基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)探索

陳創(chuàng)業(yè) 謝曉麗 胡天讓 劉根新 陳蕊 孔祥 李先山 陳立濤1

摘? 要：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效提高監(jiān)控效率，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度和濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。本文首先介紹了豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案;再次探討了系統(tǒng)的功能與現(xiàn)場(chǎng)控制分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊、視頻監(jiān)控模塊與控制器模塊的原理和作用;最終分析了系統(tǒng)的模擬應(yīng)用效果，以及系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)中存在的不足，以提高豬舍內(nèi)環(huán)境的管理效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);豬舍內(nèi)環(huán)境;監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S815.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2021）06-0034-03

1? 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度與濕度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)了解豬舍內(nèi)環(huán)境相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài);尤其是針對(duì)分娩后的豬舍內(nèi)環(huán)境，在設(shè)計(jì)中能夠進(jìn)一步針對(duì)各豬欄的小環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，了解溫度和濕度的變化情況，使各豬欄內(nèi)的小環(huán)境能夠滿足豬舍內(nèi)環(huán)境多樣化功能的需求。運(yùn)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建豬場(chǎng)中豬舍內(nèi)環(huán)境的可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境進(jìn)行集中管理，對(duì)溫度和濕度在設(shè)定后能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)[1]。通過(guò)采用嵌入式控制器，對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度與濕度的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)所保存的歷史數(shù)據(jù)，方便豬舍的管理人員實(shí)時(shí)查看豬舍內(nèi)的環(huán)境狀況，并根據(jù)生產(chǎn)需求，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)一步設(shè)定。

2? 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)

利用WiFi網(wǎng)絡(luò)建立豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制模塊。該模塊主要是針對(duì)中小規(guī)模化豬場(chǎng)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些豬場(chǎng)占地面積較小，運(yùn)用WiFi進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸能夠節(jié)約成本，并且可以滿足小范圍內(nèi)的無(wú)線通訊需求。該模塊還能夠有效縮短豬舍內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，降低成本，提升豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。在豬舍內(nèi)，安裝的保溫爐、加濕器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，能夠用于豬舍內(nèi)的溫度和濕度的調(diào)節(jié)以及通風(fēng)換氣。運(yùn)用WiFi網(wǎng)絡(luò)將內(nèi)部設(shè)備構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過(guò)星狀網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的形式，完成豬舍內(nèi)各設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，會(huì)統(tǒng)一設(shè)定豬舍內(nèi)部環(huán)境中各種設(shè)備的參數(shù)，豬舍管理人員可以在系統(tǒng)平臺(tái)的管理員操作界面上調(diào)節(jié)各種設(shè)備的啟動(dòng)與關(guān)閉狀態(tài)。在無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建的溫濕度傳感器及接線見(jiàn)圖1。

2.2 視頻監(jiān)控模塊

在豬舍內(nèi)環(huán)境中安裝攝像頭，并進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，由此在豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中組建成視頻監(jiān)控模塊，豬舍管理人員則可以利用監(jiān)控顯示屏了解豬舍內(nèi)部的動(dòng)態(tài)情況。為節(jié)約成本，提高視頻監(jiān)控的靈活性，避免在豬舍內(nèi)環(huán)境中出現(xiàn)視頻監(jiān)控死角，用電動(dòng)云臺(tái)的承載方式作為攝像頭支撐工作平臺(tái)，使攝像頭能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，從而明顯增大豬舍內(nèi)環(huán)境中的監(jiān)控范圍。考慮到WiFi網(wǎng)絡(luò)的寬帶速度有限，現(xiàn)場(chǎng)視頻會(huì)用視頻編碼器進(jìn)行壓縮，因而即使信息存儲(chǔ)量較大也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的現(xiàn)象。視頻監(jiān)控模塊同樣建立在WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，為確保視頻監(jiān)控穩(wěn)定，應(yīng)給視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝獨(dú)立電源，即使豬舍監(jiān)控環(huán)境內(nèi)部出現(xiàn)短期停電的情況，也能通過(guò)獨(dú)立電源的供電保障視頻信息的存儲(chǔ)[3]。對(duì)視頻監(jiān)控模塊采用單獨(dú)的Linux控制器，用嵌入式模式控制移動(dòng)位置。通過(guò)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)，完成豬舍內(nèi)部視頻攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，使豬舍管理人員也能夠在豬舍內(nèi)部監(jiān)控視頻，觀看時(shí)通過(guò)控制指令發(fā)送的形式，調(diào)整豬舍內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)攝像頭的位置，保證攝像頭的攝像角度能夠符合觀看使用需求。

2.3 控制器模塊

在嵌入式控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為確保處理器能夠正常使用，控制豬舍中不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的系統(tǒng)采用單獨(dú)的單片機(jī)嵌入。在豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，控制模塊的這種設(shè)計(jì)法能夠確保各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)相互干擾的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)控制模塊電路時(shí)，最關(guān)鍵的部分是為整個(gè)電路系統(tǒng)供電，同時(shí)保證供電電源模塊的穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)電路的全部功能，因?yàn)殡娫茨K的穩(wěn)定性也是硬件使用過(guò)程中的核心基礎(chǔ)。

在設(shè)計(jì)硬件的過(guò)程中，應(yīng)為控制器設(shè)計(jì)單獨(dú)的供電電源模塊，以確保控制器在使用過(guò)程中不受到干擾，也可避免出現(xiàn)程序跑飛的問(wèn)題。用嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制程序，與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及視頻監(jiān)控?cái)z像頭直接連接，構(gòu)建成豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控中的整體模塊，使各控制器以及各功能設(shè)備都能夠在Linux系統(tǒng)控制下完成功能轉(zhuǎn)換。

3? 應(yīng)用效果

通過(guò)模擬豬舍內(nèi)環(huán)境，檢驗(yàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的功能，結(jié)果是各項(xiàng)功能均可以正常實(shí)現(xiàn)，尤其是針對(duì)豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度的控制，符合豬舍保育狀態(tài)下的多元化功能。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用WiFi網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建無(wú)線傳輸框架，因此適用于豬舍面積較小的環(huán)境。如果豬舍的監(jiān)控環(huán)境較大，還需要優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定，最終提高豬舍環(huán)境管理效率。

參考文獻(xiàn)

[1]高云，魯斯迪，廖慧敏，等. 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)豬業(yè)，2019，14（6）：67-74.

[2]王斌，劉雪梅，張國(guó)強(qiáng)，等. 豬舍生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和清潔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36（3）：55-62.

[3]胡國(guó)強(qiáng)，楊彥榮. 基于6LoWPAN和IPv6的豬舍環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2019，27（5）：9-12.