大則表明兩個傳感器間溫度測量值的差別越大，即兩溫度測量值間的相互支持程度就越小。為了對不同傳感器測量值的相互支持程度進行進一步地統(tǒng)一量化處理，以下定義第i和第j兩傳感器測量值與相對距離成反比的支持度函數sij，sij計算公式為：

從式(4)的定義形式可知，豬舍溫度傳感器間測量數據間相對距離越小，測量溫度數據間的相互支持度sij值越大，它表示ai與aj越貼近。若sij值＝1，表示ai與aj完全相同；反之，sij很小時表示豬舍量測的豬舍溫度兩個數據間的相對距離很大，這時可以看作兩個數據已經不再互相支持。sij值＝0，表示ai與aj完全不一致。在豬舍溫度傳感器數據融合中，要考慮同一時刻各個傳感器之間的支持度sij。由于sij取值從1-0依次遞減，所以滿足支持度函數應具有的性質。而且，這種滿足模糊性支持度函數sij的定義形式更符合實際問題的真實性，同時便于具體實施，可使得融合的結果更加精確和穩(wěn)定。對于豬舍溫度測量數據間融合問題，建立模糊支持度矩陣r如下：

c、求得不同檢測點溫度傳感器的支持度融合權重αi

支持度矩陣r中sij僅表示豬舍溫度測量數據ai被aj間的相互支持程度，它不能反映ai被該豬舍溫度測量系統(tǒng)中所有傳感器量測數據的支持程度，而ai與系統(tǒng)中所有傳感器測量溫度值的支持度真實程度實際應由si1，si2，…，sin綜合體現?；谝陨峡紤]，設αi表示ai被豬舍溫度測量系統(tǒng)中其它傳感器測量數據的綜合支持程度，αi越大表明ai被豬舍其它溫度傳感器測量數據的支持程度越高，即基于第i個豬舍溫度傳感器量測量值ai在所有豬舍溫度傳感器獲得的溫度測量數據的真實性就越高。

αi即是第i個豬舍溫度傳感器量測數據ai被豬舍溫度測量系統(tǒng)中其它溫度傳感器測量溫度數據的綜合支持程度，即為該溫度傳感器測量數據在所有傳感器測量數據的重要程度。

③、求得不同檢測點溫度傳感器的灰色關聯度融合權重βi

a、定義兩兩模糊化值之間的灰色關聯度

由灰色理論可知，灰色關聯度是研究事物之間、事物因素之間相關性的一種度量。它是以事物或因素之間時間序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯系是否緊密。曲線越相似，相應序列之間的關聯度就越大，反之就越小。豬舍環(huán)境溫度測量系統(tǒng)有n個傳感器同時對豬舍環(huán)境溫度進行檢測，設在k時刻第i個傳感器的溫度測量值為xi(k)，則對應的測量模糊值為ai(k)，由于豬舍內外界環(huán)境因素的干擾對豬舍溫度測量精度的影響，xi(k)的準確程度可以通過它的測量模糊值ai(k)與該時刻其余點測量模糊值的灰色關聯度來判斷，如果它的灰色關聯度大，則說明該測量點在k時刻溫度測量值得精度高，反之準確性較差。則在同一時刻k不同檢測點值i，j的xi(k)與xj(k)的灰色關聯度可以定義為：

b、構建不同檢測點溫度傳感器值灰色關聯度矩陣

公式中ρ為分辨系數，本專利取ρ＝0.5。灰色關聯度不僅考慮了不同傳感器在k時刻數據的接近程度，而且還參考它們間的歷史信息，因此它更加能夠反映不同傳感器間測量豬舍溫度的支持度。則由m個豬舍溫度傳感器在k(k＝1，2…n)時刻測得豬舍溫度值的灰色關聯度γij(k)可以構成灰色關聯度矩陣為a，則a為：

c、求得不同檢測點溫度傳感器的灰色關聯度融合權重βi

灰色關聯矩陣a中，第i個傳感器測量豬舍溫度值與其它傳感器測量豬舍溫度值的灰色關聯的平均值為：

如果ηi值較大，那么說明第i個傳感器所測豬舍溫度值與多數傳感器測量豬舍溫度值比較接近；反之，第i個傳感器所測豬舍溫度值與多數傳感器測量豬舍溫度值的偏差較大。根據豬舍每個溫度傳感器的灰色關聯度均值占豬舍所有溫度傳感器的灰色關聯度均值和的比值來確定每個溫度傳感器的測量溫度值的融合權重，即：

④、求得不同檢測點溫度傳感器融合的組合權重wi

將基于三角模糊數方法得到的支持度融合權重αi和基于灰色關聯度方法得到的數據融合權重βi進行線性組合得到的權重稱為組合權重wi，公式為：

wi＝ααi+ββi(12)

⑤、根據組合權重得到豬舍環(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、豬舍環(huán)境溫度檢測系統(tǒng)的設計舉例

根據豬舍環(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均衡布置在被檢測豬舍環(huán)境中，整個系統(tǒng)平面布置見圖6，通過該系統(tǒng)實現對豬舍環(huán)境參數的采集與豬舍環(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。