羊養殖智能化系統研究

李衛衛劉成忠

（1.甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學信息科學技術學院，甘肅蘭州 730070）

羊養殖智能化系統研究

李衛衛1劉成忠2

（1.甘肅農業大學工學院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農業大學信息科學技術學院，甘肅蘭州 730070）

為了養殖場的智能化管理、羊肉安全提供可靠的數據及減少人工勞動力，開發出通過WEB界面、后臺數據設計、各種傳感器和執行元件對養殖場的環境進行監控和測量的系統。該系統通過ZigBee技術進行組網通信上傳到WEB服務器中，用戶可以通過Web界面，對養殖廠的環境、羊只和辦公進行詳細的操作，實現采集與辦公一體化，可以提高羊養殖場的管理效率和生產能力，為以后發展和研究提供便利。

ZigBee；智能化養殖場；數據庫

隨著智能技術的發展，養殖場也逐漸向智能化、信息化和安全化的方向發展。肉羊的生長周期長達6個月，規模正在不斷擴大，這就使得智能化系統不僅要對養殖場的環境因素進行采集，還要與辦公平臺結合起來。國內有許多學者在不斷研究智能化系統，如姜榮昌［1］研究了畜舍養殖廠環境的無線監測和查詢；畢春光等［2］設計出了利用ZigBee技術測量兔舍溫度的設計；李浩［3］研究了利用RFID識別奶牛個體體征信息，并設計出奶牛精養飼料計劃；白忠賀［4］研究了使用FRID通過物聯網對肉品追溯的系統。這些系統只是采集一些環境因素和個體因素，沒有和智能辦公平臺結合。故本文提出一種采集信息（主要是體重）和辦公平臺結合起來的系統。

1 采集系統的設計

采集系統是由五大部分組成，分別為數據采集節點，執行節點、無線通信、數據庫和Web設計界面。數據采集節點是各種環境傳感器和個體識別節點組成。控制節點主要來控制羊養殖場各個可執行的電磁閥開關和電動機。無線通信是通過ZigBee技術將數據傳輸到數據庫中，數據庫是用來存放由采集節點采集的數據、生成羊只檔案和辦公數據，并通過Web服務器顯示到用戶界面上。智能化羊養殖廠系統整體框架如圖1所示。

1.1 采集節點及執行節點的設計

數據采集節點主要由兩部分組成：環境監測和個體監測。環境監測是監測羊場中各個指標（溫濕度，氨氣，光照和二氧化碳）是否符合羊生長的環境，并通過CC2530節點傳輸到協調節點中進而傳輸到數據庫中，并與用戶設定的數據比較；個體監測主要監測羊只每天的生長狀況，本文主要對個體體重做出說明。

圖1 整體框架圖

為了保證羊體的健康，對羊的個體監測主要有羊的運動量、羊體表溫度、飼養量和每天體重增長量。RFID射頻識別技術，又稱RFID，通過利用射頻技術來識別目標信息并讀取，讀取過程中具有快速、準確且無需與目標接觸的特點［5］。把RFID的標簽打在羊耳中，RFID讀寫器連接到單片機，進行與單片機通信，作為單片機識別羊個體的電子標簽。羊的運動量傳感器和羊體表溫度固定到羊的頸部來測量羊的運動量和體溫，把數據到傳送到單片機節點中，實時監測羊的運動量和體溫。在羊場特定的位置設定若干飼養裝置如圖2所示，當羊到達測量裝置的位置時，RFID自動識別電子耳標，如果識別到此羊已經進過食且達到上限，自動門則不會打開，否則自動門打開。首先，第1個自動門打開，測量羊進入時的重量，進食前的體重記為X1；然后，第2個自動門打開，羊進入飼料點進食，等待羊采食完畢之后，出口的第2個自動門打開，測量出羊進食后的重量，記為X2；最后，出口的第1個自動門打開，羊完成采食的過程，當次采食量為X=X2-X1。羊在每天會多次進行采食，從而測得羊每天進食的總量和每天體重增長量，作為追溯數據和成本價的依據。

圖2 飼養裝置

執行節點根據養殖實時的參數和用戶在數據庫中設定的參數，來進行詳細的調節。如用戶設定養殖場的溫度不大于30℃，當溫度大于30℃時，吹風機開始工作。執行節點本系統主要控制吹風機、抽風機、窗簾電動機、水電子磁閥等。

1.2 采集數據傳輸設計

本系統以CC2530為主控芯片，把各個節點用樹型的方式組成ZigBee無線網絡系統。在樹型無線網絡系統有3種節點，分別是終端節點、路由節點和協調節點［6］。羊養殖場智能控制系統無線網連接結構圖如圖3所示。

圖3 無線網絡結構圖

終端節點主要負責采集環境參數和羊體參數，在閑時可以進行休眠來降低功耗。終端節點首先把傳感器和終端節點初始化；其次，搜索可用網路并加入向路由節點發送本節點的物理地址，等待路由節點確定，路由節點確定完之后綁定節點成功；再者，節點接收到路由節點綁定成功信號之后，采集本節點測量的數據和進行誤差的初步處理并向路由節點發送處理好的數據，等待發送成功的回執信號；最后，根據實際需要決定終端節點是否進入休眠狀態。

路由節點主要負責由終端節點發送的數據向協調節點過渡的作用，路由節點可以直接采集各類參數，本文路由節點不參與數據采集，不可以進入休眠狀態。路由節點的工作過程：首先，路由節點在初始化完成后，加入網絡并向協調節點發送本路由節點的物理地址并請求轉發數據；其次，等協調節點允許給路由節點轉發數據之后，下達終端節點可以發送數據命令；最后，接收終端節點數據，并轉發，如果轉發成功則等待下次終端節點請求發送數據命令，否則等一段時間再次轉發。

協調節點是整個數據傳輸的中心點，主要負責網絡的建立和轉發路由節點發送的數據，協調節點沒有數據采集功能，也不可以進入休眠。協調器的工作過程：首先進行初始化，建立網絡群并監聽是否有節點加入；其次，監聽到路由節點請求入網指令，則下達入網允許并允許發送數據；再者，接收到路由節點數據，并檢驗數據的有效性；最后，將收到的路由節點的數據通過串口發送到數據庫中。

2 智能辦公平臺的設計

本系統的數據庫使用的軟件是SQL Sever 2014，采用B/S模式（瀏覽器/服務器模式）的數據應用系統，這種模式是由數據庫層、WEB服務器層和WEB瀏覽器3層組成的。相比C/S，有方便、開發簡單、維護簡單等優點。

2.1 辦公平臺數據庫設計

數據庫主要為了生成羊只檔案和智能辦公數據，是網站的核心部分，本系統根據養殖廠養殖環節的辦公需要，主要分為羊只管理、羊舍管理、藥物管理、疾病預防、飼料管理，人事管理、通知管理和環境監測等八部分，養殖場人員可分場主、飼養人員、技術人員和獸醫人員，故在數據庫中設計了五大類角色，并設定不同權限，實現辦公的智能化。

2.2 Web界面設計

Web界面是人機交互界面，本系統Web界面采用的是C#語言來進行編寫的，Web界面可分為登陸界面、信息管理界面和養殖場監控界面。登陸界面不僅對養殖場信息安全有保障，還可以區分登陸人員的權限。信息管理界面分為人事管理界面和羊只信息管理界面，人事管理界面主要針對場主開放，主要管理養殖廠人員變動問題；羊只信息管理界面主要負責顯示羊的各種信息，并可以添加和修改羊只檔案信息。養殖監控界面是收集養殖場環境信息和控制執行節點的界面。同時，系統具有移動訪問辦公的功能，Web界面總體框架圖如圖4所示，部分界面如圖5所示。

圖4 WEB總體框架圖

圖5 WEB界面之羊異常登記界面

3 結語

本文系統設計的羊養殖場是以CC2530無線單片機為主控元件，使用多種傳感器采集養殖廠環境參數，利用無線通信組網技術對數據傳輸和控制節點，將這些數據和辦公平臺良好地結合在一起，在管理層使用B/S模式，同時可以實現移動辦公。本系統可以基本可以實現羊場管理的信息化，提高養殖場各項工作的效率和質量，創造明顯的經濟和社會效益，為追溯數據的研究提供依據。故本系統可以滿足智能一體化養殖場基本的要求，為規模化養殖的智能化提供良好的思路。

［1］姜榮昌.畜舍養殖環境監測系統的設計與實現［D］.哈爾濱：東北農業大學，2013.

［2］畢春光，劉欣偉，任東波.基于ZigBee和GPRS網絡的兔舍無線溫度監測系統設計［J］.湖北農業科學，2014（18）：4434-4436.

［3］李浩.基于物聯網技術的奶牛飼喂策略研究［D］.上海：上海交通大學，2014.

［4］白忠賀.基于物聯網技術的肉品追溯系統研究［D］.南京：南京郵電大學，2013.

［5］何杰.RFID在原生態養殖中的應用研究［J］.現代農村科技，2015（6）：44-45.

［6］吳玉厚，姚金梅，陳士忠.基于ZigBee技術無線傳感器網絡節點研究［J］.沈陽建筑大學學報（自然科學版），2012（4）：735-741.

Research on Sheep Breeding Intelligent System

Li Weiwei1Liu Chengzhong2
（1.College of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070；2.College of Information Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070）

In order to realize intelligent management of livestock farms,provide reliable data for mutton safety,and reduce labor force,the intelligent system that can monitor and measure the environment of livestock farm through Web interface,backend data design,all kinds of sensors and actuators was developed.The measured and monitored environment parameters can be uploaded to the Web server through ZigBee-based networking.Thus,the users can manage the farm environment,sheep and office work through the Web interface.This system that integrates data collecting and office work was developed to improve management efficiency and productivity of sheep farms,so as to facilitate development of sheep farms and future research.

ZigBee；intelligent farm；database

TP393.09；S818.9

A

1003-5168（2017）04-0062-03

2017-03-11

李衛衛（1992-），男，碩士，研究方向：農業信息化。

劉成忠（1969-），男，博士，副教授，研究方向：智能決策支持系統。