基于無線傳感網(wǎng)技術的智能畜牧管理系統(tǒng)

李 波 謝 箭 羅永利 蔡 良 夏興福

重慶工程學院 重慶 410065

1 前言

當前，我國畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展正處于一個新的歷史階段，畜牧業(yè)的快速發(fā)展在畜牧業(yè)經(jīng)濟中的比重日益增大。因此，實現(xiàn)建設畜牧現(xiàn)代化，用現(xiàn)代化技術帶動畜牧業(yè)的智能化發(fā)展，對促進畜牧業(yè)和養(yǎng)殖經(jīng)濟發(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)綜合運用現(xiàn)代計算機技術、信息技術、網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術并與現(xiàn)代化管理理論相結合建立一套智能畜牧管理系統(tǒng)，對加快畜牧業(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)需進行信息與智能化改造，生產(chǎn)模式也要轉變?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 設計分析

為讓畜牧業(yè)發(fā)展逐步邁向標準化、規(guī)模化、社會化、產(chǎn)業(yè)化。加快畜牧養(yǎng)殖的升級、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、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，普及應用現(xiàn)代化生態(tài)養(yǎng)殖技術是發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)必備條件。

3 畜牧設計方案

針對以上問題，我們對傳統(tǒng)畜牧養(yǎng)殖運用了計算機技術、無線傳感技術和網(wǎng)絡通信技術對傳統(tǒng)養(yǎng)殖管理模式進行改進，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、嵌入式技術和無線傳感器網(wǎng)絡技術相結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?精準測量養(yǎng)殖場在生產(chǎn)過程中有關溫度、濕度、二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)信息通過移動互聯(lián)網(wǎng)上傳中移物聯(lián)網(wǎng)OneNet平臺，管理員可通過遠程攝像頭和上傳到平臺的數(shù)據(jù)實時了解養(yǎng)殖場生產(chǎn)信息并及時進行分析處理，這對于畜牧業(yè)的管理便捷性起到關鍵的推動性作用，系統(tǒng)整體框圖請見圖1。

圖1 系統(tǒng)整體圖

系統(tǒng)的設計也是為推進國家“菜籃子工程”政策的發(fā)展，系統(tǒng)對畜禽成長過程中的數(shù)據(jù)進行記錄與分析，是為實現(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)功能模塊實現(xiàn)

智能畜牧管理系統(tǒng)采用無線傳感器網(wǎng)絡技術、嵌入式技術和傳感器技術相結合的方式，精準采集養(yǎng)殖場內部環(huán)境的各項指標，驅動相應執(zhí)行器件(風扇、加濕器、加熱器)平穩(wěn)控制養(yǎng)殖場內部環(huán)境的變化。具體數(shù)據(jù)如下所示。

◆溫濕度監(jiān)測功能：溫濕度采集節(jié)點配有溫濕度傳感器SHT10，實時監(jiān)測養(yǎng)殖場內部空氣的溫度和濕度。測濕精度可達±4.5%RH，測溫精度可達±0.5℃(在25℃)。

◆視頻監(jiān)測功能：這項功能由網(wǎng)關中的攝像頭來完成。攝像頭實時捕獲養(yǎng)殖場內部的畫面，我們既可以在觸屏液晶顯示器上看到養(yǎng)殖場內部的實時畫面，又可以通過PC機遠程訪問的方式來觀看養(yǎng)殖場內部的實時畫面。

◆控制風扇給養(yǎng)殖場降溫：當養(yǎng)殖場內溫度達到設定值時，系統(tǒng)會自動開啟風扇加強通風，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)殖場內空氣濕度小于設定值，系統(tǒng)會啟動加濕器，達到設定值后便停止加濕。

◆控制加熱器給環(huán)境升溫功能：當養(yǎng)殖場內溫度低于設定值時，系統(tǒng)便啟動加熱器來升溫，直到溫度達到設定值為止。

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

◆控制喂食器給牲畜定時定量功能：當?shù)搅嗽O定時間，喂食器會自動打開閘閥放出飼料，直到飼料槽內到達設定值時停止。

◆控制參數(shù)設定及瀏覽：對所要實現(xiàn)自動控制的參數(shù)(溫度、濕度)進行設置，以滿足自動控制的要求。用戶既可以直接操作網(wǎng)關界面上的按鈕來完成系統(tǒng)平衡參數(shù)的設置，又可以通過PC機或手機遠程訪問的方式完成參數(shù)的設置。

◆顯示實時數(shù)據(jù)曲線：實時趨勢數(shù)據(jù)曲線可將系統(tǒng)采集到的養(yǎng)殖場內的數(shù)據(jù)以實時變化曲線的形式顯示出來，便于觀察系統(tǒng)某時間段內整體的檢測狀況。

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

5 發(fā)展趨勢與總結

今科學技術的高度發(fā)展，系統(tǒng)也將會不斷的技術迭代更新，未來我們將全面采用機械化、工程化、自動化，實現(xiàn)無人化管理與控制[10]。實現(xiàn)設施內部環(huán)境因素的調控，由過去單因素控制向利用環(huán)境計算機多因子動態(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)絡化發(fā)展，而且養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)向保護環(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)展速度相當迅速，主要原因是國內對智慧畜牧業(yè)的需求。

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

3.便于維護維修，由于系統(tǒng)較為復雜，故障點也較多，所以需要便捷的維護維修。

4.模擬生態(tài)環(huán)境，需要多次實驗點進行實驗，力求達到壽命長、簡單化維修、全智能化管理系統(tǒng)。

5.做規(guī)模化市場，與地方經(jīng)濟相結合，逐步形成規(guī)模，復合現(xiàn)代綠色、環(huán)保、健康的生活理念。