基于無線傳感器網絡的蛋雞飼養智能監控系統＊

郭文會

（蘭州理工大學技術工程學院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

當今在我國大多數地方對蛋雞飼養室溫度、濕度、光照強度等的檢測和控制還是依靠人工管理，存在一些問題，例如喂養環境控制的精度低，蛋的產量和質量低[1]。在大規模和密集的繁殖過程中，最令人擔憂的是動物流行病。由于管理者和育種者的頻繁訪問，即使改善防疫措施，也會出現問題。大、中型雞禽養殖企業開始引入自動監控技術，在一定程度上提升了雞舍環境的控制質量[2]。但此類自動監控設備主要運用模擬電路技術設計完成，采集數據速度慢，控制精度低，無法完成對溫度、濕度等被控制量的實時監控。并且其布線復雜成本較高，智能化程度和科學化管理都有待提高。

設計一套基于無線傳感器網絡的蛋雞飼養智能監控系統，克服人工管理和現有蛋雞飼養模擬監控設備的缺陷，完成對蛋雞飼養環境和個體體征數據的實時監控。

1 總體設計結構

1.1 系統體系結構

本系統通過ZigBee傳感器網絡及互聯網將傳感器、網關、互聯網服務器、Web服務器、連接移動電話終端和其他設備，以實現蛋雞飼養室環境信息收集的自動化和智能在線控制。如圖1所示。

圖1 系統總體結構

1.2 功能特點

本系統能實現對蛋雞飼養室環境和蛋雞個體生命特征的自動監測與調控。具有以下功能：

1）傳感器節點用于收集多種環境信息，例如蛋雞飼養室的溫度，濕度，氧氣含量和光照水平以及蛋雞的個體生活特征[3]。

2）無線傳感器節點能夠與網關通過網絡連接，每個傳感器節點內部芯片都刻有全球唯一的IP地址，它可以采用點對點通信網絡，管理人員通過在Internet的IP地址可以查

詢傳感器控制節點的工作情況。路由器可以發送信令和控制命令來控制傳感器的關鍵節點，從而驅動所使用的設備，從而保持各種環境參數長時間處于適當的穩定狀態。

3）各種控制終端參與蛋雞飼養的監控工作。通過上位機網絡管理終端和手機應用程序，它可以實時查看蛋雞飼養室的環境信息和實時監控圖像，并發送相關命令來控制蛋雞飼養室的環境控制設備的正常運行，Web管理終端與手機應用程序之間的界面友好，增強了人機對話功能，有效地保證了系統數據采集的直觀性。

2 功能模塊設計

2.1 傳感器節點

各傳感器節點由溫度、濕度等傳感器、氧氣量紅外傳感器、各種光電傳感器、重力加速度傳感器等以及無線傳感器等通信模塊組成。它們收集雞舍和環境數據。溫度傳感器使用TC77，請參如圖2所示，光電傳感器請參如圖3所示。Zigbee模塊進行數據傳輸。

圖1 溫度傳感器

圖2 光敏傳感器

Zigbee模塊采用TI最新一代ZigBee芯片CC2530。它支持wxl標準的命令集，基于IEEE802.15.4的zigbee2007/Pro協議，采用wxl標準的20核心雙行串聯模式訪問網關主板和傳感節點，最大傳輸距離超過100m。CC2530具有內置微控制器，具有卓越的性能，低功耗和代碼預取功能。它使用8051微控制器內核，系統編程閃存為128KB[4]。

傳感器節點還具有數據采集和控制設備的作用，具有以下功能：

1）數據采集功能：自動收集蛋雞飼養室的溫度，濕度，氧氣含量，照度等環境數據，通過串口發送到射頻無線收發模塊，再通過網絡將數據發送到網關上。

2）控制設備功能：當傳感器節點檢測到的環境數據超過規定值時，相應的控制命令信號通過RF收發器模塊發送到相應的環境控制設備。例如自動關閉或關閉打開設備，升高或降低空調溫度等。智能交換機利用ZigBee網絡信號獲取服務器的控制命令，并進行控制。通過繼電器打開和關閉照明電源。

2.2 網關及Web管理端

網關作為一種邊界設備，位于zigbee無線傳感器網絡和以太網之間，在整個系統中起著橋梁的作用。網關由協調器，核心處理器等組成。無線傳感器節點和網關將自動建立無線傳感器網絡。核心處理器通過串行端口監視無線傳感器網絡。如果系統傳輸了全部數據，它將自動觸發相應的串行端口以終止相關事件，以便主動響應數據情況。執行由數據鏈接直接發送到圖片和根據網絡協議的集成數據的轉換，然后以太網網絡終端端口以多種方式將集成綜合數據發送到主Web服務器，該服務器主要負責傳輸最終數據，比較設置的多個閾值，并根據實際情況控制發送信息的順序。

在網關接收到信息并發送命令數據后，將最終數據包轉換為協議。數據鏈路將控制命令發送到相關的多個傳感器關鍵節點，以控制每個節點。

2.3 手機App

通過Java軟件，開發了具有與Web服務器相同的基本功能的移動應用專業軟件。它可以隨時隨地查詢產蛋室的實時環境信息，并控制飼養室內環境控制裝置的工作狀態。其移動性的特點極大地方便了蛋雞產房的環境，并智能監控蛋雞的各個生命體征[5]。

3 服務器管理軟件

利用目前最流行的Windows平臺應用程序開發環境visual studio，采用visual C++進行蛋雞飼養室環境和蛋雞個體生命體征智能監測系統的研制。安裝在飼養室中的傳感器可以實時獲取繁殖室每個關鍵節點的溫度，空氣濕度和空氣中的氧氣含量，清晰地監視蛋雞的數據，陽光直射的信息以及蛋雞個體的生命體征。每30min由每個傳感器節點收集每份數據都是實時的、全面的。根據環境參數的特殊需求，還可以在管理主界面上手動調整用于生活環境綜合控制的設備，如空調，照明設備等，以微調環境參數的動態信息。該閾值是根據不同的季節和生長周期的不同初始階段設置的。當綜合數據達到閾值時，軟件系統發送警報信號，該信號是由環境生成的，控制其他設備進行調整以使飼養室的環境能夠達到預期的目標。

4 結論

可以推斷，該系統在網絡中采用了先進的各種無線傳感器，具有體積小、成本低、圖像直觀等特點。解決了人工育種過程中數據采集實時性和準確性不足的問題。與現有育種設備相比，減少布線和同類設備的重復投入，降低經濟成本。并且系統修改，升級方便，適用于中小型蛋雞飼養[5]。環境數據的準確性和實時測量有了更好的保證，及時的控制可以迅速改善蛋雞的生長環境，更重要的是，提高雞蛋的產量和質量。