智能养蚕环境控制系统与人工饲料养蚕技术实践报告

韩益飞 何 磊 司马杨虎 孔旭东 缪文军 李文学 李长铭

(1.江苏如东县蚕桑指导站 226400;2.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所;3.苏州大学蚕桑研究所 215151)

实现人工饲料工厂化饲养家蚕是养蚕人的梦想［1，2］，采用人工饲料饲养家蚕，具有省力、省工等优点，但我们在实践中也发现，它对蚕室环境的要求比普通桑叶育更高，人们在养蚕过程中，为调节蚕室内目的温湿度，须花费大量的时间与精力，一定程度上制约了全龄人工饲料养蚕技术探索与应用步伐。为了让农民从繁重的蚕室环境控制中解放出来，构建现代蚕业技术体系［1］，我们2012年开始研究将物联网技术应用到蚕室环境控制中来，开发智能养蚕环境控制系统平台，实现养蚕环境全程远程实时监控与实时调控，实现蚕室环境控制自动化、全程化、网络化，当年晚秋蚕开始在蚕种催青室进行了调试与运行，2013年早春全龄人工饲料养蚕试验过程中，对蚕室环境参数进行了全程实时监控［3］，2013年8～9月对位于河口镇中天村15 组的“如东县饲料养蚕示范基地”蚕室进行改造，于晚秋蚕饲养结束后的初冬，在全龄人工饲料养蚕过程中进行了应用实践。现将初冬全龄人工饲料养蚕实践情况总结报告如下。

1 系统原理与结构组成

通过对室内环境参数的实时检测和环境设备的自动化管理，实现环境状态的自动控制;通过设备的无线组网，实现设备的远程操作;通过监测数据的实时上传，实现环境状态的远程监控。

1.1 系统原理

如图1 所示，首先，温度、湿度、光照等参数信息通过ZIGBEE 无线传感网络(WSN)传送到网关，网关一方面通过ZIGBEE 网络将数据转发到控制器，控制器根据配置的目标温度、目标湿度等自动控制相关设备的开关，同时控制器也将开关状态等信息反馈给网关(此时网关起到WSN 网络中继节点的作用);另一方面，网关通过GPRS 网络将各个参数传输到网络平台，平台的后台软件将数据写入数据库，网络平台通过IE 交互界面将数据显示给用户(此时网关实现移动通信网络和无线传感网络两个异质网络之间数据的无缝交换和传输);同时用户也可以通过平台向网关发送开关设备、配置等指令，实现对设备的远程操作。

图1 系统组成略图

1.2 系统组成

1.2.1 WSN 无线传感器:用于采集室内温湿度、光照等数据。

1.2.2 Zigbee/GPRS 网关:负责控制器、传感器、网络平台之间的通讯联系。

1.2.3 WSN 无线控制器:根据接收到的数据自动控制相关设备开关。

1.2.4 网络平台:M2M 通信管理，数据的存储与管理，监控实时数据，查询历史数据，管理配置相关设备。目前安装于如东农业信息网界面。

1.3 室内设备配置

为了实现蚕室内环境自动化控制，我们对蚕室进行了改造，优化保温保湿性能，配备了相关设备。

1.3.1 蚕室原有的水泥地面保持不变，四周及天花用厚度3mm 的双层彩钢板、中间夹层用7cm 的泡沫进行改装，保证其保温保湿性能。

1.3.2 蚕室约25m2，四壁均匀安装1KW 电热线8根，用于加温;配备1KW 的加湿器2 台，用于补湿;屋顶安装40W 的日光灯2 支，用于照明;东、南、北三面墙壁安装排风扇3 架，用于室内外换气。

上述设备均与控制器相连，从而使蚕室环境实时控制得以实现。

2 人工饲料养蚕技术

2.1 试验材料

供试蚕品种:菁松×皓月，3 盒，约2.8万粒卵/盒，由山东农业大学进行人工饲料适应性筛选、山东广通蚕种集团有限公司繁育提供;家蚕人工饲料:1～4龄饲料(桑叶粉含量35%)，由山东省蚕业研究所生产提供;5 龄饲料(桑叶粉含量35%)采用山东省蚕业研究所生产的蚕饲料的浓缩料，由农户按饲料∶豆腐渣∶水按1∶1.88∶1.88～2.0 的比例配制，配制时，添加浓缩料1.88‰的环丙沙星原料(含量为98%)［3］。

2.2 试验条件与饲育方法

除蚕室环境由技术人员通过网络进行实时监控与实时调控外，其他方法与早春全龄人工饲料育相同［3］。为加强室内空气循环，提高蚕体活动能力，自3 龄起在蚕室内置一小型电风扇，不定期对墙壁吹风。

2.3 防病卫生措施

除了加强养蚕前蚕室蚕具消毒外，为防止蚕体感染发病，此次注重强化饲养过程中的防病卫生措施。

2.3.1 所有与饲育操作无关的人员不得进入蚕室内(试验组织者除外);

2.3.2 饲育操作人员必须穿戴工作服进入蚕室;

2.3.3 蚕室入口放置消毒液，进入蚕室的人员须穿胶鞋经消毒液消毒后，再进入蚕室;

2.3.4 结合补湿，用消毒液进行蚕室地面消毒。

3 效果分析

3.1 龄期经过

此次全龄人工饲料育于10月28日收蚁，11月28日上蔟，全龄经过31d。其中进入2 龄时，物联网控制系统因故掉线，自动控制系统失灵，改手动控制，11月4日零时至晨6 时温度保持在24.3℃左右、湿度91%左右;6日15 时系统恢复正常，导致2龄期发育经过延迟约1d(表1)［3］，同时严重影响3眠和大眠时蚕的发育整齐度。

表1 菁松×皓月全龄人工饲料育生长情况调查

3.2 蚕体质量

饲育过程中，我们对各龄眠蚕的蚕体质量进行调查(表2)。结果发现，此次蚕体质量总体都比早春全龄人工饲料试验时低［3］，可能与2 龄期未能正常保持蚕室内的目的温湿度有关。

表2 眠蚕蚕体质量调查表

3.3 茧丝质量

上蔟10d 调查产茧量、公斤茧颗数、干壳量(表3)。

表3 菁松×皓月全龄人工饲料育饲养成绩(2013年11月)

经上蔟时抽样调查，此次熟蚕结茧率约为65%，平均盒种产茧12.33kg，全茧量1.12g，茧层率19.40%。鲜茧由如东晓星丝绸公司试样缫丝，试样成绩见表3。

表4 菁松×皓月全龄人工饲料育丝质成绩

由表4 可以看出，此次蚕茧上车率为75.70%，茧丝长为674.33m，低于早春全龄人工饲料育的水平［3］，解舒率为50.0%，平均纤度为2.9797 dtex。样丝经国家茧丝质量监督检验中心鉴定，结果表明，纤度均方偏差2.32D，纤度最大偏差6.18D，断裂强度3.57cN/dtex，断裂伸长率22.85%。

4 讨论

4.1 现代养蚕技术体系初现雏形

此次试验已经初步构建了以智能养蚕环境控制系统和家蚕全龄人工饲料饲育为基础的现代养蚕技术体系初步形成［1］，在试验过程中，技术人员和基地农民感到采用这种养蚕方式养蚕十分轻松，全龄采用人工饲料饲育不受外界环境控制，饲料初加工方便，切料、给饵以及除沙等各环节，省力高效;物联网智能养蚕环境控制技术的应用，使得养蚕劳动者从蚕室得到解放，不再为蚕室环境调控烦恼。它不仅可以实现全年不间断养蚕，扩大单季饲养规模，而且养蚕十分轻松舒适，如果能够建立起有规范的生产技术体系，达到蚕茧产量与质量稳定，实现可靠的经济收益，有利于生产要素向蚕业生产集聚。

4.2 全龄人工饲料养蚕技术规范建立尚需进一步探索

经过几年探索，我们在全龄人工饲料养蚕技术应用方面进行了一些探索，但离技术规范的形成还有很大距离，我们认为，全龄人工饲料养蚕技术是一项全新的技术，它涉及蚕饲料配方研究、饲料原料的稳定生产供应、饲料生产质量安全与稳定供应与饲料的初加工成形、给饵次数、给饵量、给饵时期与方法、蚕室环境参数设定、消毒防病方法与措施，等等它是一项复杂的系统工程，目前虽然在各方面都有一定的基础，仍需行业主管部门和领导者予以重视，组织行业优势力量，集中攻关。

4.3 智能养蚕环境控制系统需不断改进完善

由于物联网智能环境控制技术是一项新技术，我们的工作只是刚开始，随着技术的不断进步与积累，我们感到该技术在养蚕应用方面还有很多的工作可以做。一是将来全龄人工饲料养蚕技术规范建立后，可以将蚕室环境参数固化到系统中去，减少人为调节的工作量;二是可安装报警装置，蚕室内环境参数一旦发生偏离，可以通过手机及时通知养蚕管理者进行调节、维护;三是可安装图像采集传输装置，让养蚕管理者及时掌握室内家蚕的发育情况;等等。总之，这项工作处于刚起步阶段，需要不断加以改进完善。

［1］韩益飞.浅谈现代蚕业［J］.中国蚕业，2012，33(2):46-49.

［2］徐世清.发达地区蚕业现代化发展观察［J］.江苏农村经济，2009，(10):34-36.

［3］韩益飞，孔旭东，缪文军，等.皓月×菁松早春全龄人工饲料育初探［J］.中国蚕业，2014，35(1):