【文章內(nèi)容簡介】 亞的 “哈利森 ”公司等。據(jù)《國際家禽》雜志不完全統(tǒng)計，世界各國較有規(guī) 模孵化機(jī)制造廠約 350家。荷蘭 “派司雷風(fēng) ”公司己有 70多年的歷史 (林其祿等， 1996)。部分公司的產(chǎn)品己經(jīng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和無線通信化。管理人員可以通過手持掌機(jī)監(jiān)控孵化設(shè) 備的運(yùn)行，也可以通過 Inter遠(yuǎn)程訪問孵化場甚至修改某個孵化箱的控制參數(shù)。 我國孵化設(shè)備的制造比國外起步較晚。 1980年以前，只有少數(shù)雞場從日本引進(jìn)少量的設(shè)備，并仿制了部分產(chǎn)品，談不上有設(shè)計能力。 80年代初期北京市平谷電子機(jī)械廠生產(chǎn)出了云峰牌孵化機(jī)，對當(dāng)時養(yǎng)禽業(yè)有很大的促進(jìn)，同時北京西山孵化設(shè)備廠等也開始從事專業(yè)的孵化設(shè)備生產(chǎn)。 80年代末至 90年代初期，養(yǎng)禽業(yè)有了極大的發(fā)展，國內(nèi)孵化設(shè)備己不能滿足需要，于是大型雞場開始大量從國外引進(jìn)先進(jìn)的孵化設(shè)備。這一來，對我國孵化設(shè)備的研制產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，許多生產(chǎn)廠家從中吸收先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)自己的設(shè)計，設(shè)計水平有了很大程度的提高(侯滿宏， 2020). 經(jīng)過多年的發(fā)展，我國目前已經(jīng)形成具有一定規(guī)模的從事孵化機(jī)設(shè)計和制造的專業(yè)隊伍，基本上滿足我國養(yǎng)禽業(yè)的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)主要生產(chǎn)孵化設(shè)備的廠家有 :電子工業(yè)部 41所，南京實驗儀器廠，北京市西山孵化設(shè)備廠，杭州余杭畜禽設(shè)備廠 (浙江農(nóng)業(yè)大學(xué) )以及杭州富陽春江孵化設(shè)備廠等 (排名不分先后 )。典型的產(chǎn)品主要有 :“依愛 ”牌數(shù)顯孵化機(jī)、漢顯智能箱體孵化機(jī)、 FT系列微控孵化 出雛機(jī)等 (林其祿等， 1996)。這些機(jī)型，部分 已經(jīng)采用先進(jìn)的電腦模糊控制技術(shù)， 液晶顯示，觸摸屏等。電子工業(yè)部 41所研制的模糊孵化設(shè)備可以根據(jù)一年四季氣候的變化、胚胎發(fā)育的狀況、以及箱體內(nèi)二氧化碳和氧氣的含量自動調(diào)節(jié)箱體內(nèi)的溫度、濕度和風(fēng)門的位置，從而以電腦的控制實現(xiàn)了 “看胎施溫 ”這種人腦思維。 一些實驗室和個人也對孵化控制技術(shù)進(jìn)行了有意義的研究。吉林大學(xué)郁箏采用薄膜鉑電阻作為溫度傳感器， HS 系列電容作為濕度傳感器設(shè)計了基于現(xiàn)場總線的孵化控制系統(tǒng) (郁箏， 2020)，將工控中的現(xiàn)場總線思想運(yùn)用到孵化控制中來，取得了一定的成果。長春理工大學(xué)侯滿宏采 用模擬溫度傳感器 AD590和 HS 系列濕度傳感器以及 89C51單片機(jī)設(shè)計了單孵化箱的控制系統(tǒng) (侯滿宏， 2020)0 縱觀國內(nèi)外孵化設(shè)備的研究和制造現(xiàn)狀，國內(nèi)在這一方面雖然取得了一定的成果，有一些具有競爭力的產(chǎn)品，但與發(fā)達(dá)國家相比，我們的孵化設(shè)備還是存在著很大的差距，整理如下 : ，國內(nèi)先進(jìn)機(jī)型性能指標(biāo)己經(jīng)達(dá)到了較高的水平，控制效果 ，我國整體生產(chǎn)工藝水平欠缺，產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)與國外先進(jìn)水平都有一定的差距。 ，國外主要廠家 都具有一些可以幫助用戶進(jìn)行管理和提高自動化程度的輔助設(shè)備，其中最主要的是孵化機(jī)集群控制系統(tǒng)，它已經(jīng)普遍應(yīng)用在國外的現(xiàn)代化孵化場中。國內(nèi)在這方面相對落后，有個別廠家推出了集群控制系統(tǒng)，也只是處于起步階段，而且應(yīng)用還非常少。 隨著養(yǎng)殖行業(yè)的不斷發(fā)展，孵化場向大型化方向發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨。孵化場的大型化對生產(chǎn)的組織管理提出了更高的要求。因而僅能實現(xiàn)機(jī)械化、自動化的孵化設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要。新一代的孵化設(shè)備應(yīng)朝著人性化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性和節(jié)能型的方向發(fā)展，以下是孵化設(shè)備的發(fā)展趨勢 : ，要 求孵化控制器的控制精度越來越高。新型傳感器向智能化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展， 使孵化機(jī)的控制效果更加精確。 ，每個孵化 場又有若干臺孵化設(shè)備，為了便于管理，將每個孵化場內(nèi)的若干臺孵化設(shè)備通過某種通信途徑連接起來，由一臺計算機(jī)來控制，這臺計算機(jī)再通過 Inter網(wǎng)絡(luò)可與公司總部或其它孵化場進(jìn)行通訊。這樣，公司的管理者在辦公室內(nèi)就能監(jiān)視和控制各地孵化場的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，甚至能了解每臺孵 化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，而且可以在世界各地均可通過 Inter網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)在他鄉(xiāng)的孵化設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控 (金美華等，2020). ，根據(jù)不同季節(jié)、不同環(huán)境、不 同品種、不同周齡種禽產(chǎn)的種蛋以及種蛋保存時間的長短等，孵化時所需的參數(shù)均有所變化。在目前的條件下，生產(chǎn)過程中這些參數(shù)仍然需要孵化人員根據(jù)自己的經(jīng)驗來確定，也就是說孵化管理人員的經(jīng)驗仍然是孵化效果的決定性因素。專家系統(tǒng)就是將不同品種的種蛋在不同的環(huán)境下孵化時所需的參數(shù)組合在一起，必要時自動調(diào)用 。把孵化時可能出現(xiàn)的故障 現(xiàn)象和解決措施集成在里面，必要時指導(dǎo)使用者對故障的處理 。對孵化效果進(jìn)行評估并指出其中的不足。引入孵化專家系統(tǒng)能夠有效的減輕孵化人員的負(fù)擔(dān)，降低孵化過程的難度，減少孵化過程中可能出現(xiàn)的錯誤，改善孵化效果等 (靳傳道， 2020)0 模糊控制又叫人思控制，是近十年來興起的一種先進(jìn)的控制技術(shù)，它的工作就華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 :基于單片機(jī)的多孵化箱溫濕度控制系統(tǒng)的研究是模擬人腦的思維過程。 1965年美國加利福尼亞大學(xué)的 Zadeh教授發(fā)表了題為 “模糊集 ”和 “模糊 集與 系統(tǒng) ”兩篇開創(chuàng)性的論文，奠定了模糊理論和應(yīng)用研究的基礎(chǔ) ( Zadeh, 1965)。從而為描述，研究和處理模糊性現(xiàn)象提供了一種新的工具。一種利用模糊集合的理論來建立系統(tǒng)模型，設(shè)計控制器的新型方法 —模糊控制也隨之問世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行有效的控制。模糊控制技術(shù)一問世就得到了廣泛的應(yīng)用，美國、英國、日本、荷蘭、丹麥等國相關(guān)科研人員開始 對不同的復(fù)雜控制過程進(jìn)行模糊控制的實驗。 1973年 L. A Zadeh給出了用模糊語言進(jìn)行系統(tǒng)描述的方法， 1974年美國的馬達(dá)尼首次應(yīng)用這種方法實現(xiàn)了蒸汽發(fā)動機(jī)的模糊控制實驗，取得了滿意的效果。進(jìn)入 80年代，模糊控制開始由實驗室轉(zhuǎn)入工業(yè)實踐， 1983年日本第一套工業(yè)實用系統(tǒng)秋田市凈化水場模糊控制藥劑投放量裝置投入運(yùn)行 (趙文海， 1996。 H R Berenji, 1992)。日本九州大學(xué)的戶貝博士與山川教授于 1983年分別開發(fā)了將模糊推理作為硬件的模糊集成塊，后來制成了推理機(jī)及模糊控制用的 “模糊計算機(jī) ”，每 秒鐘能推理 1000萬次。 我國對模糊控制的理論與應(yīng)用研究起步較晚，但發(fā)展較快。諸如在模糊控制、 模糊辨識、模糊聚類分析、模糊圖像處理、模糊集合論、模糊模式識別等領(lǐng)域取得了不少有實際影響的結(jié)果。 1986年，都志杰等人用單片機(jī)研制了工業(yè)用模糊控制器。隨后，何鋼、能秋思、劉浪舟、于旭亮、張廣成、田成方、李友善等人相繼將模糊控制方法成功應(yīng)用在氣煉機(jī)、玻璃爐窯、化工大滯后過程、功率因數(shù)補(bǔ)償、選礦破碎過程、鍋爐與甜菜制糖控制系統(tǒng)中，都取得了較好的效果。 模糊控制理論在農(nóng)業(yè)自動化方面也得到了廣泛的應(yīng)用，其 典型應(yīng)用是溫室自動控制系統(tǒng)。 2020年，西北農(nóng)林科技大學(xué)王國美應(yīng)用模糊控制理論進(jìn)行了溫室自動控制系統(tǒng)的研究，通過 8098單片機(jī)采集溫室的參數(shù)因子，并進(jìn)行模糊運(yùn)算，實現(xiàn)溫度、濕度、氧氣濃度等因素的聯(lián)控 (王國美， 2020)0 2020年，大連理工大學(xué)王生成設(shè)計了一種控制規(guī)則自調(diào)整模糊控制器，通過 Matlab仿真對工業(yè)恒溫箱進(jìn)行控制。對恒溫箱的動態(tài)性能進(jìn)行了分析 (王生成， 2020)0 2020年，李善軍設(shè)計了以單片機(jī)為主控芯片的溫濕度兩級優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)。通過單片機(jī)采集溫室中的環(huán)境因子，并發(fā)送至上位 PC機(jī)，采用間接模 糊解禍的方法實現(xiàn)溫濕度的解禍，并實施溫濕度聯(lián)控。 2020年徐玲將模糊理論的知識表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力有機(jī)地結(jié)合起來，設(shè)計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并設(shè)計了智能溫室溫濕度控制系統(tǒng)。它綜合了模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)點(diǎn)來提高整個系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力和控制性能，取得了很好的效果 (徐玲， 2020)。 綜上所述，近年來發(fā)展迅速的模糊控制理論適合于多參數(shù)，大滯后的控制場合。本系統(tǒng)為多孵化箱溫濕度控制系統(tǒng)，很難建立系統(tǒng)的精確模型，適合應(yīng)用模糊論進(jìn)行控制。 本章主要介紹了本課題的來源、研究本課題的 目的和意義。同時介紹了當(dāng)前國 內(nèi)外孵化設(shè)備的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀，介紹了模糊控制理論的發(fā)展和應(yīng)用情況。這些對 本系統(tǒng)的研究都有很好的借鑒和參考價值。 第二章孵化的條件及設(shè)計目標(biāo) 孵化是指禽蛋 (后文均以雞蛋為對象 )體外發(fā)育成雛的階段，它是通過外界條 件 (如溫度、濕度、通氣等條件 )的影響，使雞蛋變成雛雞的過程。孵化的好壞直 接影響孵化率的高低，小雞的成活率以及生長發(fā)育和生產(chǎn)性能。所以一定要重視孵化，了解和掌握孵化的原理、胚胎發(fā)育過程中各階段對外界條件的要求。 胚胎發(fā)育所需要的條件有溫度、濕度、通風(fēng)、翻蛋、涼蛋等。 溫度是孵化過程中最重要的條件。保證胚胎正常發(fā)育所需的適宜溫度，才能獲得高孵化率和優(yōu)質(zhì)雛雞。 孵化期間出現(xiàn)高溫，胚胎發(fā)育增快，孵化期縮短，胚胎死亡率增加，初生雛雞質(zhì)量下降 (王超， 1999)。當(dāng)孵化溫度超過 42℃ 時，胚胎會在 2 3小時內(nèi)死亡。 如果孵化的頭兩天溫度過高，在孵化的 56天時就會出現(xiàn)粘殼，發(fā)育畸形增多 。如果孵化的第 3~5天溫度過高，尿囊合攏提前，出雛時間會提前，但出雛時間將會拖長 。若出現(xiàn)短期強(qiáng)烈溫度偏高，胚胎干燥、粘殼，尿囊出現(xiàn)血液顏色呈暗黑色，且皮膚、心臟略有點(diǎn)狀出血。孵化后期長時間溫度偏高，會導(dǎo)致破殼早、內(nèi)臟充血，破殼后死亡多 (余中于， 2020。張麗娟， 2020。張偉， 2020)0 孵化溫度偏低，將延長種蛋的孵化時間，胚胎發(fā)育遲緩，氣室大，相應(yīng)死亡率增加，初生雛雞質(zhì)量下降。當(dāng)孵化溫度低至為 ℃ 時，胚胎大多數(shù)會死于殼內(nèi)。 由上看出，雞胚胎發(fā)育對環(huán)境溫度有一定的適應(yīng)能力，溫度在 0C，都有一些種蛋能出雛。但是在使用電力孵化設(shè)備的情況下，上述溫度不是胚 胎發(fā)育最適溫度 (郁箏， 2020)。在環(huán)境溫度得到控制的前提下 (如 24^25 0C )，就立體孵化箱而言，最適宜的孵化溫度是 0C。出雛期間為 37^ 0C。另外，孵化過程中不同時期的孵化溫度有所不同，需要進(jìn)行微調(diào)。因此，對孵化機(jī)內(nèi)的溫度精確測量是十分重要的 (廖紀(jì)朝， 1998)0 參考孵化行業(yè)的孵化標(biāo)準(zhǔn)，得出現(xiàn)有的孵化施溫方式主要有如下兩種 : ，大批種蛋整批人孵，應(yīng)采用變溫孵化。具體施溫方案如表 to ，具體溫度見表 2(技術(shù) 文獻(xiàn) )。 表 11不同胚齡期孵化室與孵化箱內(nèi)溫度關(guān)系 Table 11 Relationship between the temperature and the length of hatching 附 :華氏 (F)與攝氏 (C)的溫度換算公司 :F: 32+9/5C。 C=5/9x (F32) 表 12立體孵化分批入孵所取的溫度 Table 12 The temperature selected of nonwhole cubical hatching 由于本系統(tǒng)是 多孵化箱控制系統(tǒng)，為了便于管理并提高孵化效率，采用大批種蛋整批入孵方式，即孵化出雛一體化。故采用表 1所列的施溫方案。依據(jù)室內(nèi)溫度將孵化溫度分段確定為 (李明暉， 2020) 表 1一立體孵化分批入孵所取的溫度 Table 12 The temperature selected of nonwhole cubical hatching 1絕對濕度和相對濕度 大氣的干濕程度，通常是用大氣中水汽的密度來表示的，即以每 lm 3大 氣中所含水汽的克數(shù)來表示，它稱為大氣的絕對濕度。要想直接測量出大氣的水汽密度，方法比較復(fù)雜。而理論計算表明，在一般的氣溫條件下，大氣的水汽密度與大氣中華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 :基于單片機(jī)的多孵化箱溫濕度控制系統(tǒng)的研究水汽的壓強(qiáng)數(shù)值十分接近。所以大氣中水汽的密度又可以規(guī)定為大氣中所含水汽的壓強(qiáng)，又把它稱為大氣的絕對濕度，用符號 D表示，常用的單位是 mmHg a在許多與大氣濕度有關(guān)的現(xiàn)象里，如雞蛋的孵化，人們的感覺等等，都與大氣 的絕對濕度沒有直接的關(guān)系，主要是與大氣中水汽離飽和的遠(yuǎn)近程度有關(guān) (郁箏， 2020)。比如，同樣是 l0mmRg的絕對濕度，如果是在炎熱的夏季中午，由于離當(dāng)時的飽和水汽壓 (約 31mmHg)尚遠(yuǎn)，使人感到干燥，然而如果是在冬季的傍晚， 由于水汽壓接近當(dāng)時的飽和水汽壓 (約 18mmHg)而使人感到潮濕。因此通常把大氣的絕對濕度和當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓的比值的百分?jǐn)?shù)稱為大氣的相對濕度，即 式中 :H—相對濕度 。 D—大氣的絕對濕度 (mmHg)。 D一當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓 ((mmHg) o 上式表明，若大氣中所含水汽的壓強(qiáng)等于當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓時，這時大氣的相對濕度為 100%RH o 2濕度對孵化效果的影響 孵化機(jī)內(nèi)的相對濕度，對孵化效果也起著一定的作用。在正常情況下，從種蛋入孵到出殼，全期水分的損失約占蛋重的 12%左右，為確保胚胎的正常發(fā)育，種蛋內(nèi)水分的蒸發(fā)應(yīng)保