基于NB-IoT的猪舍环境监控系统的研究与设计

王红军 曲培新

摘要：

在肉猪的养殖过程中，起决定性因素的是环境因素。为猪仔创造一个适宜的生长环境，本文提出一种基于NB-IoT的猪舍环境监控系统设计方案，环境监控系统采用NB-IoT模块、环境监测传感器及STM32微控制器等設备来完成对猪舍环境状态监控。通过中国电信NB-IoT基站将采集到的环境信息实时发送到服务器，从而实现对猪舍环境的监控与管理的目的。该文主要对猪舍环境监控系统架构模块进行分析，以期NB-IoT在养猪业的应用提供参考价值。

关键词：

NB-IoT;监控系统;物联网

中图分类号：

TP277

文献标识码：

A

文章编号：

1672-9129（2020）15-0202-02

引言：伴随着养猪业的市场化的加快，生猪的养殖周期越来越短，猪肉价格在市场上出现大起大落的跌涨现象将逐渐消失。安全、优质、高效的猪肉和猪肉制品仍将继续是国内食品消费的主流，以后我国的养猪产业一定会逐步走向规模化、自动化和智能化，实现可靠、质优和量足的发展目标。在肉猪养殖中，影响生产水平和质量的四个决定性因素分别是品种、饲料、防疫和环境。它们之间总是相互作用和制约，但养殖户常常忽视环境因素的影响，而且随着养殖业的集约化发展，当基本解决了品种、饲料、防疫三个问题后，对于养猪起决定作用将是环境因素。猪舍的环境因素主要包括温湿度、二氧化碳、光照强度、有害气体浓度等。为了更好地精细化管理，为猪仔的生长提供良好的生活环境，研究和设计一种猪舍环境的监控系统是必要的。

1NB-IoT技术和特点

在各类新的应用技术的推动下，物联网技术成为科技发展的一个热点。NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄带物联网），它是伴随新的业务场景迅速发展，因其具有支持低功耗设备、能够在广域网范围进行蜂窝数据连接，通常也被叫作LPWAN[1]。该技术具有部署灵活、海量连接、超低功耗、深度覆盖、安全、稳定、低成本等特点[2]。NB-IoT功耗仅主要使用在小数据量和小速率中，功耗为2G的十分之一，模块最起码的待机时间可长达5年以上;同时，模块在体积上可以做的更小，成本也有望降低。最后，数据能够实现实时传输。NB-IoT自身能够根据协议将所收集的数据可上传至云端，完成数据的转发与存储等功能。

2系统硬件设计

硬件设计关键是传感器的选择、以及NB-IoT模块的选择以及控制模块的设计。利用温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器等组成基本的数据采集部分，通过STM32单片机控制现场设备执行相关动作目的。

控制模块设计本文在设计时选择STM32单片机作为微控制器，实现对猪舍环境参数的采集和控制，STM32单片机首先通过数据采集模块（温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、NH3传感器和H2S传感器）采集数据，然后完成数据的信息的发送，当下位机接收到服务器发送来的控制信号时，STM32单片机根据控制命令来控制继电器的开关，以此达到控制现场设备（喷雾设备、加湿设备、热风炉设备、补光设备等）执行的目的。控制模块结构框图如图1。

3面临的技术问题

目前，受NB-IoT基站的数量限制，猪舍气体环境的复杂性，再加上现有传感器的局限性，综合考虑，有以下几个技术问题亟待解决：

（1）受猪舍环境因素的影响，测的数据易受到外界的干扰。下一步考虑采用系统数据融合技术，提高信息准确性和全面性，降低信息的不确定性。

（2）考虑到猪舍气体环境的复杂性，空气粉尘较多，下一步需要对传感器采取一定的保护措施。

4结语

构建基于物联网技术畜禽环境监控要素，是提高畜禽养殖的有效手段。本文搭建了NB-IoT平台，借助于各种传感器采集环境数据，通过微控制器的通信接口将数据经过网络发送至云端服务器，STM32微控制器控制现场设备执行动作等，最终实现猪舍环境的统一监控与管理，从而可以有效提高管理水平。在物联网的架构中，不仅要考虑软硬件设备和传输途径外，还应该根据猪场的实际情况进行选择，有利于资源的合理利用。

参考文献：

[1]朱鹏.NB-IOT技术在智慧停车系统中的应用[J].信息与电脑，2018（8）：160-161+164

[2]张建强，张高毓.区块链技术在物联网中的应用分析[J].电信科学，2018（Z1）：104-110

[3]李刚.基于LPWAN技术布局物联网[J].上海信息化：2017（9）：66-69

作者简介：王红军（1986一），男，河南平顶山人，硕士，研究方向：物联网技术与智能信息处理。

通讯作者：曲培新（1977一），男，河南南阳人，硕士，副教授，研究方向：计算机系统与结构、物联网技术等。