第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在乡村振兴战略深入推进与农业现代化加速发展的背景下，畜牧养殖业作为农业经济的重要组成部分，其规模化、智能化转型已成为提升产业竞争力的关键。传统牛羊养殖模式长期依赖人工巡检、经验化管理，存在诸多短板：一方面，养殖环境调控粗放，温湿度失衡易导致牛羊应激反应，病虫害滋生不仅影响牲畜健康，还可能传播疫病；另一方面，饲喂管理依赖人工定时定量操作，易出现投喂不均、资源浪费等问题，且牲畜健康监测滞后，往往在疫病爆发后才采取措施，造成经济损失。此外，偏远地区养殖场地常面临电力供应不稳定的问题，依赖传统电网不仅增加能耗成本，也制约了智能化设备的普及应用。  

随着物联网、清洁能源技术的快速发展，智能化养殖逐渐成为行业趋势，但现有解决方案仍存在明显局限：多数系统功能单一，仅聚焦于环境监测或饲喂控制，缺乏多模块协同能力；能源供应过度依赖传统电力，未能有效结合可再生能源实现绿色低碳运行；远程管理功能薄弱，难以满足养殖户实时监控、灵活调控的需求，且健康预警机制不完善，无法及时识别牲畜异常状况。这些问题导致养殖效率提升有限，规模化养殖的管理难度与成本居高不下，制约了畜牧业的可持续发展。  

基于此，研发基于单片机的光伏牛羊智能控制系统具有重要的现实意义与应用价值。该系统通过整合光伏发电技术，可实现偏远地区养殖场地的能源自给，降低对传统电网的依赖，契合绿色农业发展理念；借助多传感器融合与智能控制算法，能实现温湿度自动调节、病虫害精准防治、饲喂喂水智能化管理及牲畜健康实时监测，大幅减少人工干预，提升养殖精准度；结合小程序远程终端与本地显示屏，可实现养殖数据可视化与远程操控，让养殖户随时掌握养殖状态并灵活调整策略。此举不仅能降低养殖成本、提高牲畜存活率与生长质量，更能推动畜牧养殖业向低能耗、高效率、精细化方向转型，为乡村振兴背景下的农业现代化提供技术支撑，助力实现养殖产业的可持续发展。

1.2 国内外研究现状

在畜牧养殖业智能化升级的全球趋势下，国内外针对养殖环境调控、精准饲喂及能源优化等领域已开展大量研究，但在系统集成性与场景适配性上仍有提升空间。  

国外研究起步较早，聚焦于规模化养殖的智能化管理技术。例如，欧美国家在环境监测方面已实现温湿度、氨气浓度等参数的实时采集与自动调控，通过闭环控制系统联动通风、供暖设备，保障养殖环境稳定；精准饲喂领域，基于牲畜行为识别与食量预测模型的自动投喂系统已较为成熟，部分系统可结合物联网技术实现远程参数调整。在清洁能源应用上，国外较早探索光伏与养殖业的结合，如利用太阳能电池板为偏远牧场的监测设备供电，降低对传统电网的依赖。同时，健康监测技术方面，红外测温、运动轨迹分析等手段已被用于牲畜疫病预警，部分系统可通过云端平台向管理人员推送异常信息。但国外系统多针对大型集约化养殖场设计，成本较高，且功能模块相对独立，难以适配中小型养殖场的复合型需求，尤其在病虫害防治与饲料资源循环利用的结合上存在不足。  

国内研究近年来发展迅速，围绕“绿色养殖”与“精准管理”形成诸多成果。在环境控制方面，基于单片机的温湿度监测与通风设备联动系统已广泛应用于中小型养殖场，成本较低且易于推广；光伏供电技术在农业领域的应用逐步深入，部分地区已实现太阳能为养殖设备供电，解决了偏远地区电力供应难题。远程管理方面，依托微信小程序、APP等移动终端的养殖监控系统日益普及，支持用户实时查看养殖数据并远程操作饲喂设备。然而，国内现有系统存在功能碎片化问题：多数系统仅侧重单一环节（如仅环境监测或仅自动饲喂），缺乏对光伏供电、病虫害防治、健康监测、远程控制的一体化整合；自动饲喂的智能化程度不足，多依赖定时定量投喂，难以根据饲料余量动态调整；同时，将蚊虫尸体等废弃物转化为饲料资源的循环设计较为罕见，资源利用率有待提升。  

总体而言，国内外研究已为畜牧智能化奠定基础，但在低成本、多功能集成及场景化适配方面仍需突破。针对牛羊养殖的特殊性，开发一套融合光伏供电、多参数监测、智能饲喂、健康预警及远程管理的一体化系统，对推动养殖业提质增效具有重要意义。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕基于单片机的光伏牛羊智能控制系统展开，核心内容包括六大模块的设计与集成：光伏发电模块通过太阳能电池板与锂电池储能实现系统供电；温湿度检测控制模块联动传感器与排气扇完成环境调控；自动灭虫喂食模块结合红外检测、灭虫灯及料仓控制实现虫害防治与智能饲喂；健康监测模块依托红外测温与报警装置完成体温异常预警；远程小程序终端实现数据查看、模式切换及参数调整；显示屏模块实时呈现环境与投喂信息。研究方式采用硬件选型与电路设计搭建物理系统，通过单片机编程实现模块逻辑控制，结合传感器校准与阈值设定优化响应精度，借助小程序开发实现远程交互功能，最终通过模拟养殖环境测试验证系统稳定性与各模块协同性。