基于Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場系統(tǒng)的設計*

何偉盛 鄭春鋒

廣東水利電力職業(yè)技術學院 廣東 廣州 510925

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、科技的進步，在工業(yè)領域的發(fā)展趨于規(guī)模化、自動化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展模式。在養(yǎng)殖行業(yè)越來越多地參與到規(guī)模化、數(shù)字化、智能化行業(yè)科技革新中來，這類型養(yǎng)殖場往往是自動化程度較高，數(shù)字化和智能化管理模式向前的產(chǎn)業(yè)園，其在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈中需要應用到各類機器人和傳感器進行貨物的運輸、養(yǎng)殖場的巡檢、環(huán)境參數(shù)的采集等。其采用現(xiàn)代科技手段來代替人工感官養(yǎng)殖場的各項數(shù)據(jù)和代替人工作業(yè)，極大地提升了養(yǎng)殖行業(yè)的生產(chǎn)效率和確保了肉類市場的穩(wěn)定，極大地促進現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在養(yǎng)殖行業(yè)的應用和發(fā)展[1]。

文章設計的基于Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場系統(tǒng)正是在養(yǎng)殖場行業(yè)的革新與升級之際提出的設想，且結合養(yǎng)殖行業(yè)革新設計智慧物聯(lián)網(wǎng)信息管理平臺系統(tǒng)，此系統(tǒng)極大地將養(yǎng)殖場的生產(chǎn)過程的各項環(huán)境數(shù)據(jù)快速且直觀地展示給用戶，更加適合產(chǎn)業(yè)革新的數(shù)字化智能化要求。而且在5G低延時、高帶寬的加持下，Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)具有的低功耗、輕量化、組件豐富等特點，將會在文章中進一步呈現(xiàn)[2]。所以文章為養(yǎng)殖場行業(yè)的數(shù)字化和智能化革新提供了一個具有應用價值大、推廣難度小、可實行性高的解決方案。

1 系統(tǒng)的總體設計思路

文章提出在傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖場系統(tǒng)上加入Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不僅解決了物聯(lián)網(wǎng)的突出缺點問題，還高程度結合各類傳感器與養(yǎng)殖場作業(yè)機器人硬件設備建立智能一體化的互聯(lián)管理網(wǎng)絡，達到感知采集養(yǎng)殖場牲畜的生長數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及自動喂食功能的目的；并對系統(tǒng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進行可視化與智能化管理，讓養(yǎng)殖戶第一時間了解養(yǎng)殖場環(huán)境及牲畜生長變化情況。此項目的智慧養(yǎng)殖場信息管理系統(tǒng)極大地提高了現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖場的工作效率，及時有效地對養(yǎng)殖場各項數(shù)據(jù)進行采集及提供數(shù)據(jù)分析來源，借助物聯(lián)網(wǎng)硬件的系統(tǒng)結合產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化發(fā)展趨勢，項目系統(tǒng)的信息管理平臺和采用數(shù)據(jù)可視化平臺有效、直觀地對智慧養(yǎng)殖場的信息進行數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)后臺管理提供現(xiàn)實系統(tǒng)。基于本系統(tǒng)進行現(xiàn)代養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的建設，不僅有力保障了養(yǎng)殖場的牲畜健康生長、大大降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)能，還對養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模化經(jīng)營、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義。該系統(tǒng)主要以環(huán)境參數(shù)采集子系統(tǒng)、設備控制子系統(tǒng)、STM32主控子系統(tǒng)、服務器端和客戶端組成[3]。環(huán)境參數(shù)采集子系統(tǒng)的溫濕度、碳氧化物、氮氧化物和硫化物等相關環(huán)境質(zhì)量傳感器進行環(huán)境參數(shù)采集，再通過采集子系統(tǒng)的無線模組將數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32主控子系統(tǒng)；主控子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理，同時將數(shù)據(jù)上傳給服務器，服務器根據(jù)對應規(guī)則和業(yè)務邏輯將數(shù)據(jù)進行處理和歸類，用戶再通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)平臺實時查看相應的數(shù)據(jù)或下發(fā)相關的指令[4]。其系統(tǒng)總框架設計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總設計框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)硬件部分主要是針對終端采集節(jié)點和NB-IOT的硬件進行設計，終端采集設備是以STM32F103ZET6單片機為微控制器，通過各個傳感器對環(huán)境信息進行采集，采集的數(shù)據(jù)分兩部分，一部分由串口傳輸?shù)組5311NB-IOT模塊進而上傳至服務器，另一部分直接在OLED屏幕上顯示出來，方便現(xiàn)場養(yǎng)殖員也可直接查看各項環(huán)境數(shù)據(jù)，其中傳感器包括溫濕度、光照度、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、氨氣和空氣質(zhì)量傳感器等[5]。其系統(tǒng)總體硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體硬件框圖

3 系統(tǒng)總體軟件設計流程

物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件設計部分主要是針對硬件系統(tǒng)各個模塊基于Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的底層軟件邏輯設計與物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場可視化系統(tǒng)網(wǎng)頁端的軟件設計。系統(tǒng)上電后初始化主控模塊、傳感器模塊、通訊模塊和控制模塊。主控模塊通過串口發(fā)送指令給NB-IOT連接上服務器，并通過AT指令創(chuàng)建列表資源。連接上服務器后，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到部署在服務器上的后臺數(shù)據(jù)庫，當采集到的數(shù)據(jù)超過程序設置閾值后，程序自動反饋指令給主控模塊，主控模塊聯(lián)動控制子系統(tǒng)工作，調(diào)控設備工作。系統(tǒng)總體軟件工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體軟件工作流程圖

4 智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)頁設計

養(yǎng)殖員可通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)頁平臺，查看養(yǎng)殖場的設備、環(huán)境狀態(tài)和現(xiàn)場的實時視頻，遠程控制養(yǎng)殖設備和調(diào)控廠房的環(huán)境參數(shù)，可視化信息管理平臺設置4個內(nèi)容功能界面，分別是“主頁界面”、“傳感器歷史數(shù)據(jù)界面”、“傳感器節(jié)點實時數(shù)據(jù)界面”、“用戶控制界面”。

主頁界面，通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進入主頁，可查看養(yǎng)殖廠房的各項環(huán)境參數(shù)的一周數(shù)值和數(shù)據(jù)變化趨勢，實時查看養(yǎng)殖廠房的現(xiàn)場視頻流，實時聯(lián)動硬件采集系統(tǒng)警告提示。

傳感器歷史數(shù)據(jù)界面，通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進入傳感器歷史數(shù)據(jù)頁，選擇所需查詢的歷史日期和傳感器節(jié)點進行硬件采集系統(tǒng)已上傳保存的環(huán)境數(shù)據(jù)進行環(huán)境參數(shù)分類選擇查看每天的環(huán)境數(shù)值和變化趨勢折線圖。

傳感器節(jié)點實時數(shù)據(jù)界面，通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進入傳感器節(jié)點實時數(shù)據(jù)頁，可查看每個傳感器采集的實時環(huán)境數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)表的形式呈現(xiàn)。

用戶控制界面，通過智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進入用戶控制頁，可遠程控制養(yǎng)殖設備和通過設備調(diào)控相應的環(huán)境參數(shù)。

5 結束語

本設計系統(tǒng)通過Huawei LiteOS系統(tǒng)的移植與STM32微機芯片相結合應用，具有強大的智能組網(wǎng)能力可以融合多種傳感器進行養(yǎng)殖場的各項環(huán)境參數(shù)進行精確采集，可以使多個維度空間的數(shù)據(jù)信號融合和目標優(yōu)化，系統(tǒng)的低功耗、低延時特性在一定程度上解決了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在的邊緣計算突出問題；系統(tǒng)的多維度數(shù)據(jù)信號融合、目標優(yōu)化和低延時能力可以解決數(shù)據(jù)傳輸高并發(fā)期的數(shù)據(jù)擁堵問題，使系統(tǒng)的運行能力更加高效便捷。智慧養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)平臺與硬件采集系統(tǒng)相結合應用可以為養(yǎng)殖員提供更加直觀的、實時的養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，讓養(yǎng)殖員快速了解養(yǎng)殖信息，盡快作出反應措施，也可以為養(yǎng)殖員提供數(shù)據(jù)分析來源和數(shù)據(jù)挖掘基礎，數(shù)據(jù)迭代挖掘分析可以為后期養(yǎng)殖場生產(chǎn)活動提供指導性的意見。對養(yǎng)殖場行業(yè)的數(shù)字化和智能化革新提供了一個具有應用價值大、推廣難度小、可實行性高的解決方案。