基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統

田豐，黃星雨，余治遠，向雯嵐

（貴州商學院，貴州貴陽，550025）

隨著我國經濟的快速發展和科技的急速進步，諸如物聯網技術之類的新興技術逐漸走進大眾的生活，滲透進生活的方方面面。我國是世界上最大的豬肉生產國和消費國，豬肉產量近十年來穩居全球首位，但全國一半以上的生豬生產還是由小規模養殖戶承擔。小規模養殖存在生產效率低、飼養技術缺乏、基礎設施不完善、疫病和環境意識薄弱等問題。隨著養殖規模的不斷擴大，傳統養殖方式明顯不能滿足養殖場的管理需要[1]。而規模化養殖場也面臨人工成本高、污染處理成本高、疫病防控難度大等問題。做好豬圈環境監測，智能化監控生豬生長情況對于生豬養殖有重要作用。若能將物聯網技術與傳統生豬養殖技術相結合，推動養殖業走向現代化、信息化，必能大幅度提高養殖場的管理效率[2]。

1 無線傳感技術

物聯網無線通信技術主要分為長距離通信技術和短距離通信技術，一類是WIFI、Zigbee、藍牙等短距離通信技術；另一類是LoRa、NBIOT等長距離通信技術。它們或基于傳輸速率、傳輸距離和功耗等特殊要求，或具有良好的可擴展性，各有千秋[3]。結合大面積布網、成本控制、使用壽命等條件，發現Zigbee可以滿足大面積的組網要求并且成本低、使用壽命比較長。為了更好的監視每一頭生豬的成長情況，本系統引入RFID技術。采用RFID電子耳標，可自動識別生豬信息，識別過程無需人工干預，且可以工作在各種惡劣環境中，實現快速、實時、準確地采集和處理信息的工作。

2 系統總體功能設計

Zigbee技術集穩定性強、組網靈活、易于網絡規模擴展等眾多優點于一身，為了減少不必要的人力資源浪費以及為了解決人工難以實時監控的問題，本文設計了基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統，實現了自動投食、豬舍溫濕度監測和定時消毒，以及提醒工作人員及時清理豬舍等多種功能。同時為每一頭豬安裝一個電子標簽，用于辨認每頭豬，同時該標簽具有體溫檢測功能，與體重測量系統聯合，用于記錄和監測每一只豬的生長情況。基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統結構圖如圖1所示。

圖1 基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統結構圖

3 基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統模塊設計

生豬養殖智慧系統主要是建立在Zigbee和RFID的無線網絡的基礎上，利用壓力傳感器、溫度傳感器檢測生豬生長情況和簡單的健康情況，利用溫濕度傳感器、氨氣傳感器檢測豬圈環境，然后通過儲存和決策系統進行分析管理，大大降低人工成本，提高管理效率。基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統主要包括生豬生長監控、豬圈環境監控兩大子系統。

■3.1 生豬生長監控系統

養殖場中的生豬數量多，若少數生豬的生長情況出現狀況，對于傳統養殖的養殖戶而言難以在短期內發現，且如果是傳染性癥狀，一旦沒有及時發現，對于養殖戶的損失是巨大的。本文設計的智慧生豬生長監控系統主要包括生豬的體重采集、體溫采集、數據傳輸和處理、報警的功能。其中，生豬生長監控系統網絡架構圖如圖 2 所示。

圖2 基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統網絡架構圖

3.1.1 RFID溫度檢測標簽

RFID溫度檢測標簽實時檢測其標識的生豬的體溫，作為生豬基本健康狀況的判斷依據。RFID閱讀器將RFID標簽采集到的體溫數據手機并上傳至存儲與決策系統進行分析，如果發現體溫異常，蜂鳴器立即啟動報警，養殖戶可通過標簽編號快速尋找到疑似病豬，進行醫學檢測，保障生豬的健康。

3.1.2 體重監測模塊

體重監測模塊利用壓力傳感器檢測每頭生豬體重，以此來檢驗生豬的生長狀況。在實際應用時，將壓力傳感器安裝于生豬的食槽前，每當生豬進食時，就可檢測生豬的體重，結合生豬所佩戴的RFID耳標，能夠準確得到每頭生豬的體重數據。Zigbee體重檢測結點檢測可以收集生豬體重，并結合RFID標簽確定生豬身份；Zigbee節點板將采集到的體重信息轉發給Zigbee匯聚節點，匯聚節點再將數據傳輸給儲存與決策系統，儲存與決策系統會根據以往體重信息進行分析，挑選出體重異常的疑似對象并進行報告。

3.1.3 定時投喂模塊

在傳統生豬養殖業中，生豬的喂養需要很大一部分人工，這對養殖戶而言是很大一筆成本開銷。本文所設計的智慧生豬養殖系統中，設置了定時投食模塊。利用定時器，根據生豬的喂養要求，在固定的時刻系統自動為生豬分配食物。一方面，大大節省了人力成本；另一方面，實現了生豬的精準喂養。結合上述的體重監測模塊，可以動態的、智能化的調控生豬的喂養方案，可以提升生豬的生長質量。

■3.2 豬圈環境監控

豬圈是生豬生長的主要環境，豬圈的環境衛生情況對生豬的健康情況有著重要的影響。生豬都是直接在豬圈中排泄的，如果不及時清理，不僅會使豬圈產生刺鼻的異味，而且糞便容易招惹蒼蠅、滋生細菌，極大地威脅生豬的生長健康。同時，數量巨大的生豬聚集在一起所產生的熱量也是非常大的，這就需要及時通風，以保證豬舍環境溫度的適宜。為了及時解決上述問題，避免養殖戶因這些問題沒有及時發現和解決，造成生豬的不健康，經濟有無法挽回的損失。本系統在該模塊采用溫濕度傳感器和氨氣傳感器，前者用于檢測豬舍的環境溫度和濕度，后者檢測豬舍的環境中的氨氣濃度。豬圈環境監控的Zigbee節點板檢測豬圈中的氨氣濃度和溫濕度，豬圈環境監控的Zigbee匯聚節點收集數據，將數據傳輸給決策系統，結合系統中提前設定的閾值，如果決策系統判斷豬圈中氨氣濃度過高，將會立即通知養殖戶及時清理；若溫度過高，會打開通風系統，進行通風降溫，保證生豬生長環境的舒適。

■3.3 系統軟件設計

基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統是為了實現對生豬生長環境和生豬健康的是實時監測，實現生豬養殖的智能化、高效率，提升生豬的質量。采用單片機實現對系統的控制，通過該系統可以較為精確的了解生豬的生存環境現狀和生豬此時的健康狀況，一旦發現某項數據超過或低于閾值，則本系統會及時報警，提醒工作人員立即處理。本系統的具體工作流程如圖3所示。

圖3 基于Zigbee+RFID技術的生豬養殖智慧系統軟件流程圖

4 系統測試和結果分析

考慮到現實系統工作中豬圈環境的不確定性，故在養殖場中，隨機抽取四個豬圈作為采集點進行系統模擬測試。采集點的測試時間間隔為15分鐘，某次檢測結果如表1所示。

表1 某次四個采集點檢測結果

從以上四個采集點的檢測結果可以看出，采樣點2中發現生豬健康疑似出現問題，故提醒工作人員及時對對應生豬進行醫學檢驗；采樣點3的環境溫度超過預設溫度，故通風系統工作加強；采樣點4的氨氣濃度大于報警氨氣濃度，故報警系統進行提醒豬舍需要清理。

5 結語

本文將Zigbee技術和RFID技術相結合，組建無線傳感網絡，實現對生豬健康的實時監測、豬圈環境信息的采集、接收、存儲、分析和顯示，并做出對應的措施。充分利用了Zigbee技術的組網簡單和節點板的可定制性的優點，以及RFID體積小、抗污染能力和耐久性好的能力，實現了對生豬生長的實時監控和良好生長環境的保障。將傳統養殖業與物聯網技術相結合，實現對生豬生長的24小時不間斷監測，在節省人力成本的基礎上，最大程度的保證生豬的優質質量和養殖戶的最大化利益。