基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)探索

陳創(chuàng)業(yè) 謝曉麗 胡天讓 劉根新 陳蕊 孔祥 李先山 陳立濤1

摘? 要：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效提高監(jiān)控效率，實現(xiàn)環(huán)境溫度和濕度的自動調(diào)節(jié)。本文首先介紹了豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案;再次探討了系統(tǒng)的功能與現(xiàn)場控制分系統(tǒng)的設(shè)計，即無線傳輸網(wǎng)絡(luò)模塊、視頻監(jiān)控模塊與控制器模塊的原理和作用;最終分析了系統(tǒng)的模擬應(yīng)用效果，以及系統(tǒng)功能和設(shè)計中存在的不足，以提高豬舍內(nèi)環(huán)境的管理效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);豬舍內(nèi)環(huán)境;監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：S815.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號：1001-0769（2021）06-0034-03

1? 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度與濕度進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)了解豬舍內(nèi)環(huán)境相關(guān)參數(shù)的實時動態(tài);尤其是針對分娩后的豬舍內(nèi)環(huán)境，在設(shè)計中能夠進(jìn)一步針對各豬欄的小環(huán)境進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，了解溫度和濕度的變化情況，使各豬欄內(nèi)的小環(huán)境能夠滿足豬舍內(nèi)環(huán)境多樣化功能的需求。運用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建豬場中豬舍內(nèi)環(huán)境的可視化監(jiān)測系統(tǒng)，對豬舍內(nèi)環(huán)境進(jìn)行集中管理，對溫度和濕度在設(shè)定后能夠自動調(diào)節(jié)[1]。通過采用嵌入式控制器，對豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度與濕度的變化進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，根據(jù)所保存的歷史數(shù)據(jù)，方便豬舍的管理人員實時查看豬舍內(nèi)的環(huán)境狀況，并根據(jù)生產(chǎn)需求，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)一步設(shè)定。

2? 現(xiàn)場控制設(shè)計

2.1 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)

利用WiFi網(wǎng)絡(luò)建立豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊。該模塊主要是針對中小規(guī)模化豬場設(shè)計，因為這些豬場占地面積較小，運用WiFi進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸能夠節(jié)約成本，并且可以滿足小范圍內(nèi)的無線通訊需求。該模塊還能夠有效縮短豬舍內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)周期，降低成本，提升豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。在豬舍內(nèi)，安裝的保溫爐、加濕器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，能夠用于豬舍內(nèi)的溫度和濕度的調(diào)節(jié)以及通風(fēng)換氣。運用WiFi網(wǎng)絡(luò)將內(nèi)部設(shè)備構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過星狀網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的形式，完成豬舍內(nèi)各設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。連接無線網(wǎng)絡(luò)后，會統(tǒng)一設(shè)定豬舍內(nèi)部環(huán)境中各種設(shè)備的參數(shù)，豬舍管理人員可以在系統(tǒng)平臺的管理員操作界面上調(diào)節(jié)各種設(shè)備的啟動與關(guān)閉狀態(tài)。在無線傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)建的溫濕度傳感器及接線見圖1。

2.2 視頻監(jiān)控模塊

在豬舍內(nèi)環(huán)境中安裝攝像頭，并進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，由此在豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中組建成視頻監(jiān)控模塊，豬舍管理人員則可以利用監(jiān)控顯示屏了解豬舍內(nèi)部的動態(tài)情況。為節(jié)約成本，提高視頻監(jiān)控的靈活性，避免在豬舍內(nèi)環(huán)境中出現(xiàn)視頻監(jiān)控死角，用電動云臺的承載方式作為攝像頭支撐工作平臺，使攝像頭能靈活轉(zhuǎn)動，從而明顯增大豬舍內(nèi)環(huán)境中的監(jiān)控范圍。考慮到WiFi網(wǎng)絡(luò)的寬帶速度有限，現(xiàn)場視頻會用視頻編碼器進(jìn)行壓縮，因而即使信息存儲量較大也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延時的現(xiàn)象。視頻監(jiān)控模塊同樣建立在WiFi無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，為確保視頻監(jiān)控穩(wěn)定，應(yīng)給視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝獨立電源，即使豬舍監(jiān)控環(huán)境內(nèi)部出現(xiàn)短期停電的情況，也能通過獨立電源的供電保障視頻信息的存儲[3]。對視頻監(jiān)控模塊采用單獨的Linux控制器，用嵌入式模式控制移動位置。通過控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)，完成豬舍內(nèi)部視頻攝像頭的轉(zhuǎn)動，使豬舍管理人員也能夠在豬舍內(nèi)部監(jiān)控視頻，觀看時通過控制指令發(fā)送的形式，調(diào)整豬舍內(nèi)部現(xiàn)場攝像頭的位置，保證攝像頭的攝像角度能夠符合觀看使用需求。

2.3 控制器模塊

在嵌入式控制器的設(shè)計過程中，為確保處理器能夠正常使用，控制豬舍中不同現(xiàn)場設(shè)備的系統(tǒng)采用單獨的單片機(jī)嵌入。在豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的運行過程中，控制模塊的這種設(shè)計法能夠確保各種設(shè)備的運行狀態(tài)不會出現(xiàn)相互干擾的問題。在設(shè)計控制模塊電路時，最關(guān)鍵的部分是為整個電路系統(tǒng)供電，同時保證供電電源模塊的穩(wěn)定，從而實現(xiàn)電路的全部功能，因為電源模塊的穩(wěn)定性也是硬件使用過程中的核心基礎(chǔ)。

在設(shè)計硬件的過程中，應(yīng)為控制器設(shè)計單獨的供電電源模塊，以確保控制器在使用過程中不受到干擾，也可避免出現(xiàn)程序跑飛的問題。用嵌入式Linux系統(tǒng)設(shè)計控制程序，與無線網(wǎng)絡(luò)以及視頻監(jiān)控攝像頭直接連接，構(gòu)建成豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控中的整體模塊，使各控制器以及各功能設(shè)備都能夠在Linux系統(tǒng)控制下完成功能轉(zhuǎn)換。

3? 應(yīng)用效果

通過模擬豬舍內(nèi)環(huán)境，檢驗了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的豬舍內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的功能，結(jié)果是各項功能均可以正常實現(xiàn)，尤其是針對豬舍內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度的控制，符合豬舍保育狀態(tài)下的多元化功能。該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計采用WiFi網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建無線傳輸框架，因此適用于豬舍面積較小的環(huán)境。如果豬舍的監(jiān)控環(huán)境較大，還需要優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定，最終提高豬舍環(huán)境管理效率。

參考文獻(xiàn)

[1]高云，魯斯迪，廖慧敏，等. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的豬舍環(huán)境監(jiān)測研究進(jìn)展[J]. 中國豬業(yè)，2019，14（6）：67-74.

[2]王斌，劉雪梅，張國強(qiáng)，等. 豬舍生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和清潔控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36（3）：55-62.

[3]胡國強(qiáng)，楊彥榮. 基于6LoWPAN和IPv6的豬舍環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)測量與控制，2019，27（5）：9-12.