物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下養(yǎng)雞場(chǎng)智能云組態(tài)設(shè)計(jì)與遠(yuǎn)程監(jiān)控研究

□寧煒（成都小巨人畜牧設(shè)備有限公司）

我國(guó)作為禽肉與禽蛋生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，隨著民眾生活水平不斷提升，其對(duì)禽蛋產(chǎn)品質(zhì)量也提出更高的要求，而實(shí)現(xiàn)提升禽蛋產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)的根本環(huán)節(jié)在于提升養(yǎng)殖環(huán)境以及飼養(yǎng)方法質(zhì)量以及科學(xué)性?，F(xiàn)階段我國(guó)禽蛋產(chǎn)業(yè)正逐漸由傳統(tǒng)農(nóng)戶小批量飼養(yǎng)模式轉(zhuǎn)向?yàn)閷I(yè)化、規(guī)?；?、集約化、科學(xué)化養(yǎng)殖方向發(fā)展，智能化養(yǎng)殖是其發(fā)展必然趨勢(shì)，由此對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)雞場(chǎng)管理監(jiān)控模式進(jìn)行研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

一、探究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)雞場(chǎng)管理模式意義

從實(shí)際發(fā)展角度分析，以雞為代表的禽類產(chǎn)品呈現(xiàn)出顯著的生產(chǎn)周期短、飼料轉(zhuǎn)化率高、成本低以及口味良好優(yōu)勢(shì)，其在居民膳食結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。隨著食品加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及民眾生活水平提升，禽類產(chǎn)品市場(chǎng)需求也呈現(xiàn)出不斷擴(kuò)展趨勢(shì)。為切實(shí)滿足日益增長(zhǎng)的禽類產(chǎn)品需求，大規(guī)模、設(shè)施化成為禽類養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型主要方向，而在此過程中，保障禽舍環(huán)境質(zhì)量對(duì)提升禽類產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義，而這就對(duì)其智能化水平提出明確要求。

隨著我國(guó)不斷引進(jìn)新禽種，現(xiàn)有禽類養(yǎng)殖產(chǎn)品種類不斷豐富，所引進(jìn)特種禽類較普通禽類具備更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益，但是對(duì)飼養(yǎng)設(shè)施環(huán)境需求甚至不同生長(zhǎng)階段對(duì)飼養(yǎng)設(shè)施環(huán)境要求存在顯著差異，因此為切實(shí)保障不同家禽設(shè)施飼養(yǎng)環(huán)境滿足其實(shí)際需求，必須依據(jù)飼養(yǎng)禽類實(shí)際情況對(duì)禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展為其提供有力保障，該技術(shù)在推動(dòng)農(nóng)業(yè)信息化、智能化、精細(xì)化方面具有重要作用，同時(shí)也有效拉動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)革新，為畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入新活力。物聯(lián)網(wǎng)依照組件關(guān)系可細(xì)分為多種體系結(jié)構(gòu)，如歐盟FP7 所提出的SENSEI 體系結(jié)構(gòu)定義出一種適配多種機(jī)制，具備高能效、精準(zhǔn)、可靠的環(huán)境信息采集與物理世界交互的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，其可以有效滿足禽舍環(huán)境監(jiān)控目標(biāo)。由此可見，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)雞場(chǎng)監(jiān)控管理模式進(jìn)行研究具有重要意義。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的養(yǎng)雞場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

就實(shí)際應(yīng)用角度分析，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能雞舍監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：對(duì)雞舍內(nèi)溫濕度信息、有害氣體含量等進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)采集，同時(shí)根據(jù)雞舍內(nèi)環(huán)境控制需求啟閉風(fēng)扇、卷簾裝置等設(shè)施以改善雞舍環(huán)境。由此，該監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)具備如下功能。

第一，雞舍環(huán)境信息采集功能。通過將嵌入式主板CortexA9 以及CC2530 主板與信息采集模塊相結(jié)合，設(shè)置溫濕度、有害氣體檢測(cè)等傳感器，對(duì)雞舍內(nèi)所創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

第二，遠(yuǎn)程控制功能模塊。結(jié)合系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)以及設(shè)置閾值自動(dòng)分析雞舍內(nèi)環(huán)境是否存在異常，并自動(dòng)根據(jù)對(duì)比結(jié)果對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，管理人員可通過系統(tǒng)明確異常情況以及來源。同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)開啟通風(fēng)裝置等改善雞舍環(huán)境。除此以外，該功能還可通過管理者進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，依據(jù)相關(guān)參數(shù)以及實(shí)際需求開啟通風(fēng)、控溫裝置等，實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。其具體總體設(shè)計(jì)如圖所示。

圖總體方案設(shè)計(jì)

（二）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能雞舍的架構(gòu)設(shè)計(jì)

就技術(shù)角度而言，基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能雞舍監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要依托于ZigBee 無線技術(shù)構(gòu)成，依照功能特性可將系統(tǒng)總體劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層以及綜合應(yīng)用層。其中，感知層主要由以溫濕度、光敏傳感器為代表的數(shù)據(jù)采集傳感器以及由排風(fēng)扇等構(gòu)成的傳感器兩類。數(shù)據(jù)流向?yàn)?，通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，將終端節(jié)點(diǎn)中傳感器所采集數(shù)據(jù)信息匯總至協(xié)調(diào)器內(nèi)，隨后將接收數(shù)據(jù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，最后通過IP 網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送至移動(dòng)終端。移動(dòng)終端使用者可對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。當(dāng)管理者對(duì)雞舍內(nèi)設(shè)施進(jìn)行啟閉操作時(shí)，其通過終端設(shè)備進(jìn)行操作，指令信號(hào)會(huì)經(jīng)IP 網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)關(guān)——協(xié)調(diào)器——ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的傳輸順序發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)控制雞舍內(nèi)信息目標(biāo)?？紤]到篇幅限制，本文研究中僅以感知層為例對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。感知層是物聯(lián)網(wǎng)體系中的關(guān)鍵層級(jí)，其主要承擔(dān)對(duì)外界進(jìn)行感知，獲取各種信息智能。感知層數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)主要基于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，其低能耗優(yōu)勢(shì)使得其在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。依據(jù)功能分類可將ZigBee 細(xì)分為全功能以及部分功能設(shè)備兩種。出于智能雞舍監(jiān)控系統(tǒng)功能要求，技術(shù)人員在對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中選擇全功能設(shè)備，在終端節(jié)點(diǎn)部分設(shè)計(jì)中則選用多個(gè)部分功能設(shè)備。在ZigBee 協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)過程中，技術(shù)人員選了德州儀器公司研制的CC2530 開發(fā)板，并對(duì)其進(jìn)行輸出和寫入，將其用作協(xié)調(diào)程序和終端節(jié)點(diǎn)，然后選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)。其設(shè)計(jì)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要包括如下幾方面。

第一，協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)。協(xié)調(diào)器是ZigBee 組網(wǎng)的核心部分，其在ZigBee 組網(wǎng)中僅有一個(gè)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)、加入組網(wǎng)并向組內(nèi)成員發(fā)送信息功能，類似于路由器。為改寫在協(xié)議棧中所提供的實(shí)例中的函數(shù)，技術(shù)人員在對(duì)協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中主要基于增添文件方式，并利用串口初始化（設(shè)定波特率，流控制斷開等）對(duì)串口進(jìn)行調(diào)整。其次是事件輪詢功能，該功能主要是對(duì)事件進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)ZigBee 啟動(dòng)以及組網(wǎng)等功能。通過對(duì)中事件進(jìn)行處理，達(dá)成網(wǎng)關(guān)與ZigBee 間數(shù)據(jù)交換功能設(shè)計(jì)要求。

第二，終端節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。技術(shù)人員在對(duì)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中中，重點(diǎn)對(duì)CC2530 模塊上整合集成的溫濕度傳感器、光敏傳感器和有毒氣體傳感器等進(jìn)行設(shè)計(jì)。所設(shè)置傳感器裝置的作用是收集信息，并根據(jù)相應(yīng)命令來控制排風(fēng)扇等傳感器，比如接受協(xié)調(diào)器的打開命令來激活排風(fēng)扇裝置。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路主要有兩種：一種是按特定時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；另一種即是接收指令后開始采集，并及時(shí)將采集到信息送出。例如，在設(shè)計(jì)溫濕度傳感器時(shí)，可將兩種函數(shù)進(jìn)行封裝整合處理，一種是調(diào)用定時(shí)器，在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)開始收集數(shù)據(jù)。另一種是在收到調(diào)度指令后進(jìn)行實(shí)時(shí)收集，隨后將其打包發(fā)送給協(xié)調(diào)器以向上層信息接收器傳輸。設(shè)備系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)過程中會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，其功能設(shè)計(jì)目標(biāo)在于管理所接收信息數(shù)據(jù)。而當(dāng)其面臨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀態(tài)變化時(shí)則會(huì)執(zhí)行函數(shù)，其會(huì)將所采集數(shù)據(jù)信息發(fā)送至串口顯示，隨后函數(shù)將對(duì)其進(jìn)行廣播。

三、云組態(tài)設(shè)計(jì)與遠(yuǎn)程監(jiān)控

為實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，需要借助物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)以及云組態(tài)，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能雞舍擬采用.NET 框架下的工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)軟件——海為云組態(tài)界面，并將其作為一個(gè)可編程、面向物聯(lián)網(wǎng)的云組態(tài)接口。該系統(tǒng)云組態(tài)中涵蓋狀態(tài)監(jiān)控、報(bào)警參數(shù)設(shè)置等多種功能。狀態(tài)監(jiān)控界面可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程顯示紫外輻射強(qiáng)度、溫濕度等信息功能，還能夠針對(duì)不同雞品種和日齡，對(duì)紫外線照射方案進(jìn)行選擇和設(shè)置，且隨著日齡增長(zhǎng)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地對(duì)配方數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。此外，雞舍內(nèi)設(shè)置的水簾、加熱器、補(bǔ)光、風(fēng)機(jī)等設(shè)備均可在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程進(jìn)行控制，并具有云控制命令是否對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效控制的反饋。

該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)分期進(jìn)料配方設(shè)定和自動(dòng)控制。此外，該系統(tǒng)還提供云地圖功能，通過該功能可以對(duì)設(shè)備所在位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并將其實(shí)時(shí)顯示在地圖上。云圖方便養(yǎng)殖戶對(duì)分散在不同地點(diǎn)的養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也方便有關(guān)部門對(duì)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

四、總結(jié)

綜上所述，當(dāng)前智能化已經(jīng)成為家禽養(yǎng)殖發(fā)展重要方向，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中體現(xiàn)出較為顯著的優(yōu)勢(shì)。由此，技術(shù)人員在后續(xù)工作中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能雞舍監(jiān)控系統(tǒng)研究力度，為提升雞舍環(huán)境質(zhì)量，提升禽蛋產(chǎn)品質(zhì)量提供有力保障。