應用于移動終端的禽舍環境監控系統的設計與實現

孫凱+柳平增+李惠敏+殷若新+連京華

摘 要：隨著移動通信技術和移動終端技術的快速發展，智能移動終端已普遍成為人們生活中隨身攜帶的上網工具?；谖锫摼W技術設計開發的禽舍環境監控系統，應用于移動終端，即可實現對家禽養殖環境隨時隨地實時監測，進而根據監測數據并結合家禽生長發育規律遠程控制相關設備，提高家禽生產的現代化、智能化管理水平，達到集約、健康、高產、高效、節能的目的。

關鍵詞：移動終端；禽舍環境；監控系統；設計；實現

中圖分類號：S126+S831.4+5 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2014）11-0015-03

在規模化、集約化的家禽生產全密閉飼養模式下，禽舍內養殖環境的控制尤為重要。與家禽生產相關性較大的舍內環境因素包括溫度、濕度、空氣中的有害氣體（如氨氣、硫化氫、粉塵、二氧化碳等）和光照條件等[1]。實時監測并隨時調控這些環境指標，使其保持在家禽生長發育所需的適宜范圍內，是家禽健康生長和發揮正常生產性能的必要基礎。目前，越來越多的種禽生產企業重視養殖環境的管理和調控，一般依據對舍內溫度的監測指標并利用風機、濕簾等通風設備進行控制，但監測項目不全面，監測技術落后，且高度依賴人工，智能化程度低，遠不適宜我國現代化、標準化規模家禽生產之需要。

隨著移動終端的普及應用和3G、4G網絡的到來，我們進入了移動互聯網時代。移動終端如智能手機、平板電腦等，隨著其成本價格不斷降低，開始大量占領普通消費群體，同時上網資費逐步降低，也促使人們越來越多地利用智能手機上網。智能手機體積小便于攜帶，通信、語音等功能較為完善，能滿足用戶隨時隨地上網需求[2]，成為家禽生產管理者隨身攜帶并普遍使用的移動上網工具。因此，設計開發基于物聯網的家禽環境監控系統，便于家禽生產管理者通過智能手機或平板電腦等移動終端隨時隨地獲取和監控養殖環境信息，不受時間和地點的限制。該系統的開發實現了禽舍環境信息的異地遠程實時監控，同時，實現了智能手機和臺式微機對養殖環境信息的同步共享，實現了生產一線管理和異地高層管理對養殖環境信息的共享共管，這對促進我國家禽業現代化、信息化具有重要的現實意義。

1 物聯網的含義

“物聯網”顧名思義，就是物物相連的網絡。從技術層面來說，它是將傳感器、傳感器網絡及RFID（射頻識別）等感知技術、通信網與互聯網技術、智能運算技術等融為一體，實現全面感知、可靠傳送，最終實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[3]。物聯網是在互聯網基礎上進行的延伸和擴展，物聯網的發展依賴于互聯網。

應用于移動終端的禽舍環境監控系統所依賴的移動互聯網將移動通信和互聯網結合，用戶可借助移動終端通過移動通信網訪問互聯網。移動互聯網具有傳統桌面互聯網無法比擬的“3A”特征：Anywhere（任何地點）、Anytime（任何時間） 和Anybody（任何人）[4]，使得家禽生產管理者在任何時間、任何地點對禽舍環境進行有效監控的愿望成為現實。

2 禽舍環境監控系統設計方案

家禽的健康生長發育以及良好的生產性能均依賴于禽舍小環境。而禽舍環境監控系統主要監控舍內溫度、濕度及空氣中氨氣、粉塵等具有實際生產意義的環境指標。利用溫度傳感器、濕度傳感器、氨氣傳感器、粉塵傳感器對上述環境指標進行實時采集，并通過無線網絡傳輸技術將各路數據信息傳至監控終端，按時間順序存入系統數據庫。系統設置Web服務器，負責響應和管理異地移動終端的訪問，當移動終端成功登錄該系統的URL地址時，Web服務器訪問系統數據庫將提取最新監控數據，以圖形或數字方式顯示頁面，供移動終端用戶訪問。同時，系統數據庫按時間先后儲存的歷史數據信息可供用戶查詢。

該監控系統支撐軟件對各路數據信息進行分析，若某一路數據超出該項環境參數設定的閾值范圍，則自動啟動報警裝置，以鳴響或警燈閃爍方式報警，監控界面的相關數據會變色閃動以提示超標的環境參數。同時系統的通信模塊自動以短信的形式告知一線生產管理人員，便于及時采取控制措施。禽舍環境監控系統流程示意圖見圖1。

3 禽舍環境監控系統設計實現

3.1 禽舍環境監控系統硬件設計

基于物聯網的禽舍環境監控系統主要由環境參數傳感器、數據采集卡、數據無線傳輸、微處理器、顯示器等組成。其中環境參數檢測智能傳感器可實現對溫度、濕度、空氣中氨氣濃度和粉塵含量等環境指標的實時感知。其設計如圖2所示。

3.1.1 數據采集卡 作為下位機的數據采集模塊，系統使用了西門子S7-200系列PLC，應用西門子公司為其配套的Step7 Micro Win軟件編程，完成對環境各傳感器數據的采集和數據編碼，并通過PPI通信將數據信息上傳至監控計算機[5]。

3.1.2 微處理器 根據禽舍環境監控系統實現的功能要求，選用美國德州儀器TI公司開發的16位微處理器MSP430F149。它的基本特點具有豐富的尋址能力，眾多的片內寄存器及有效的查表處理方法，可簡便地編制出高效的程序；豐富的片上外設，微處理器上集成了較多的片上外圍模塊，包含12位A/D、精密模擬比較器、硬件乘法器、看門狗及眾多的輸入輸出接口；執行速度快，可達8 MIPS[6]。非常適合于性能要求高、功耗低的家禽養殖場。

3.1.3 溫濕度傳感器 禽舍內的溫度和濕度是家禽養殖環境調控中的重要參數。本系統設計選用了精度高、可靠性好的SHT71傳感器。SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技術的新型溫濕度傳感器， 該傳感器集信號調理、數字變換、串行數字通訊口及數字校準等于一體，具有免外圍元件、長期穩定等特點[6]。

3.1.4 粉塵傳感器 系統選用了光學式粉塵濃度檢測變送器，型號為DS200。其特點：可作為測試環境灰塵的參考，適用范圍0～50 mg/m3；穩定時間為5 min；光學原理，反應快；結構考慮空氣動力原理，實現自動實時采樣，可以長期使用；友好型設計，維護更簡單；滿足國家《環境空氣質量標準》和WHO對于顆粒物的空氣質量準則值所規定的數值范圍測試要求。

3.1.5 氨氣傳感器 系統選用了MIC系列固定式氣體檢測變送器，這是一款國際標準智能化傳感器，可以檢測空氣中氨氣的百分含量濃度，并將濃度按正比關系轉換成4～20 mA標準信號輸出。其技術特點：完全實現了三線制氣體變送器的數字化、智能化；4～20 mA信號和標準RS485數字信號輸出，可實時與計算機進行通訊；現場查看、設定、校準以及維護非常方便。

3.2 禽舍環境監控系統軟件設計

3.2.1 監控系統軟件實現 在場區生產管理辦公室或養殖監控中心微機上由環境監控軟件完成環境各路數據信息的接收、解碼、存儲及數據分析和顯示。其實現流程見圖3。

3.2.2 供移動終端訪問的Web頁面功能實現 供移動終端訪問的Web頁面采用動態網頁ASP和無線標記語言（WML）編程來實現。主要完成對登錄用戶身份的識別，發送最新監控數據，還可以根據用戶的請求發送歷史數據。

3.2.3 短信報警功能的實現 當禽舍內某一環境參數超出預設的閾值范圍時，例如，夏季高溫天氣，2周齡后的肉仔雞舍內溫度超過30℃時，環境監控程序立即啟動GSM通信模塊，GSM通信網絡具有智能移動手機之間收發短消息的功能，即可將溫度異常情況自動發送短信通知指定生產管理人員。

3.3 禽舍環境優化控制的實現

禽舍環境監控系統通過環境控制器連接各種環境控制設備，實現科學調節、按需優化環境的功能。環境控制設備包括各式風機、濕簾、卷簾、通風窗、暖風爐等，主要采用并聯的方式接入主控器，主控器控制模式既可設置為手動控制，又可設置為智能控制。當設置為智能控制模式時，主控器接收并執行遠程移動終端監控軟件發來的指令，從而對環境設備進行合理的調控。

4 結論

在移動互聯網環境下，家禽生產管理者使用的智能手機已不單純是用于社交、通訊、娛樂、獲取生活資訊的工具，而是在基于物聯網的禽舍環境監控軟件的支撐下演變為一個家禽環境監測、異常報警和控制的“掌上平臺”。該禽舍環境監控系統的應用能夠使家禽生產管理者隨時調控舍內小環境，確保在標準化養殖模式下家禽的安全生產，確保家禽生產性能的正常發揮，有效避免疾病的發生和死亡。

參 考 文 獻：

[1] 王莉麗.淺談生產中家禽舍內環境的控制[J].養禽與禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移動網絡環境下移動終端設備的發展與應用[J].網絡安全技術與應用，2013（7）：49-50.

[3] 陳子洋. 淺談物聯網的概念和未來發展[J].科技創業家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，楊乃.移動互聯網時代政府公共信息服務方式展望[J].中國地質大學學報：社會科學版，2013（6）：23-25.

[5] 楊彥彬，李寧，盧智嘉.基于移動互聯網的機房環境監控系統設計與實現[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，畢樹生，梁勇，等.畜禽養殖環境智能終端的設計與實現[J].計算機工程，2009（10）：20-22. 山 東 農 業 科 學 2014，46（11）：18～21，25

3.1.5 氨氣傳感器 系統選用了MIC系列固定式氣體檢測變送器，這是一款國際標準智能化傳感器，可以檢測空氣中氨氣的百分含量濃度，并將濃度按正比關系轉換成4～20 mA標準信號輸出。其技術特點：完全實現了三線制氣體變送器的數字化、智能化；4～20 mA信號和標準RS485數字信號輸出，可實時與計算機進行通訊；現場查看、設定、校準以及維護非常方便。

3.2 禽舍環境監控系統軟件設計

3.2.1 監控系統軟件實現 在場區生產管理辦公室或養殖監控中心微機上由環境監控軟件完成環境各路數據信息的接收、解碼、存儲及數據分析和顯示。其實現流程見圖3。

3.2.2 供移動終端訪問的Web頁面功能實現 供移動終端訪問的Web頁面采用動態網頁ASP和無線標記語言（WML）編程來實現。主要完成對登錄用戶身份的識別，發送最新監控數據，還可以根據用戶的請求發送歷史數據。

3.2.3 短信報警功能的實現 當禽舍內某一環境參數超出預設的閾值范圍時，例如，夏季高溫天氣，2周齡后的肉仔雞舍內溫度超過30℃時，環境監控程序立即啟動GSM通信模塊，GSM通信網絡具有智能移動手機之間收發短消息的功能，即可將溫度異常情況自動發送短信通知指定生產管理人員。

3.3 禽舍環境優化控制的實現

禽舍環境監控系統通過環境控制器連接各種環境控制設備，實現科學調節、按需優化環境的功能。環境控制設備包括各式風機、濕簾、卷簾、通風窗、暖風爐等，主要采用并聯的方式接入主控器，主控器控制模式既可設置為手動控制，又可設置為智能控制。當設置為智能控制模式時，主控器接收并執行遠程移動終端監控軟件發來的指令，從而對環境設備進行合理的調控。

4 結論

在移動互聯網環境下，家禽生產管理者使用的智能手機已不單純是用于社交、通訊、娛樂、獲取生活資訊的工具，而是在基于物聯網的禽舍環境監控軟件的支撐下演變為一個家禽環境監測、異常報警和控制的“掌上平臺”。該禽舍環境監控系統的應用能夠使家禽生產管理者隨時調控舍內小環境，確保在標準化養殖模式下家禽的安全生產，確保家禽生產性能的正常發揮，有效避免疾病的發生和死亡。

參 考 文 獻：

[1] 王莉麗.淺談生產中家禽舍內環境的控制[J].養禽與禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移動網絡環境下移動終端設備的發展與應用[J].網絡安全技術與應用，2013（7）：49-50.

[3] 陳子洋. 淺談物聯網的概念和未來發展[J].科技創業家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，楊乃.移動互聯網時代政府公共信息服務方式展望[J].中國地質大學學報：社會科學版，2013（6）：23-25.

[5] 楊彥彬，李寧，盧智嘉.基于移動互聯網的機房環境監控系統設計與實現[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，畢樹生，梁勇，等.畜禽養殖環境智能終端的設計與實現[J].計算機工程，2009（10）：20-22. 山 東 農 業 科 學 2014，46（11）：18～21，25

3.1.5 氨氣傳感器 系統選用了MIC系列固定式氣體檢測變送器，這是一款國際標準智能化傳感器，可以檢測空氣中氨氣的百分含量濃度，并將濃度按正比關系轉換成4～20 mA標準信號輸出。其技術特點：完全實現了三線制氣體變送器的數字化、智能化；4～20 mA信號和標準RS485數字信號輸出，可實時與計算機進行通訊；現場查看、設定、校準以及維護非常方便。

3.2 禽舍環境監控系統軟件設計

3.2.1 監控系統軟件實現 在場區生產管理辦公室或養殖監控中心微機上由環境監控軟件完成環境各路數據信息的接收、解碼、存儲及數據分析和顯示。其實現流程見圖3。

3.2.2 供移動終端訪問的Web頁面功能實現 供移動終端訪問的Web頁面采用動態網頁ASP和無線標記語言（WML）編程來實現。主要完成對登錄用戶身份的識別，發送最新監控數據，還可以根據用戶的請求發送歷史數據。

3.2.3 短信報警功能的實現 當禽舍內某一環境參數超出預設的閾值范圍時，例如，夏季高溫天氣，2周齡后的肉仔雞舍內溫度超過30℃時，環境監控程序立即啟動GSM通信模塊，GSM通信網絡具有智能移動手機之間收發短消息的功能，即可將溫度異常情況自動發送短信通知指定生產管理人員。

3.3 禽舍環境優化控制的實現

禽舍環境監控系統通過環境控制器連接各種環境控制設備，實現科學調節、按需優化環境的功能。環境控制設備包括各式風機、濕簾、卷簾、通風窗、暖風爐等，主要采用并聯的方式接入主控器，主控器控制模式既可設置為手動控制，又可設置為智能控制。當設置為智能控制模式時，主控器接收并執行遠程移動終端監控軟件發來的指令，從而對環境設備進行合理的調控。

4 結論

在移動互聯網環境下，家禽生產管理者使用的智能手機已不單純是用于社交、通訊、娛樂、獲取生活資訊的工具，而是在基于物聯網的禽舍環境監控軟件的支撐下演變為一個家禽環境監測、異常報警和控制的“掌上平臺”。該禽舍環境監控系統的應用能夠使家禽生產管理者隨時調控舍內小環境，確保在標準化養殖模式下家禽的安全生產，確保家禽生產性能的正常發揮，有效避免疾病的發生和死亡。

參 考 文 獻：

[1] 王莉麗.淺談生產中家禽舍內環境的控制[J].養禽與禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移動網絡環境下移動終端設備的發展與應用[J].網絡安全技術與應用，2013（7）：49-50.

[3] 陳子洋. 淺談物聯網的概念和未來發展[J].科技創業家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，楊乃.移動互聯網時代政府公共信息服務方式展望[J].中國地質大學學報：社會科學版，2013（6）：23-25.

[5] 楊彥彬，李寧，盧智嘉.基于移動互聯網的機房環境監控系統設計與實現[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，畢樹生，梁勇，等.畜禽養殖環境智能終端的設計與實現[J].計算機工程，2009（10）：20-22. 山 東 農 業 科 學 2014，46（11）：18～21，25