基于物联网的肉鸡养殖技术应用与研究

王 亚

(江苏财经职业技术学院，江苏 淮安 223003)

0 引言

近年来，食品质量问题不断出现，人们对食品的生产、加工、销售过程知情权的需求更加迫切，为确保食品质量，使人们深入了解食品生产的过程，建立责任可追溯体系，利用现代网络通信技术记录食品加工、生产、销售各个环节的过程，可以使得产品信息透明化。

在肉鸡养殖中应用物联网技术，可以达到肉鸡养殖管理的细化、精化，实现对养殖过程的监控，确保了禽类产品的品质，同时降低了肉鸡死亡率，提高养殖场的工作效率，避免养殖过程中存在的风险。

1 家禽养殖环境远程监控系统设计方案

远程网络管理和环境监控系统包含：室内参数的采集、无线网络的传感、远程数据的传输、数据的管理和短信的通信等。

1.1 家禽养殖场室内参数采集模块

室内环境是指家禽养殖舍内的饲养小环境。家禽生长的环境较为复杂，影响因素很多，经过多方论证和筛选，系统选择对环境影响较大的参数作为监测对象。

主要包括：室内温度、湿度、空气中的二氧化碳、氨气、硫化氢以及粉尘浓度等。利用温湿度传感器和二氧化碳传感器(氨气、硫化氢和粉尘)，可以对这6项室内数据指标进行实时的精确采集。

1.2 数据无线网络传感模块

使用传统有线网络进行数据信息的传送，不但布线繁杂，而且成本比较昂贵，室内操作条件也不容许有过多的线路。采用无线网络传输技术，能有效将采集到的各类数据进行高效、可靠的传输，并最终集中到总节点。

1.3 远程数据传输模块

通过通用无线分组业务(General Packet Radio Service，GPRS)可以将各节点收集到的室内数据，由Internet网络自动传输到异地，并按收集到的时间顺序储存入数据库，供数据管理模块使用。

1.4 数据管理模块

对各节点上传的数据信息进行储存、分析、统计、检索等实行有效的管理和异常处理[1]。通过Web服务器，管理微型机和移动终端信息的访问，当用户登录该系统的IP地址时，新的监控信息会被Web管理服务器系统数据库提取，为用户的检索、查询提供便利，同时也能查询历史数据信息。

1.5 短信通信模块

通过对数据进行检索和处理，如果发现某一组数据异常，即超出设定的环境参数值范围，系统会自动发出报警信号，同时以短信的形式通知饲养管理员和农场主，及时调整环境并采取必要的调控措施。具体的家禽养殖场内部监控流程如图1所示。

图1 家禽养殖环境监控流程示意

2 家禽养殖环境远程监控系统的主要硬件设计

家禽养殖场内远程监控系统主要由传感器、数据采集模块、MSP430微处理器、液晶显示器、监控PC机、环境报警器装置以及GSM模块等组成。家禽养殖内部远程监控系统的终端结构如图2所示。

图2 家禽养殖环境远程监控终端结构示意

2.1 温度和湿度传感器

温度和湿度是家禽养殖场内调控的重点，在温湿度检测模块中选用了稳定性能好、测量精度高的SHT71传感器，其是由瑞士Sensirion公司生产的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器，可以对温度和湿度同时进行检测，并可以进行信号调理、数字变换、串行数据分析等，分析研究8Poultry Science将来可实现数字通讯端口和数字校准的一体化，节省外围元件，确保系统的长期、可靠运行。

2.2 氨气传感器

ME4-NH3传感器是一种定电位电解型氨传感器，其工作原理为电解法，工作时将电解槽上的工作电极和参考电极连成闭合通路，因为电极两端的电势能稳定，传感器通入待测气体后，待检测气体中的氨与电解液发生氧化还原反应，回路中所产生的电流大小与氨气体的浓度呈正比关系，回路中电流值越大，氨气浓度越高，经过换算便可以得到被测气体的浓度值[2]。

ME4-NH3传感器的能耗较低，因而不需要经常更换传感器节点的电池，同时该传感器还具有较高的灵敏度以及较强的抗干扰能力，可以有效避免空气中其他气体参数对监测结果的影响，同时还有着优异的重复性和稳定性。ME4-NH3的性能指标如表1所示。

表1 ME4-NH3的性能指标

2.3 硫化氢传感器

硫化氢传感器ME4-H2S的检测原理同氨气传感器的检测原理相同。ME4-H2S的性能指标如表2所示。

表2 ME4-H2S的性能指标

2.4 粉尘传感器

在粉尘传感器系统中选择光学式DS200粉尘浓度检测仪。其可以精确检测室内灰尘的浓度，测量范围0～50 mg/m3；需要时间大约5 min；检测仪使用寿命长、性能稳定、反应速度快；根据空气运动力学结构原理，检测系统自动实时收集样本数据，使用简单、方便；完全满足国家《环境空气质量标准》以及WHO对空气悬浮颗粒物质量所规定的数值范围。

2.5 数据采集模块

数据采集模块系统，使用西门子公司Siemens S7-200的PLC控制系统，程序设计采用Step7Micro Win编程软件，其功能强大、使用方便、简单易学，可以确保传感器数据采集和数据编码的顺利实现。

2.6 MSP430微处理器

使用MSP430F149微处理器能够满足家禽养殖环境对远程监控系统的需求。其具备较强的寻址能力、片内寄存器较多、查询处理便捷，可以快速编制出高效的程序；微处理器中集成了较多的外围模块，主要包含12位A/D、精密模拟比较器、硬件乘法器、看门狗和众多的输入输出接口，可达8MIPS的运行速度[3]。适用于功耗低、性能要求高的家禽养殖场。

2.7 GSM模块

FASTRACK M1206B模块是目前使用较多的一种产品，其集所有的WISMO技术于一体，通过使用嵌入TCP/IP协议堆栈，具备连接功能，可赋予实时的GPRS class 10功能，可以节省时间、性能稳定、环境适应性强。采用一个独立的SIM卡，Fastrack M1206B模块通过串口监控计算机的连接，通过使用OPEN AT开发工具，使产品正确地嵌入调制解调器，比特率可达115 200 bps。

3 养殖场内实时监测数据分析

通过电脑或手机可以远程查看养殖场内的实时环境数据，主要包括空气温度、空气湿度、粉尘含量、光照度、NH3浓度、二氧化碳和氧气浓度等。实时查看的养殖场所监控数据如表3所示。

表3 数据对照

4 智能报警系统

智能报警系统主要有以下几个方面的优点：(1)系统环境参数设置灵活。养殖场所内各个采样点的上下阀值，可以灵活设置，有害气体的浓度指标若超出阀值，系统可以通过手机短信、系统提示等方式通知管理者。(2)报警提醒的内容可根据模板灵活设置。根据不同客户需求可以设置不同的提醒内容，进而最大限度地满足客户的个性化需求[4]。(3)通过提示记录检测养殖场电子装置，可以使养殖场所的远程控制更加及时、快速、高效，进而有效解决养殖场所的环境问题。(4)实时监控设备的工作状态，如发现设备工作异常，控制系统可以通过短信或消息提示的方式提醒管理者，确保系统的高效、稳定运行[5]。

5 远程智能控制及信息数据的存储

系统采用智能化远程控制技术，提供每个监测点实时的温湿度、氨气、硫化氢、二氧化碳、光照度等数据[6]，在肉鸡养殖场智能控制系统中配置现代网络通信、智能控制、物联网技术，对养殖场内部的饲养环境实施有效监测，同时，对室内机械设备实施远程智能控制，确保养殖场所内肉鸡的生长环境处于最佳状态，实现养殖场的精细化管理，为养殖肉类产品提供高产、优质、高效、生态、安全的创造条件，从而帮助客户降低生产成本、增加收益[7]。养殖场内的设备配置如图3所示。

图3 养殖场内设备配置

通过对历史数据查询可以：(1)实时掌握肉鸡的健康状况，及时发现家禽养殖周期中存在的问题，并能够查找到问题产生的原因，找到责任主体[8]。(2)提高消费者对禽类食品行业的信心，通过对家禽养殖产品进行监控，可追溯养殖过程中的各个环节，使消费者能够了解到所购产品的养殖环境，提升消费者对产品的消费信心和满意度。(3)进行有效的实时监测，可提高产品的竞争能力。实现肉类产品信息可追溯，提升了禽类产品的质量以及社会对于禽类生产养殖行业的信心，促使企业的竞争力得到提高。(4)在产品的产销环节，监控系统实时记录和收集重要信息，有利于管理者对肉鸡养殖周期中的各生长阶段进行统计分析，不断积累养殖经验，从而提高产品的生长效率和产品品质[9]。

6 结语

使用物联网技术的组态功能多样化、智能化，稳定性好、可扩展性强等优点。可根据养殖场鸡舍的实际布局安排软件界面，使得界面形象生动，为实际监测提供方便。

文章以肉鸡的养殖为例，系统分析了在饲养过程中，使用现代物联网技术，利用温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳和氧气浓度传感器等智能感应装置收集和整理数据的信息，采用现代网络完成数据信息的传输和操控，利用存储设备存储信息数据，并对其进行追溯和分析，实现了肉鸡养殖的自动化、智能化精细管理。同时，降低了畜产品的生产成本、提升生产收益，使得禽畜产品更加安全可靠，从而实现禽畜产业集约化、规模化的可持续发展目标。