本申请要求于 2010 年 09 月 16 日提交中国专利局、 申请号为 201010284171.3、发明名称为"一种用于智能化肉鸡 养殖的 LED光源控制系统" 的中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及肉鸡养殖的光源控制系统，特别是 一种用于智能化肉鸡养殖的 LED光源控制系统。

背景技术

数十年来，人们一直从改善饲料利用率和生长 率的角度出发，对光照方案 进行着探索。尽管多种光照方案都会使效率有 相当的改善，但没有多少饲养者 会因肉鸡鸡舍的缺陷而采用这些方案。现有技 术中， 肉鸡的饲养主要通过白炽 灯、 荧光灯等实现光照明。 这些灯光远远不能满足肉鸡的快速生长的需求 ， 并 且肉鸡品系多年来的遗传进展大大加快了肉鸡 的早期生长各种代谢疾患的出 现， 如腿疾、 腹水症和猝死综合征， 增加了养殖成本。

为解决这个问题， 肉鸡业不得不采用了光照法、 降低饲养密度、 降低曰粮 养分浓度、 以及限制喂料量等等方法。现有技术中已开发 出了三大类型的光照 方案： （1)16小时明， 8小时暗； （2)渐增光照； （3)间歇光照。 前二种光照已在 肉鸡业中得到了广泛应用。 间歇光照虽然有效，但由于没有有效的灯光光 源和 灯光控制系统等问题而未能得到推广应用。一 般来说， 采用某种光照方案是为 了减慢肉鸡的早期生长， 从而使肉鸡的肌肉生长能与骨骼生长保持相应 的速 度。 一定的光照方案可通过控制肉鸡关键时期内的 采食量而减慢肉鸡的生长， 但是大多数光照方案都会降低胸肉重量相对于 体重的比率，分割肉的产量可降 低 1-2 %之多。 案， 采用渐增光照方案时， 早期的每天光照时间仅为 6 ~ 8小时， 而到屠宰前 1 ~ 2周时每天光照就增加到 23小时。 降低早期光照水平的基本目的是使骨骼 发育领先于肌肉生长，而渐增光照可引起生长 期后期合成代谢激素分泌猛增而 促进该时的生长和肌肉增长。 采用这一类型的光照方案在生产中一直都很成 功， 但是必须努力使得这些方案能够得到正确的实 施。 但是方案非常复杂， 并 且没有相应的光照系统来服务与这种方案。

现在越来越多的肉鸡场开始研究各种各样的光 照方案，并且已开发出了多 种不同的方案，以便降低代谢疾患的发生率而 同时尽可能减少体重和饲料利用 率的损失。

发明内容

本发明针对现有肉鸡培育过程中采用传统人工 光源存在的高能耗、光色不 纯、 寿命短等不足， 提供一种用于智能化肉鸡养殖的 LED光源控制系统， 可有 效地提高肉鸡的生产性能， 提高经济效益， 实现增产与源头减排的目的； 且本 发明既可降低死亡率， 又可使生长率达到更高的水平。

本发明中采用单色光可以理想地满足鸡体的生 物学需求，能高度地发挥其 生产性能。尤其是对肉用雏鸡来说， 采用绿色灯照明要比同样照度的白炽灯或 红色灯好得多。 特别是头几日龄的雏鸡， 当刚进入强烈应激状态的鸡舍， 采用 绿色灯照明， 具有明显的镇静作用， 只经过 3 ~ 6小时雏鸡就会安定下来， 且 积极采食。

在肉鸡的育成期初期阶段必须以高照度饲养， 这里对肉用雏鸡推荐采用

10 ~ 20Lx。 明亮的灯光， 可以帮助雏鸡找到饮水和食物。但经过 10 ~ 14天后， 光照强度就要逐渐下降到 5Lx水平。这一光照强度水平能使雏鸡更为安静 和减 少雏鸡的活动量， 从而可以获取更多的增重。

本发明为了保证肉鸡的育成期初期阶段光照的 需求， 开发出一套结构筒 单、 可适用于任何鸡舍的光源控制系统。 本发明采用以下的技术方案： 一种用 于智能化肉鸡养殖的 LED光源控制系统，其特征在于它包括 LED光源控制器、 LED总供电电源和多个 LED灯， 所述的 LED灯通过电源线与 LED光源控制 器的驱动电路连接； 所述的 LED总供电电源通过 LED光源控制器向 LED灯 供电， LED 总供电电源包括市电电源插座和将市电转换为 直流电的电压转换 装置；所述的 LED灯为满足肉鸡生长需求的绿色 LED, 多个 LED灯呈面形排 列。

所述的 LED光源控制器包括微处理器、与该微处理器连 接的时钟单元和串 口通信接口单元；该微处理器内设有存储肉鸡 生长曲线调节参数的内部存储器 E ² PROM; 该串口通信接口单元还与一计算机进行数据接 收、 发送， 计算机内 装有一肉鸡生长曲线调节参数的设置软件模块 ，所述的微处理器内嵌一控制软 件模块， 通过脉宽调制 （PWM ) 的设置， 实现对 LED灯光强的调节； 所述的 时钟单元用于 LED灯的光照时间和光照周期的设定；

在灯光的调节过程中，根据肉鸡在不同生长阶 段对不同光质的需求设置时 钟信号和微处理器主控芯片中的参数： 在育雏期肉鸡生长的第 0-2天内， 通过 PWM输出调节占空比， 保持每天 24小时的绿色光照强度为 15-301ux的全天照 明， 在内部存储器 E ² PROM中设置恒定的参数， 持续恒定的输出信号驱动 MOS 管， 通过时钟设置驱动时间周期为 48小时和连续的时钟脉沖信号， 保证驱动 时间； 在育雏期肉鸡生长的第 3-14天， 在 0:00 ~ 21:59的时间段内保持绿色光 强度 5-201ux, 在 22:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相应 的间隔； 育成期肉鸡生长的第 15-42天， 在 0:00 ~ 21:59的时间段内保持绿色 光强度 5-201ux, 在 22:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相 应的间隔。

绿色 LED灯能够建立可调整光量、 光谱、给光频率与工作比的人工光源， 可视需要提供连续无闪烁的光或高频闪烁的绿 色光，满足肉鸡的饲养中对光的 需求。 相邻 LED灯之间的间隔根据实际情况， 可以适当进行调节。

LED总供电电源的输出受 LED光源控制器控制， 具体的供电参数（供电 时间、 周期以及供电的大小）是根据肉鸡的生长参数 （生长周期及生长条件） 来改变。

针对肉鸡在不同生长阶段对不同光质的需求， 在不同的生长阶段， 本发明 分别通过计算机中的设置软件模块来设置生长 曲线调节参数，将参数存储到微 处理器 (MCU)的内部存储器 E ² PROM中， 每次参数存储完毕后， 就可以将计算 机从本发明中撤离 (在同一生长阶段中的参数是一致的， 不需要再进行设置)。 微处理器内的控制软件模块读取内部存储器 E ² PROM的存储参数， 运行该控制 软件模块， 用于灯亮或灯灭的控制， 从而实现对 LED灯光强的调节。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充， 本发明采取以下技术措施： 所述的微处理器采用 AVR系列的 MEGA8L作为主控芯片，通过 I/O口线 驱动 MOS管来驱动 LED灯， 通过 PWM输出调节占空比， 实现对 LED灯光 强的调节。 其中， 所述主控芯片的高电位引脚与接地引脚之间连 接有稳压电容。

其中， 所述的时钟单元连接有后备直流电源。

其中， 所述的时钟单元电路为 PCF8563芯片， 该 PCF8563芯片中 OSC1 与 OSC0引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。

其中， 电压转换装置可以将 220V的交流电转换成 12V、 1A的低压直流 电源。

本发明采用程控的 LED灯， 可实现光质、 光强与光照时间的自动调节， 满足肉鸡在不同生产阶段所需的光照时间与光 照强度要求；针对肉鸡在不同生 长阶段对不同光质的需求， 设置生长曲线调节参数， 将参数存储到 MCU的内 部存储器中， 其中光照强度参数的设置是随着肉鸡的生长期 由大变小，通过脉 宽调制 （PWM ) 的设置， 保证了光照强度的大小。

本发明具有以下有益效果： 从节能效果、 发光效率、 光的利用率以及光质 和光周期的可调控性上， 本发明都比传统人工光源具有更好的性能特点 ； 有效 地提高鸡的生产性能， 提高经济效益， 实现增产与源头减排的目的。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明 作进一步说明。

附图说明

图 1是本发明的原理示意图。

图 2是本发明微处理器的原理示意图。

图 3是本发明 LED光源控制器控制 LED总供电电源的电路原理图。

图 4是本发明 MCU主控芯片的电路原理图。

图 5是本发明串口通信接口单元 UART的电路原理图。

图 6是本发明时钟单元 RTC的电路原理图。

图 7为本发明的设置软件模块的流程示意图。

图 8为本发明的控制软件模块的流程示意图。

具体实施方式

本发明中对肉用雏鸡采用绿色 LED灯（绿色发光二极管）照明可以理想 地满足鸡体的生物学需求，能高度地发挥其生 产性能。特别是头几日龄的雏鸡， 当刚进入强烈应激状态的鸡舍， 采用绿色灯照明， 具有明显的镇静作用， 只经 过 3 ~ 6小时雏鸡就会安定下来， 且积极采食。 这里对肉用雏鸡推荐采用 10 ~ 301ux„ 明亮的灯光， 可以帮助雏鸡找到饮水和食物。 但经过 10 ~ 14天后， 光 照强度就要逐渐下降到 5-201ux水平。 这一光照强度水平能使雏鸡更为安静和 减少雏鸡的活动量， 从而可以获取更多的增重。 并且， 通过合理的控制 LED 照明时间， 可以更好的促进肉鸡生长。 如下表 1 , 列出本发明肉鸡生长过程中 LED发光颜色、 光照强度和光照时间的优选参数。

表 1

如图 1-2所示的智能化肉鸡养殖 LED光源控制系统由 LED光源控制器、 LED总供电电源和多个绿色 LED灯组成，所述的多个绿色 LED灯可以为线形、 面形、 灯泡等多种方式排列。 LED光源控制器包括微处理器（MCU )、 与微处 理器连接的时钟单元（RTC )和串口通信接口单元（UART ), 其中微处理器通 过串口连接线与计算机连接，计算机内装有肉 鸡生长曲线调节参数的设置软件 模块， LED灯通过电源线与 LED光源控制器的驱动电路连接。

微处理器内设有用于存储肉鸡生长曲线调节参 数的内部存储器 E ² PROM, 微处理器内嵌有控制软件模块。微处理器用于 控制软件模块的运行与计算机的 数据通讯， 通过微处理器和控制软件模块就能实现对 LED灯的智能控制， 可实 现 LED灯的光强与光周期控制。 LED总供电电源为 LED灯提供电压、 电流。 1 个 LED光源控制器可以控制 1-9根绿色 LED灯。 LED光源控制器根据肉鸡在不 同生长阶段对不同光强的需求，计算机通过设 置软件模块设置相应的参数并将 参数存储到 MCU内部的 E ² PROM中，控制软件模块根据 E ² PROM中的参数来控 制 LED灯的工作。

微处理单元（ MCU )是由 AVR系列的 MEGA8L做主控芯片（即单片机）， 通过 18路 I/O口线分别驱动 MOS管来驱动 LED灯，通过对 MCU的 MEGA8L 芯片进行编程， 通过 PWM输出调节占空比， 实现对 LED灯光强的调节。 在灯光的调节过程中，根据肉鸡在不同生长阶 段对不同光质的需求设置时 钟信号和主控芯片中的参数， 在育雏期肉鸡生长的第 0-2天内， 通过脉宽调制 ( PWM )输出调节占空比的调节保持每天 24小时的绿色光照强度为 15-301ux 的全天照明， MEGA8L主控芯片的内部存储器 E ² PROM中设置恒定的参数， 持 续恒定的输出信号驱动 MOS管， 通过时钟设置驱动时间周期为 48小时和连续 的时钟脉沖信号， 保证驱动时间。

在育雏期中， 肉鸡生长的第 3-14天， 在 0:00 ~ 21:59 的时间段内还通过 PWM输出调节占空比的调节保持绿色光强度 10-251ux, 在 22:00 ~ 23:59的时 间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相应的间隔。 育成期中， 肉鸡生长的第 15-42天，在 0:00 ~ 21:59的时间段内通过 PWM输出调节占空比的调节保持绿 色光强度 10-20ux, 在 22:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为 相应的间隔。 其中具体的 PWM调节是本领域技术人员容易实现的。

如图 3所示， 该电路主要是把市电 220V转换成 DC、 12V恒流恒压电源 提供给 LED灯， 主要包括 MOSFET、 二极管等。 通过脉沖宽度调制 （ PWM ) 控制实现输出需要的电压， 开始的时候， 当接入启动电源后由电阻 R4给开关 管 Q1提供启动电流， 使开关 Q3开始导通， 电路开始工作， 后级输出 12V交 流电压再经过肖特基二极管 SR560与及与其连接的电解电容 C1进行整流滤波 后输出直流（DC ) 12V恒流恒压电源。

当微处理单元 MCU的 I/O控制口控制三极管 Q2导通时， 开关管 Q1 同 时也导通， 二极管 D4截止， 输人的整流电压经 Q1和 L向 C充电， 这一电流 使电感 L中的储能增加。 当微处理单元 MCU的 I/O控制口控制三极管 Q2截 止时， 开关管 Q1也截止， 电感 L感应出左负右正的电压， 经负载 LED灯板 和续流二极管 Q1释放电感 L中存储的能量， 从而维持输出直流 12V LED灯 板电压不变。 LED 光源控制器与计算机通信进行接收， 可以实现由计算机来 完成控制信号的输入。通过本发明的 LED光源控制器可以实现发送相关数据， 时间、 周期的设定等工作， 实现表 1中肉鸡的生长曲线下灯光的控制。

图 4是本发明微处理单元的主控芯片的电路原理� �。 为了保证整个控制系 统的电路的安全运行， 其中微处理单元的芯片的高电位引脚 7与接地弓 I脚之间 连接有电容 C4, 其中引脚 28和引脚 27分别连接时钟芯片的控制线（SCL )和源 数据采集线（SDA ), 用于与时钟电路的信号传输， 并且引脚 28和引脚 27在连 接 VDD-2电源中分别连接有降压电阻 R1和 R2, 电阻 R1和 R2的阻值相等。

图 5是本发明中串口通信接口单元（ UART ) 的电路原理图， 串口通信接 口单元由 MAX232芯片与标准串口接口与计算机进行相互通 信， MAX232芯 片中的 TXD与 RXD分别与 MEGA8L的 TXD与 RXD引脚相连，而 MAX232 芯片中的 T10UT与 DB9接口中的 2脚相连， R1IN与 DB9接口中的 3脚相连， DB9的 5脚接地。 以及相关元件完成， 该 PCF8563芯片中 OSC1与 OSC0引脚之间串联有两端 陶瓷滤波器。 本电路还设有 3V的后备直流电源 VI , 能够保证在断电的时候 时间不会发生时间丟失问题。 时钟芯片 PCF8563 通过二极管 D1 连接电源 VDD-2, 通过二极管 D2连接后备直流电源 VI , 二极管 Dl、 D2形成单向供 电电流， 防止了电源 VDD-2与后备直流电源 VI 电源之间的干 4尤。 本发明的 时钟电路可以方便的设定时钟信号， 向 LED光源控制器提供时钟信号。

图 7和图 8分别示出设置软件模块的流程和控制软件模� �的流程。

本发明 LED也可为机发光二极管（ OLED, Organic Light-Emitting Diode)„ 本发明的用于智能化肉鸡养殖的 LED光源控制系统结构筒单、 实用， 满足 了肉鸡生长的需求， 减少了肉鸡养殖成本。本技术领域的普通技术 人员可根据 肉鸡的生长需求对其控制进行改造，不必付出 创造性的劳动可以实现的都应当 在本发明的保护范围之内。