本申请要求于 2010 年 09 月 16 日提交中国专利局、 申请号为 201010284173.2、发明名称为"一种用于智能化蛋鸡 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

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

背景技术

光照是养鸡生产中不可缺少的环境条件之一， 光照对雏鸡生长发育的好 坏、 成活的多少及成鸡产蛋率的高低等， 都有着极其密切的关系。 光照可促进 雏鸡采食、 饮水， 增加运动， 促进新陈代谢， 提高饲料利用率， 还能促进卵巢 发育和性成熟， 增加产蛋量。 因此养殖户必须制定合理的光照制度， 加强光照 管理， 必要时进行人工补充光照， 只有这样才能提高鸡的生产性能， 获得较好 的经济效益。

光照时间对蛋鸡产生比较重要的影响，适宜的 光照时间对鸡的活动、物质 代谢、生长发育和生产能力等的作用都非常重 要， 光照时间长短还与蛋鸡的性 成熟有密切关系。 育成期光照时间过短则性成熟晚， 过长则性成熟提前。 性早 熟的蛋鸡开产早，产蛋率低且产蛋期短。如果 在产蛋高峰期突然缩短光照时间， 则蛋鸡产蛋率降低， 死亡率增加， 即使恢复原来的光照时间， 产蛋率也很难在 短时间内恢复到原来的水平。

光照强度对蛋鸡产生的影响也^艮大， 光照过强或过弱都会带来不良后果。 光照太强不仅浪费电能， 而且使鸡烦躁不安，造成神经质， 易惊群，活动量大， 消耗能量， 易发生斗殴和啄癖。 光照突然增强可使蛋壳质量下降， 破蛋壳、 软 蛋壳、 双黄蛋、 无黄蛋等畸形蛋增加， 猝死率增高， 低照度光照有利于鸡在育 肥期沉积脂肪， 阴暗条件下喂养， 可使鸡增重较快。 但光照过弱， 则使雏鸡采 食量降低， 饮水减少， 从而影响雏鸡的生长， 对产蛋鸡也起不到刺激作用， 影 响产蛋量。

当前， 农户养鸡场光照问题使用很多， 光源大多采用白炽灯、 荧光灯， 成 本高、 效果差。 普通白炽灯泡的光谱与天然日光的相似， 其中一大部分热能以 红外线， 而不是光线散发， 光谱中红橙部分多而蓝绿部分少； 荧光管则有偏向 暖光和偏向冷光（蓝、 绿光谱）两类， 荧光灯不耐频繁启动和光强的调整； 汞 蒸气灯虽然效能也相近，但不适用于普通较低 的鸡舍， 同时要有一段预温时间 才能完全光亮。

此外， 养鸡户在鸡舍装灯只是为了晚上饲喂照明用， 只随便安装一两个灯 泡。 灯泡安装数量少， 功率也小， 达不到光照要求， 灯泡之间距离及其高度也 不尽合理， 致使光线强弱不均。 靠近灯泡附近光线过强， 使鸡产生神经质、 烦 躁不安， 出现互斗啄癖及脱肛现象， 而距灯泡较远的地方， 则光线过弱， 达不 到光照强度的要求， 影响到鸡的采食和饮水。 养鸡户大多是突然开灯与关灯， 使强光与黑暗发生突然变化， 这样对鸡群是一个强烈刺激， 容易导致鸡群发生 喙肛脱肛， 烦躁不安， 神经质猝死， 并使软壳蛋、 破壳蛋、 畸形蛋明显增多， 大大减低了养鸡的经济效益。

由于鸡的生命过程中对光质、 光强、 光周期的需求比较复杂， 要求高， 禽 舍照明中迫切需要智能化调光的补光系统。

发明内容

本发明针对现有蛋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蛋鸡养殖的 LED光源控制系统， 可有 效地提高蛋鸡的生产性能， 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。

为此， 本发明采用以下的技术方案： 一种用于智能化蛋鸡养殖的 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， 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； 所述的多个 LED灯可以为线形、 面形、 灯泡等多种方式排列， 每个 LED灯由红光 LED和绿光 LED组成， 由 LED光源控制器的两个控制输出接口分别控制红 光 LED和绿光 LED的驱动； 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；该微处理器内设有用于存储 蛋鸡生长曲线调节参数的内部存 储器 E ² PROM; 所述的串口通信接口单元还与一计算机进行数 据接收、 发送， 计算机内装有一蛋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， 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，根据蛋鸡在不同生长阶 段对不同光质的需求设置时 钟信号和微处理器的主控芯片中的参数： 在育雏期蛋鸡生长的第 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， 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 雏期蛋鸡生长的第 3-7 天， 在 0:00 ~ 21:59 的时间段内保持绿色光强度 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； 在育雏期蛋鸡生长的第 8-14天， 在 0:00 ~ 21:59的时间段内保持绿色光强 度 5-201ux, 在 20:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相应的 间隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 15-21天， 在 0:00 ~ 17:59的时间段内保持绿色 光强度 5-201ux, 在 18:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相 应的间隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 22-28天， 在 0:00 ~ 15:59的时间段内保持 绿色光强度 5-201ux, 在 16:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间 为相应的间隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 29-120天， 在 0:00 ~ 11:59的时间段内 保持绿色光强度 5-201ux, 在 12:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动 时间为相应的间隔； 在育成期蛋鸡生长的第 121-140天， 在 0:00 ~ 07:59的时 间段内保持绿色光强度 5-201ux, 在 08:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟 的驱动时间为相应的间隔； 在产蛋期， 在 0:00 ~ 15:59的时间段内保持红色光 强度 5-251ux, 在 16:00 - 23:59的时间段内暗色。

针对蛋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： 微处理器 (MCU)是由 AVR系列的 MEGA8L作为主控芯片，主控芯片通过 PWM输出调节占空比， 实现对灯光强的调节。

其中， 该主控芯片的高电位引脚与相临接地弓 I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， 时钟单元的电路包括 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， 电压转换装置是将 220V的交流电转换成 12V、 1A的低压直流电 源。

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）是根据蛋鸡的生长参数 （生长周期及生长条件） 来改变。 相邻 LED灯之间的间隔根据实际情况， 可以适当进行调节。

本发明采用可程控的 LED灯， 可实现光质、 光强与光照时间的自动调节， 满足蛋鸡在不同生产阶段所需的光照时间与光 照强度要求；针对蛋鸡在不同生 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蛋鸡的生长期 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

本发明中对蛋鸡采用绿光灯 (绿色灯)和红光灯 (红色灯)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。 优选对肉用雏鸡采用 10~201ux。 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 51ux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。 在产蛋期， 采用红色灯照明， 具有增加 产蛋量的作用。 并且， 通过合理的控制 LED照明时间， 可以更好的促进蛋鸡 生长和产蛋。 如下表 1, 列出本发明蛋鸡生长过程中 LED发光颜色、 光照强 度和光照时间的优选参数。

表 1

养 养殖 日 期 LED 颜 LED光照强度（lux) LED光照时间 殖时期 (天） 色

育雏期 1-2 绿色 15-30 24小时全照明 育雏期 3-7 绿色 10-25 0:00-21:59亮；

22:00-23:59暗 育雏期 8-14 绿色 5-20 0:00 ~ 19:59亮；

20:00-23:59暗 育雏期 15-21 绿色 5-20 0:00 ~ 17:59亮；

18:00-23:59暗 育雏期 22-28 绿色 5-20 0:00 ~ 15:59亮；

16:00-23:59暗 育雏期 29-120 绿色 5-20 0:00 ~ 11:59亮；

12:00-23:59暗 育成期 121-140 绿色 5-20 0:00 ~ 07:59亮；

08:00 ~ 23:59暗 产蛋期 141-400 红色 5-25 0:00 ~ 15:59亮；

16:00-23:59暗 如图 1-2所示， 智能化 LED蛋鸡养殖光源控制系统由 LED光源控制器、 LED总供电电源和多个 LED灯三个部分组成。 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， 计算机内装有蛋鸡生长曲线调节 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蛋鸡生长曲线调节参 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， 以及与计 算机的数据通讯， 通过微处理器和控制软件模块实现对 LED灯的智能控制。 LED总供电电源为 LED ( OLED )灯提供电压、 电流。 LED光源控制器根据蛋 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。

微处理器（ 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， 运行控制软件模块， 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，根据蛋鸡在不同生长阶 段对不同光质的需求设置时 钟信号和主控芯片中的参数： 在育雏期蛋鸡生长的第 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 201ux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。

在育雏期蛋鸡生长的第 3-7天， 在 0:00 ~ 21:59的时间段内保持绿色光强 度 151ux, 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； 在育雏期蛋鸡生长的第 8-14天， 在 0:00 ~ 21:59的时间段内保持绿色光强 度 lOlux, 在 20:00 ~ 23:59的时间段内暗色， 设置时钟的驱动时间为相应的间 隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 15-21天， 在 0:00 ~ 17:59的时间段内保持绿色光 强度 51ux,在 18:00 ~ 23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为� ��应的间 隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 22-28天， 在 0:00 ~ 15:59的时间段内保持绿色光 强度 51ux,在 16:00 ~ 23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为� ��应的间 隔； 在育雏期蛋鸡生长的第 29-120天， 在 0:00 ~ 11:59的时间段内保持绿色光 强度 51ux,在 12:00 ~ 23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为� ��应的间 隔； 在育成期蛋鸡生长的第 121-140天， 在 0:00 ~ 07:59的时间段内保持绿色 光强度 51ux,在 08:00 ~ 23:59的时间段内暗色，设置时钟的驱动时间为� ��应的 间隔；在产蛋期，在 0:00 ~ 15:59的时间段内保持红色光强度 lOlux,在 16:00 ~ 23： 59的时间段内暗色。其中具体的 PWM调节是本领域技术人员容易实现的。

图 3是本发明中 LED光源控制器控制 LED总供电电源的电路原理图。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 ( OLED ) 灯板， 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。

当微处理器 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， 输入的整流电压经 Q1和 L向 C充电， 这一电流使 电感 L中的储能增加。 当微处理器 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生成感应电压， 经负载 LED灯和续流二极管 Q1 释放电感 L中存储的能量， 从而维持输出直流 12V LED灯电压不变。 LED光 源控制器与计算机进行通信，实现由计算机及 设置软件模块来完成控制信号的 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中蛋鸡的生长曲线下灯光的控制。

图 4是本发明微处理器的主控芯片的电路原理图� � 为了保证整个控制系统 的电路的安全运行， 其中微处理器的芯片的高电位引脚 7与接地引脚之间连接 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。

如图 6所示，时钟单元（ RTC )与光周期的设定是由 RTC时钟芯片 PCF8563 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。

所述的多个 LED灯可以为线形、 面形、 灯泡等多种方式排列。 每个 LED灯 由红光 LED和绿光 LED组成， 由 LED光源控制器的两个控制输出接口分别控制 红光 LED和绿光 LED的驱动， 相邻 LED灯之间的间隔具有合适的光密度， 满足 本发明中蛋鸡生长对光强度的需求。

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蛋鸡养殖的 LED光源控制系统结构筒单、 实用， 满 足了蛋鸡生长的需求， 减少了蛋鸡养殖成本。本技术领域的普通技术 人员可根 据蛋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。