基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)的智能畜牧管理系統(tǒng)

李 波 謝 箭 羅永利 蔡 良 夏興福

重慶工程學(xué)院 重慶 410065

1 前言

當(dāng)前，我國畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于一個(gè)新的歷史階段，畜牧業(yè)的快速發(fā)展在畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)中的比重日益增大。因此，實(shí)現(xiàn)建設(shè)畜牧現(xiàn)代化，用現(xiàn)代化技術(shù)帶動(dòng)畜牧業(yè)的智能化發(fā)展，對(duì)促進(jìn)畜牧業(yè)和養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大意義[1]。

雖然中國的畜牧在生產(chǎn)中，有長足的發(fā)展，但是養(yǎng)殖方式還是以傳統(tǒng)方式為主，這種方式不可避免地出現(xiàn)時(shí)效低、成本高、管理不集中、包含信息量少、反饋功能差等一系列問題[3]。因此，系統(tǒng)綜合運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并與現(xiàn)代化管理理論相結(jié)合建立一套智能畜牧管理系統(tǒng)，對(duì)加快畜牧業(yè)信息化、智能化的腳步，提高畜牧養(yǎng)殖的效率是十分有利的[6]。

畜牧業(yè)的微利時(shí)代已經(jīng)到來，傳統(tǒng)的畜牧業(yè)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展要求。傳統(tǒng)畜牧業(yè)需進(jìn)行信息與智能化改造，生產(chǎn)模式也要轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化生產(chǎn)、可視生產(chǎn)與可控生產(chǎn)，只有這樣，才能夠整體提高畜牧業(yè)的發(fā)展水平[2]。

2 設(shè)計(jì)分析

為讓畜牧業(yè)發(fā)展逐步邁向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、社會(huì)化、產(chǎn)業(yè)化。加快畜牧養(yǎng)殖的升級(jí)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、注重資源節(jié)約和食品安全，這已是我國現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的重要選擇[2]。生態(tài)養(yǎng)殖是現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，普及應(yīng)用現(xiàn)代化生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)是發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)必備條件。

3 畜牧設(shè)計(jì)方案

針對(duì)以上問題，我們對(duì)傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)殖管理模式進(jìn)行改進(jìn)，為的是能夠整體提高畜牧業(yè)的發(fā)展水平和減少不必要的勞動(dòng)力。

系統(tǒng)由傳感器件、執(zhí)行器件與控制器件三部分組成，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的方法使各類傳感器(溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⒍趸紓鞲衅?精準(zhǔn)測(cè)量養(yǎng)殖場(chǎng)在生產(chǎn)過程中有關(guān)溫度、濕度、二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)信息通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上傳中移物聯(lián)網(wǎng)OneNet平臺(tái)，管理員可通過遠(yuǎn)程攝像頭和上傳到平臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)信息并及時(shí)進(jìn)行分析處理，這對(duì)于畜牧業(yè)的管理便捷性起到關(guān)鍵的推動(dòng)性作用，系統(tǒng)整體框圖請(qǐng)見圖1。

圖1 系統(tǒng)整體圖

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是為推進(jìn)國家“菜籃子工程”政策的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)畜禽成長過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與分析，是為實(shí)現(xiàn)畜禽規(guī)模化養(yǎng)殖、流通、食品追溯提供的重要數(shù)據(jù)保障。

4 系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

智能畜牧管理系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合的方式，精準(zhǔn)采集養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行器件(風(fēng)扇、加濕器、加熱器)平穩(wěn)控制養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境的變化。具體數(shù)據(jù)如下所示。

◆溫濕度監(jiān)測(cè)功能：溫濕度采集節(jié)點(diǎn)配有溫濕度傳感器SHT10，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部空氣的溫度和濕度。測(cè)濕精度可達(dá)±4.5%RH，測(cè)溫精度可達(dá)±0.5℃(在25℃)。

◆視頻監(jiān)測(cè)功能：這項(xiàng)功能由網(wǎng)關(guān)中的攝像頭來完成。攝像頭實(shí)時(shí)捕獲養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部的畫面，我們既可以在觸屏液晶顯示器上看到養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部的實(shí)時(shí)畫面，又可以通過PC機(jī)遠(yuǎn)程訪問的方式來觀看養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部的實(shí)時(shí)畫面。

◆控制風(fēng)扇給養(yǎng)殖場(chǎng)降溫：當(dāng)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟風(fēng)扇加強(qiáng)通風(fēng)，為牲畜提供更好的生活環(huán)境。

◆控制加濕器給空氣加濕功能：如果養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)空氣濕度小于設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)加濕器，達(dá)到設(shè)定值后便停止加濕。

◆控制加熱器給環(huán)境升溫功能：當(dāng)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)溫度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)便啟動(dòng)加熱器來升溫，直到溫度達(dá)到設(shè)定值為止。

◆控制消毒管道給養(yǎng)殖場(chǎng)消毒功能：系統(tǒng)定時(shí)為養(yǎng)殖場(chǎng)噴灑消毒液，保證牲畜的健康。

◆控制喂食器給牲畜定時(shí)定量功能：當(dāng)?shù)搅嗽O(shè)定時(shí)間，喂食器會(huì)自動(dòng)打開閘閥放出飼料，直到飼料槽內(nèi)到達(dá)設(shè)定值時(shí)停止。

◆控制參數(shù)設(shè)定及瀏覽：對(duì)所要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的參數(shù)(溫度、濕度)進(jìn)行設(shè)置，以滿足自動(dòng)控制的要求。用戶既可以直接操作網(wǎng)關(guān)界面上的按鈕來完成系統(tǒng)平衡參數(shù)的設(shè)置，又可以通過PC機(jī)或手機(jī)遠(yuǎn)程訪問的方式完成參數(shù)的設(shè)置。

◆顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線：實(shí)時(shí)趨勢(shì)數(shù)據(jù)曲線可將系統(tǒng)采集到的養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)變化曲線的形式顯示出來，便于觀察系統(tǒng)某時(shí)間段內(nèi)整體的檢測(cè)狀況。

◆顯示歷史數(shù)據(jù)曲線：可顯示出養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)各測(cè)量參數(shù)的日、月、年參數(shù)變化曲線，根據(jù)該曲線可合理的設(shè)置參數(shù)，可分析環(huán)境的變化對(duì)牲畜的影響。

5 發(fā)展趨勢(shì)與總結(jié)

今科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，系統(tǒng)也將會(huì)不斷的技術(shù)迭代更新，未來我們將全面采用機(jī)械化、工程化、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)無人化管理與控制[10]。實(shí)現(xiàn)設(shè)施內(nèi)部環(huán)境因素的調(diào)控，由過去單因素控制向利用環(huán)境計(jì)算機(jī)多因子動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展；環(huán)境控制和養(yǎng)殖管理向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，而且養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)向保護(hù)環(huán)境、低成本的方向發(fā)展[7]。

1.做高科技養(yǎng)殖，高產(chǎn)量研發(fā)，可以說我國高科技智慧畜牧業(yè)剛剛起步但其發(fā)展速度相當(dāng)迅速，主要原因是國內(nèi)對(duì)智慧畜牧業(yè)的需求。

2.相對(duì)簡單的操作終端，由于養(yǎng)殖場(chǎng)的操作者并非自動(dòng)化行業(yè)的從業(yè)者，所以相對(duì)簡單的用戶操作界面也非常重要。

3.便于維護(hù)維修，由于系統(tǒng)較為復(fù)雜，故障點(diǎn)也較多，所以需要便捷的維護(hù)維修。

4.模擬生態(tài)環(huán)境，需要多次實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，力求達(dá)到壽命長、簡單化維修、全智能化管理系統(tǒng)。

5.做規(guī)模化市場(chǎng)，與地方經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，逐步形成規(guī)模，復(fù)合現(xiàn)代綠色、環(huán)保、健康的生活理念。