【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) 模孵化機制造廠約 350家。荷蘭 “派司雷風 ”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)絡化和無線通信化。管理人員可以通過手持掌機監(jiān)控孵化設 備的運行，也可以通過 Inter遠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)雞場從日本引進少量的設備，并仿制了部分產(chǎn)品，談不上有設計能力。 80年代初期北京市平谷電子機械廠生產(chǎn)出了云峰牌孵化機，對當時養(yǎng)禽業(yè)有很大的促進，同時北京西山孵化設備廠等也開始從事專業(yè)的孵化設備生產(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)孵化設備己不能滿足需要，于是大型雞場開始大量從國外引進先進的孵化設備。這一來，對我國孵化設備的研制產(chǎn)生了深遠的影響，許多生產(chǎn)廠家從中吸收先進技術(shù)改進自己的設計，設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)模的從事孵化機設計和制造的專業(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，北京市西山孵化設備廠，杭州余杭畜禽設備廠 (浙江農(nóng)業(yè)大學 )以及杭州富陽春江孵化設備廠等 (排名不分先后 )。典型的產(chǎn)品主要有 :“依愛 ”牌數(shù)顯孵化機、漢顯智能箱體孵化機、 FT系列微控孵化 出雛機等 (林其祿等， 1996)。這些機型，部分 已經(jīng)采用先進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)進行了有意義的研究。吉林大學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)場總線思想運用到孵化控制中來，取得了一定的成果。長春理工大學侯滿宏采 用模擬溫度傳感器 AD590和 HS 系列濕度傳感器以及 89C51單片機設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)達國家相比，我們的孵化設備還是存在著很大的差距，整理如下 : ，國內(nèi)先進機型性能指標己經(jīng)達到了較高的水平，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行管理和提高自動化程度的輔助設備，其中最主要的是孵化機集群控制系統(tǒng)，它已經(jīng)普遍應用在國外的現(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)機械化、自動化的孵化設備遠遠不能滿足人們的需要。新一代的孵化設備應朝著人性化、智能化、網(wǎng)絡化、高可靠性和節(jié)能型的方向發(fā)展，以下是孵化設備的發(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、標準化發(fā)展， 使孵化機的控制效果更加精確。 ，每個孵化 場又有若干臺孵化設備，為了便于管理，將每個孵化場內(nèi)的若干臺孵化設備通過某種通信途徑連接起來，由一臺計算機來控制，這臺計算機再通過 Inter網(wǎng)絡可與公司總部或其它孵化場進行通訊。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轉(zhuǎn)情況，甚至能了解每臺孵 化設備的運轉(zhuǎn)情況，而且可以在世界各地均可通過 Inter網(wǎng)絡對遠在他鄉(xiāng)的孵化設備進行監(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，必要時指導使用者對故障的處理 。對孵化效果進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擔，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的控制技術(shù)，它的工作就華中農(nóng)業(yè)大學碩士學位論文 :基于單片機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用研究的基礎 ( 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)學模型的被控對象進行有效的控制。模糊控制技術(shù)一問世就得到了廣泛的應用，美國、英國、日本、荷蘭、丹麥等國相關科研人員開始 對不同的復雜控制過程進行模糊控制的實驗。 1973年 L. A Zadeh給出了用模糊語言進行系統(tǒng)描述的方法， 1974年美國的馬達尼首次應用這種方法實現(xiàn)了蒸汽發(fā)動機的模糊控制實驗，取得了滿意的效果。進入 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行 (趙文海， 1996。 H R Berenji, 1992)。日本九州大學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，后來制成了推理機及模糊控制用的 “模糊計算機 ”，每 秒鐘能推理 1000萬次。 我國對模糊控制的理論與應用研究起步較晚，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用在氣煉機、玻璃爐窯、化工大滯后過程、功率因數(shù)補償、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用，其 典型應用是溫室自動控制系統(tǒng)。 2020年，西北農(nóng)林科技大學王國美應用模糊控制理論進行了溫室自動控制系統(tǒng)的研究，通過 8098單片機采集溫室的參數(shù)因子，并進行模糊運算，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，大連理工大學王生成設計了一種控制規(guī)則自調(diào)整模糊控制器，通過 Matlab仿真對工業(yè)恒溫箱進行控制。對恒溫箱的動態(tài)性能進行了分析 (王生成， 2020)0 2020年，李善軍設計了以單片機為主控芯片的溫濕度兩級優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)。通過單片機采集溫室中的環(huán)境因子，并發(fā)送至上位 PC機，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與神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習能力有機地結(jié)合起來，設計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制器，并設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)絡各自的優(yōu)點來提高整個系統(tǒng)的學習能力和控制性能，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，適合應用模糊論進行控制。 本章主要介紹了本課題的來源、研究本課題的 目的和意義。同時介紹了當前國 內(nèi)外孵化設備的研究和生產(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計目標 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、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、心臟略有點狀出血。孵化后期長時間溫度偏高，會導致破殼早、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，相應死亡率增加，初生雛雞質(zhì)量下降。當孵化溫度低至為 ℃ 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，需要進行微調(diào)。因此，對孵化機內(nèi)的溫度精確測量是十分重要的 (廖紀朝， 1998)0 參考孵化行業(yè)的孵化標準，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 )。 表 11不同胚齡期孵化室與孵化箱內(nèi)溫度關系 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)大學碩士學位論文 :基于單片機的多孵化箱溫濕度控制系統(tǒng)的研究水汽的壓強數(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，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系，主要是與大氣中水汽離飽和的遠近程度有關 (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，由于離當時的飽和水汽壓 (約 31mmHg)尚遠，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時氣溫下的飽和水汽壓的比值的百分數(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等于當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)應保