基于NB-IoT的豬舍環境監控系統的研究與設計

王紅軍 曲培新

摘要：

在肉豬的養殖過程中，起決定性因素的是環境因素。為豬仔創造一個適宜的生長環境，本文提出一種基于NB-IoT的豬舍環境監控系統設計方案，環境監控系統采用NB-IoT模塊、環境監測傳感器及STM32微控制器等設備來完成對豬舍環境狀態監控。通過中國電信NB-IoT基站將采集到的環境信息實時發送到服務器，從而實現對豬舍環境的監控與管理的目的。該文主要對豬舍環境監控系統架構模塊進行分析，以期NB-IoT在養豬業的應用提供參考價值。

關鍵詞：

NB-IoT;監控系統;物聯網

中圖分類號：

TP277

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0202-02

引言：伴隨著養豬業的市場化的加快，生豬的養殖周期越來越短，豬肉價格在市場上出現大起大落的跌漲現象將逐漸消失。安全、優質、高效的豬肉和豬肉制品仍將繼續是國內食品消費的主流，以后我國的養豬產業一定會逐步走向規模化、自動化和智能化，實現可靠、質優和量足的發展目標。在肉豬養殖中，影響生產水平和質量的四個決定性因素分別是品種、飼料、防疫和環境。它們之間總是相互作用和制約，但養殖戶常常忽視環境因素的影響，而且隨著養殖業的集約化發展，當基本解決了品種、飼料、防疫三個問題后，對于養豬起決定作用將是環境因素。豬舍的環境因素主要包括溫濕度、二氧化碳、光照強度、有害氣體濃度等。為了更好地精細化管理，為豬仔的生長提供良好的生活環境，研究和設計一種豬舍環境的監控系統是必要的。

1NB-IoT技術和特點

在各類新的應用技術的推動下，物聯網技術成為科技發展的一個熱點。NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄帶物聯網），它是伴隨新的業務場景迅速發展，因其具有支持低功耗設備、能夠在廣域網范圍進行蜂窩數據連接，通常也被叫作LPWAN[1]。該技術具有部署靈活、海量連接、超低功耗、深度覆蓋、安全、穩定、低成本等特點[2]。NB-IoT功耗僅主要使用在小數據量和小速率中，功耗為2G的十分之一，模塊最起碼的待機時間可長達5年以上;同時，模塊在體積上可以做的更小，成本也有望降低。最后，數據能夠實現實時傳輸。NB-IoT自身能夠根據協議將所收集的數據可上傳至云端，完成數據的轉發與存儲等功能。

2系統硬件設計

硬件設計關鍵是傳感器的選擇、以及NB-IoT模塊的選擇以及控制模塊的設計。利用溫濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等組成基本的數據采集部分，通過STM32單片機控制現場設備執行相關動作目的。

控制模塊設計本文在設計時選擇STM32單片機作為微控制器，實現對豬舍環境參數的采集和控制，STM32單片機首先通過數據采集模塊（溫濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器、NH3傳感器和H2S傳感器）采集數據，然后完成數據的信息的發送，當下位機接收到服務器發送來的控制信號時，STM32單片機根據控制命令來控制繼電器的開關，以此達到控制現場設備（噴霧設備、加濕設備、熱風爐設備、補光設備等）執行的目的。控制模塊結構框圖如圖1。

3面臨的技術問題

目前，受NB-IoT基站的數量限制，豬舍氣體環境的復雜性，再加上現有傳感器的局限性，綜合考慮，有以下幾個技術問題亟待解決：

（1）受豬舍環境因素的影響，測的數據易受到外界的干擾。下一步考慮采用系統數據融合技術，提高信息準確性和全面性，降低信息的不確定性。

（2）考慮到豬舍氣體環境的復雜性，空氣粉塵較多，下一步需要對傳感器采取一定的保護措施。

4結語

構建基于物聯網技術畜禽環境監控要素，是提高畜禽養殖的有效手段。本文搭建了NB-IoT平臺，借助于各種傳感器采集環境數據，通過微控制器的通信接口將數據經過網絡發送至云端服務器，STM32微控制器控制現場設備執行動作等，最終實現豬舍環境的統一監控與管理，從而可以有效提高管理水平。在物聯網的架構中，不僅要考慮軟硬件設備和傳輸途徑外，還應該根據豬場的實際情況進行選擇，有利于資源的合理利用。

參考文獻：

[1]朱鵬.NB-IOT技術在智慧停車系統中的應用[J].信息與電腦，2018（8）：160-161+164

[2]張建強，張高毓.區塊鏈技術在物聯網中的應用分析[J].電信科學，2018（Z1）：104-110

[3]李剛.基于LPWAN技術布局物聯網[J].上海信息化：2017（9）：66-69

作者簡介：王紅軍（1986一），男，河南平頂山人，碩士，研究方向：物聯網技術與智能信息處理。

通訊作者：曲培新（1977一），男，河南南陽人，碩士，副教授，研究方向：計算機系統與結構、物聯網技術等。