基于APP應用養殖場環境監控系統

(華北水利水電大學電力學院，河南 鄭州 450000)

0 引言

我國正處在向農業強國轉變的關鍵時期[1]，傳統的人工養殖在檢測動物健康、行為和養殖環境的方式耗費較大的人力，但并不能實現實時監測環境及發現病種，導致養殖不衛生、有病種出現影響養殖。物聯網智能養豬正是基于人們關心的健康安全問題，能提高養殖信息化、透明化管理，實現精細養殖，使客戶隨時隨地能實時了解養殖的具體情況，同時也給養殖方提供了養殖的便利，智能化的數據分析會調動智能控制對養殖場進行溫度、光照、粉塵、有毒氣體的調節，物聯網與APP的完美結合使得養殖者與消費者隨時可觀測到養豬場內的環境信息與豬種信息，使養殖更透明化、精細化，是養殖業新的發展趨勢。

1 系統總體結構

對大規模型的養殖場采用集散式控制技術，對養豬舍進行編號監測，實現一舍一監控，養殖舍環境信息參數相互獨立，并最終統一發送至一個上位機端集中管理。

養殖場環境監測系統[2]采用手機APP、計算機、單片機、傳感器、執行設備等組成，如圖1所示。計算機通過對單片機獲取的傳感器信息進行分析，發送命令給執行設備對養殖舍進行環境調控，同時將分析結果發送至手機APP提醒工作人員養殖環境變化并進行相應的動作，方便工作人員及時了解信息。

圖1 系統整體設計圖

2 系統硬件設計

各個養豬舍通過M-Bus總線連接在一起，各個養殖舍具有獨立的傳感器、單片機、執行設置[3]，通過總線將信息傳輸至上位機，由于M-Bus總線的特性，各養殖舍之間的信息無交叉傳輸。在STM32單片機上連接溫濕度檢測模塊、光照強度監測模塊、粉塵檢測模塊、NH3等有害氣體檢測模塊等，組成整體的硬件部分。

智能監測系統[4]是通過傳感器實時檢測各舍的信息，如光照、溫度、粉塵、二氧化碳、氨氣等，當這些參數與養殖的適應參數有偏差時，可以利用由單片機控制的外圍設備(通風扇、補光燈、暖風機、水簾等)來改善環境信息參數，當達到最佳養殖條件時，外圍設備會自動停止工作。

2.1 具體的硬件模塊

2.1.1 光照強度傳感器

自然光照時間隨季節的變化而呈現有規律的變化，夏至日照時間最長，冬至日照時間最短，因此針對不同的豬種要進行不同的光照處理，進行人工補光。根據需求選擇BH1750光照傳感器檢測養殖場的光照變化，該傳感器抗干擾能力強、穩定性高、響應速度快，根據檢測到的養殖場光照強度并進行調節補光燈的強弱。

2.1.2 溫濕度傳感器

養殖場內的溫濕度過高會引發動物的生長環境不利，容易滋生細菌，導致養殖種生病，可能引起流感，因此要保證養殖場的溫濕度的標準值。養殖場內的溫濕度范圍在正常的范圍內，不用考慮高溫、低溫極端情況。采用SHT10溫濕度傳感器來進行溫濕度的檢測，當溫度過高執行設備打開水簾，通風扇為養殖場進行降溫；當濕度過高執行設備關閉水簾，打開除濕器進行除濕。

2.1.3 紅外溫度傳感器

紅外線溫度傳感器可以不接觸目標，而通過測量目標發射的紅外輻射強度計算出物體的表面溫度。非接觸測溫是紅外測溫儀最大的優點，可用于不接觸動物直接檢測到溫度，用來判定生長的健康與否。

2.1.4 粉塵傳感器

養殖舍內的空氣質量直接影響豬種的生長速度和健康水平。研究表明，在已發生的疫病中有40%以上是通過空氣傳播的，而在突發的烈性疫病中會有70%多與環境空氣質量有關。粉塵中攜帶大量的病原體，會通過呼吸道黏膜感染疾病，造成疾病傳播。

用粉塵傳感器檢測空氣中的粉塵，當空氣中含過高的粉塵，執行設備通風和加濕功能，降低粉塵量。

2.2 WiFi通信模塊

為了實現單片機與手機APP之間的通信，并實現通過手機對養殖舍進行控制，選用ESP8266WiFi[6]模塊進行信息傳遞。此模塊對2.4 G和5 G的頻段都有很好的支持，且該模塊內部具有穩壓器，TR開關、匹配網絡等，不需要再設計其他復雜外部電路就可完成WiFi模塊配置工作。由于此模塊對TTL串口通信標準有很好的兼容，故可直接與單片機的串口管腳TX、RX相連接。

在監控系統的控制方面，用到數據融合算法，對所以采集到的數據進行整合，根據整合結果對比預先設置好的環境參數狀態，通過融合算法的決策，尋找最優控制狀態，不僅能控制調控設備的啟停，還可以根據當前環境狀態預測下一刻環境狀態，避免了單純利用所設定的環境參數閾值來控制導致的工作系統不穩定、效果差的缺點。

3 APP功能設計

手機端APP基于APICloud這個軟件平臺開發，使用APICloud提供的云API和端API[5]，省去繁雜的服務端編碼，還同時支持IOS和安卓系統。

APP作為網絡通信客戶端，要實現與ESP8266服務器通信，客戶端按周期發送命令用于讀取養殖舍環境信息；同時通過APP可實時將養殖信息顯示給養殖戶和客戶，使養殖過程更加透明化和安全化；運用養殖APP可以對育種、生產、養殖、銷售、流通、檢疫等環節進行詳細記載，如圖2所示。

圖2 APP功能圖

移動端首頁是各大功能模塊菜單，點擊即可進入其中某一個模塊。點擊“視頻監控”即可查看不同位置的視頻攝像頭獲取的最新的豬種生長狀況和生成環境，點擊“傳感器信息”即可查看傳感器收集到的養豬區域相關信息，點擊“智能報警”即可設置相關的參數閾值范圍。對豬舍的光照、溫度、粉塵、二氧化碳、氨氣等監測進行顯示，超出指標或低于指標會進行自動APP推送、自動報警提示，并自動進行調節。圖3為部分顯示界面圖。

APP還包括豬的生產管理信息、安全檢測信息以及私人定訂界面。

3.1 環境監控

影響養豬場經濟效益的因素很多，環境因素是決定養豬業生產水平高低的重要因素之一。養豬環境是指影響豬群繁殖、生長發育等方面的生活條件，由豬舍內的溫度、濕度、光照、設施、設備等因素組成的特定環境。

圖3 APP顯示圖

3.2 生產管理

1)對種豬、仔豬、和肉豬的編號、豬舍等資料進行備案跟蹤。

2)詳細跟蹤記載所吃飼料及進食情況，記錄進場和出場時間。

3)可以通過APP進行豬肉私人訂制和鮮銷。

3.3 安全檢測

1)免疫：在APP上可以通過豬舍和編號查詢每一頭豬所打的疫苗類型、時間、用量以及免疫時間。

2)疾病：可以查看到引起豬生病的原因，以及所用藥品和免疫時間。

3)檢疫：可以查看到具體時間的檢疫樣本、檢疫項目、具體結果，以及治療方案和所開處方。

4)消毒：詳細可見消毒所使用的藥品以及消毒時間。

3.4 圖像觀察

通過攝像設備觀測養豬場的豬種活動信息，可發現有無異常行為的豬種，亦可觀測豬場的衛生狀況。

4 結語

養殖場環境的穩定健康是養殖中的重要環節，基于APP應用的養殖場環境監控系統包括物聯網技術，依托在養殖現場的環境溫濕度、光照強度等傳感器和無線通信網絡，實現養殖環境的智能感知、智能決策、智能分析，提供精準化養殖、可視化管理。該技術大大解放了生產力，節省了勞力和物力，提高了生產效率，改善了養殖環境，透明化的養殖模式使客戶更放心。