基于无线传感网技术的智能畜牧管理系统

李 波 谢 箭 罗永利 蔡 良 夏兴福

重庆工程学院 重庆 410065

1 前言

当前，我国畜牧业和养殖业的经济发展正处于一个新的历史阶段，畜牧业的快速发展在畜牧业经济中的比重日益增大。因此，实现建设畜牧现代化，用现代化技术带动畜牧业的智能化发展，对促进畜牧业和养殖经济发展有重大意义[1]。

虽然中国的畜牧在生产中，有长足的发展，但是养殖方式还是以传统方式为主，这种方式不可避免地出现时效低、成本高、管理不集中、包含信息量少、反馈功能差等一系列问题[3]。因此，系统综合运用现代计算机技术、信息技术、网络技术、物联网技术并与现代化管理理论相结合建立一套智能畜牧管理系统，对加快畜牧业信息化、智能化的脚步，提高畜牧养殖的效率是十分有利的[6]。

畜牧业的微利时代已经到来，传统的畜牧业已经不能满足现代畜牧业发展要求。传统畜牧业需进行信息与智能化改造，生产模式也要转变为集约化生产、可视生产与可控生产，只有这样，才能够整体提高畜牧业的发展水平[2]。

2 设计分析

为让畜牧业发展逐步迈向标准化、规模化、社会化、产业化。加快畜牧养殖的升级、优化产业结构、注重资源节约和食品安全，这已是我国现代畜牧业发展的重要选择[2]。生态养殖是现代畜牧业发展的必然趋势，普及应用现代化生态养殖技术是发展现代生态养殖业必备条件。

3 畜牧设计方案

针对以上问题，我们对传统畜牧养殖运用了计算机技术、无线传感技术和网络通信技术对传统养殖管理模式进行改进，为的是能够整体提高畜牧业的发展水平和减少不必要的劳动力。

系统由传感器件、执行器件与控制器件三部分组成，采用物联网技术、嵌入式技术和无线传感器网络技术相结合的方法使各类传感器(温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、二氧化碳传感器)精准测量养殖场在生产过程中有关温度、湿度、二氧化碳浓度等数据信息通过移动互联网上传中移物联网OneNet平台，管理员可通过远程摄像头和上传到平台的数据实时了解养殖场生产信息并及时进行分析处理，这对于畜牧业的管理便捷性起到关键的推动性作用，系统整体框图请见图1。

图1 系统整体图

系统的设计也是为推进国家“菜篮子工程”政策的发展，系统对畜禽成长过程中的数据进行记录与分析，是为实现畜禽规模化养殖、流通、食品追溯提供的重要数据保障。

4 系统功能模块实现

智能畜牧管理系统采用无线传感器网络技术、嵌入式技术和传感器技术相结合的方式，精准采集养殖场内部环境的各项指标，驱动相应执行器件(风扇、加湿器、加热器)平稳控制养殖场内部环境的变化。具体数据如下所示。

◆温湿度监测功能：温湿度采集节点配有温湿度传感器SHT10，实时监测养殖场内部空气的温度和湿度。测湿精度可达±4.5%RH，测温精度可达±0.5℃(在25℃)。

◆视频监测功能：这项功能由网关中的摄像头来完成。摄像头实时捕获养殖场内部的画面，我们既可以在触屏液晶显示器上看到养殖场内部的实时画面，又可以通过PC机远程访问的方式来观看养殖场内部的实时画面。

◆控制风扇给养殖场降温：当养殖场内温度达到设定值时，系统会自动开启风扇加强通风，为牲畜提供更好的生活环境。

◆控制加湿器给空气加湿功能：如果养殖场内空气湿度小于设定值，系统会启动加湿器，达到设定值后便停止加湿。

◆控制加热器给环境升温功能：当养殖场内温度低于设定值时，系统便启动加热器来升温，直到温度达到设定值为止。

◆控制消毒管道给养殖场消毒功能：系统定时为养殖场喷洒消毒液，保证牲畜的健康。

◆控制喂食器给牲畜定时定量功能：当到了设定时间，喂食器会自动打开闸阀放出饲料，直到饲料槽内到达设定值时停止。

◆控制参数设定及浏览：对所要实现自动控制的参数(温度、湿度)进行设置，以满足自动控制的要求。用户既可以直接操作网关界面上的按钮来完成系统平衡参数的设置，又可以通过PC机或手机远程访问的方式完成参数的设置。

◆显示实时数据曲线：实时趋势数据曲线可将系统采集到的养殖场内的数据以实时变化曲线的形式显示出来，便于观察系统某时间段内整体的检测状况。

◆显示历史数据曲线：可显示出养殖场内各测量参数的日、月、年参数变化曲线，根据该曲线可合理的设置参数，可分析环境的变化对牲畜的影响。

5 发展趋势与总结

今科学技术的高度发展，系统也将会不断的技术迭代更新，未来我们将全面采用机械化、工程化、自动化，实现无人化管理与控制[10]。实现设施内部环境因素的调控，由过去单因素控制向利用环境计算机多因子动态控制系统发展；环境控制和养殖管理向智能化、网络化发展，而且养殖产业向保护环境、低成本的方向发展[7]。

1.做高科技养殖，高产量研发，可以说我国高科技智慧畜牧业刚刚起步但其发展速度相当迅速，主要原因是国内对智慧畜牧业的需求。

2.相对简单的操作终端，由于养殖场的操作者并非自动化行业的从业者，所以相对简单的用户操作界面也非常重要。

3.便于维护维修，由于系统较为复杂，故障点也较多，所以需要便捷的维护维修。

4.模拟生态环境，需要多次实验点进行实验，力求达到寿命长、简单化维修、全智能化管理系统。

5.做规模化市场，与地方经济相结合，逐步形成规模，复合现代绿色、环保、健康的生活理念。