基于无线传感器网络的蛋鸡饲养智能监控系统＊

郭文会

（兰州理工大学技术工程学院，甘肃 兰州 730050）

1 概述

当今在我国大多数地方对蛋鸡饲养室温度、湿度、光照强度等的检测和控制还是依靠人工管理，存在一些问题，例如喂养环境控制的精度低，蛋的产量和质量低[1]。在大规模和密集的繁殖过程中，最令人担忧的是动物流行病。由于管理者和育种者的频繁访问，即使改善防疫措施，也会出现问题。大、中型鸡禽养殖企业开始引入自动监控技术，在一定程度上提升了鸡舍环境的控制质量[2]。但此类自动监控设备主要运用模拟电路技术设计完成，采集数据速度慢，控制精度低，无法完成对温度、湿度等被控制量的实时监控。并且其布线复杂成本较高，智能化程度和科学化管理都有待提高。

设计一套基于无线传感器网络的蛋鸡饲养智能监控系统，克服人工管理和现有蛋鸡饲养模拟监控设备的缺陷，完成对蛋鸡饲养环境和个体体征数据的实时监控。

1 总体设计结构

1.1 系统体系结构

本系统通过ZigBee传感器网络及互联网将传感器、网关、互联网服务器、Web服务器、连接移动电话终端和其他设备，以实现蛋鸡饲养室环境信息收集的自动化和智能在线控制。如图1所示。

图1 系统总体结构

1.2 功能特点

本系统能实现对蛋鸡饲养室环境和蛋鸡个体生命特征的自动监测与调控。具有以下功能：

1）传感器节点用于收集多种环境信息，例如蛋鸡饲养室的温度，湿度，氧气含量和光照水平以及蛋鸡的个体生活特征[3]。

2）无线传感器节点能够与网关通过网络连接，每个传感器节点内部芯片都刻有全球唯一的IP地址，它可以采用点对点通信网络，管理人员通过在Internet的IP地址可以查

询传感器控制节点的工作情况。路由器可以发送信令和控制命令来控制传感器的关键节点，从而驱动所使用的设备，从而保持各种环境参数长时间处于适当的稳定状态。

3）各种控制终端参与蛋鸡饲养的监控工作。通过上位机网络管理终端和手机应用程序，它可以实时查看蛋鸡饲养室的环境信息和实时监控图像，并发送相关命令来控制蛋鸡饲养室的环境控制设备的正常运行，Web管理终端与手机应用程序之间的界面友好，增强了人机对话功能，有效地保证了系统数据采集的直观性。

2 功能模块设计

2.1 传感器节点

各传感器节点由温度、湿度等传感器、氧气量红外传感器、各种光电传感器、重力加速度传感器等以及无线传感器等通信模块组成。它们收集鸡舍和环境数据。温度传感器使用TC77，请参如图2所示，光电传感器请参如图3所示。Zigbee模块进行数据传输。

图1 温度传感器

图2 光敏传感器

Zigbee模块采用TI最新一代ZigBee芯片CC2530。它支持wxl标准的命令集，基于IEEE802.15.4的zigbee2007/Pro协议，采用wxl标准的20核心双行串联模式访问网关主板和传感节点，最大传输距离超过100m。CC2530具有内置微控制器，具有卓越的性能，低功耗和代码预取功能。它使用8051微控制器内核，系统编程闪存为128KB[4]。

传感器节点还具有数据采集和控制设备的作用，具有以下功能：

1）数据采集功能：自动收集蛋鸡饲养室的温度，湿度，氧气含量，照度等环境数据，通过串口发送到射频无线收发模块，再通过网络将数据发送到网关上。

2）控制设备功能：当传感器节点检测到的环境数据超过规定值时，相应的控制命令信号通过RF收发器模块发送到相应的环境控制设备。例如自动关闭或关闭打开设备，升高或降低空调温度等。智能交换机利用ZigBee网络信号获取服务器的控制命令，并进行控制。通过继电器打开和关闭照明电源。

2.2 网关及Web管理端

网关作为一种边界设备，位于zigbee无线传感器网络和以太网之间，在整个系统中起着桥梁的作用。网关由协调器，核心处理器等组成。无线传感器节点和网关将自动建立无线传感器网络。核心处理器通过串行端口监视无线传感器网络。如果系统传输了全部数据，它将自动触发相应的串行端口以终止相关事件，以便主动响应数据情况。执行由数据链接直接发送到图片和根据网络协议的集成数据的转换，然后以太网网络终端端口以多种方式将集成综合数据发送到主Web服务器，该服务器主要负责传输最终数据，比较设置的多个阈值，并根据实际情况控制发送信息的顺序。

在网关接收到信息并发送命令数据后，将最终数据包转换为协议。数据链路将控制命令发送到相关的多个传感器关键节点，以控制每个节点。

2.3 手机App

通过Java软件，开发了具有与Web服务器相同的基本功能的移动应用专业软件。它可以随时随地查询产蛋室的实时环境信息，并控制饲养室内环境控制装置的工作状态。其移动性的特点极大地方便了蛋鸡产房的环境，并智能监控蛋鸡的各个生命体征[5]。

3 服务器管理软件

利用目前最流行的Windows平台应用程序开发环境visual studio，采用visual C++进行蛋鸡饲养室环境和蛋鸡个体生命体征智能监测系统的研制。安装在饲养室中的传感器可以实时获取繁殖室每个关键节点的温度，空气湿度和空气中的氧气含量，清晰地监视蛋鸡的数据，阳光直射的信息以及蛋鸡个体的生命体征。每30min由每个传感器节点收集每份数据都是实时的、全面的。根据环境参数的特殊需求，还可以在管理主界面上手动调整用于生活环境综合控制的设备，如空调，照明设备等，以微调环境参数的动态信息。该阈值是根据不同的季节和生长周期的不同初始阶段设置的。当综合数据达到阈值时，软件系统发送警报信号，该信号是由环境生成的，控制其他设备进行调整以使饲养室的环境能够达到预期的目标。

4 结论

可以推断，该系统在网络中采用了先进的各种无线传感器，具有体积小、成本低、图像直观等特点。解决了人工育种过程中数据采集实时性和准确性不足的问题。与现有育种设备相比，减少布线和同类设备的重复投入，降低经济成本。并且系统修改，升级方便，适用于中小型蛋鸡饲养[5]。环境数据的准确性和实时测量有了更好的保证，及时的控制可以迅速改善蛋鸡的生长环境，更重要的是，提高鸡蛋的产量和质量。