早在19世紀(jì)，人們就提出了動物福利的概念。國外一直都比較重視在動物福利方面的資金技術(shù)投入和相關(guān)立法。美國的養(yǎng)豬場絕大部分采用集約化管理，豬舍的小環(huán)境如溫度，相對濕度，氣體含量等由計算機進行自動控制，大大地改善了豬舍的環(huán)境，促進了豬的生長。
    我國是一個生豬養(yǎng)殖大國。有關(guān)資料表明，全國一年出欄生豬在5億頭左右，占全世界的1 /2。但因為疫病等原因死亡率卻高達15%左右。溫度不適宜是導(dǎo)致仔豬死亡的直接或間接原因，給我國的生豬養(yǎng)殖業(yè)帶來了巨大的損失。當(dāng)前，國內(nèi)普遍使用仔豬保溫箱加熱系統(tǒng)來為哺乳期仔豬營造適宜的小氣候，保證其成活率，然而大多數(shù)豬場的仔豬保溫箱加熱系統(tǒng)尚未實現(xiàn)溫度調(diào)控或者一調(diào)控程度很低，溫度可控性差，加熱能耗高，不能夠完全滿足仔豬生理需求。
    本項目以監(jiān)控溫度作為研究出發(fā)點，采用單片機實現(xiàn)自動實時一檢測與控制，克服人土方法進行溫度的控制，提高溫度控制的速度和精度。將目前應(yīng)用少’一泛的傳感器、單片機以及計算機等技術(shù)應(yīng)用到生豬養(yǎng)殖行業(yè)，設(shè)計研制仔豬智能恒溫保溫箱，以加快科技農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1 總體設(shè)計
    系統(tǒng)分為上位機和下位機2部分(圖1)。下位機以STM32處理器為核心，連接3組溫度傳感器以提高測量精度，顯示屏用來顯示采集的溫度、期望溫度和當(dāng)前時一間，當(dāng)溫差較大時一可發(fā)出報警信號，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，驅(qū)動繼電器控制加熱板和風(fēng)扇，實現(xiàn)溫度恒溫控制。下位機與上位機之間通過無線傳輸連接，上位機軟件能夠設(shè)置期望溫度，實時一動態(tài)顯示溫度變化曲線。

2 硬件設(shè)計
2. 1微處理器
    采用ARM公司的高性能Cortex-M3內(nèi)核的STM32控制器。STM32系列是令為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用令門設(shè)計的。STM32F103增強型系列時一鐘頻率達到72 MHz，是同類產(chǎn)品中性能最好的產(chǎn)品。
2. 2傳感器模塊
    恒溫箱內(nèi)部溫度檢測，采用的是美國Dallas半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，現(xiàn)場溫度直接以一線總線的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。測量溫度范圍為一55—125℃，在一10 -85℃范圍內(nèi)，精度為0.5度。產(chǎn)品適用的電壓為3-5.5 V，完全能滿足箱體內(nèi)溫度監(jiān)測的需要。
2. 3繼電器模塊
    作為控制芯片控制執(zhí)行機構(gòu)動作的中間環(huán)節(jié)，共設(shè)計了3個繼電器模塊，分別用來驅(qū)動功率大、電壓高的風(fēng)扇和加熱板，電路圖如圖2所示。

3 軟件設(shè)計
3. 1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法
    恒溫箱控制系統(tǒng)采用PID算法進行恒溫控制，通過對溫度偏差的比例、積分、微分的加權(quán)進行恒溫控制。但是傳統(tǒng)的PID算法在此系統(tǒng)中有著很大的缺陷，系統(tǒng)溫度的遲滯特別大，若是通過經(jīng)驗法手土調(diào)節(jié)出理想的參數(shù)，將耗費大量的時一間。另外，本系統(tǒng)使用加熱板升溫，風(fēng)扇降溫，系統(tǒng)本身的非線性度相對較高，故而靜態(tài)的PID參數(shù)很可能達不到理想的調(diào)節(jié)效果。因此，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對傳統(tǒng)的PID進行改進，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能特性對系統(tǒng)進行實時一訓(xùn)練，動態(tài)改變PID參數(shù)，從而使系統(tǒng)溫度的超調(diào)量和上升時一間都在一個

3. 2上位機
    上位機軟件以W PF作為用戶界面，軟件本身所用的編程語言為C#語言。界面分為5個區(qū)域(圖3):串口選項，調(diào)節(jié)選項，波形選項，溫度區(qū)

域，波形區(qū)域。能夠控制下位機，顯示當(dāng)前溫度以及根據(jù)波形選項顯示動態(tài)的溫度曲線。

3. 3工作流程
    系統(tǒng)在初始化階段設(shè)置期望溫度，初始化完畢
通過溫度傳感器對箱內(nèi)溫度進行監(jiān)控并采集實時一信
息，判斷采集到的溫度值與預(yù)期的差值，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行處理，控制電磁閥的土作狀態(tài)，同時-將采集的信息傳送到上位機并動態(tài)顯示溫度曲線，上位機能夠設(shè)定目標(biāo)溫度，顯示實時一溫度。土作流程如圖4。

4 試驗驗證
    根據(jù)豬舍環(huán)境的特點，制作了一個模擬保育環(huán)境的試驗箱，試驗箱由亞克力板搭建而成，箱內(nèi)側(cè)壁安裝硅膠加熱板可進行加熱，兩端設(shè)置排氣扇可進行降溫，DS18B20溫度傳感器均勻分布在箱體內(nèi)，對溫度進行實時一監(jiān)控。試驗在2013年5月30日12時一開始，初始條件箱內(nèi)溫度和室內(nèi)溫度均為28℃，設(shè)置期望溫度為31℃，自動運行，通過上位機軟件觀察溫度變
化曲線，結(jié)果如圖5所示，從圖5中可看出在自動模式下最終溫度在期望溫度附近波動，誤差在可接受范圍內(nèi)。

5 小結(jié)
    設(shè)計研制的仔豬智能恒溫保溫箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，成本低，實用性強，可進行遠程控制實時一采集和調(diào)整，上位機可將歷史數(shù)據(jù)保存，并以曲線的形式繪出實時一溫度的變化。系統(tǒng)在試驗過程中運行穩(wěn)定，效果良好，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法后系統(tǒng)最終的控制精度達到0. 5℃，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定的恒溫控制。智能化的恒溫系統(tǒng)適合社會需求，有助十提高養(yǎng)殖行業(yè)的經(jīng)濟效益。