基于树莓派的光传感智能化养殖

王 苗，魏栋栋，杨少伟，黄艺馨，冉潍颢

（江苏大学计算机科学与通信工程学院 江苏，镇江 212003）

随着社会经济的稳步发展，在智能化的渐渐普及下，传统的家禽养殖业正在逐步消失，取而代之的是越来越多的智能化养殖技术。现如今养殖业更多需要的是全面的现代化智能系统，让养殖在最大程度上获得事半功倍的效果。无论是专业大型养殖场，还是中小型养殖个体户，智能养殖均是需求和趋势。对于养殖的家禽而言，生长除了所必须的食物以外，生活环境也有很大的影响，良好的生活环境能够在一定程度上加快其生长，从而尽可能的减少养殖场的成本，增大养殖的效率。因此将养殖所需的部分电子设备通过树莓派以无线方式简便地组织起来，实现无缝感知并完整管理，让养殖工作变得更轻松、高效和方便。

1 智能化养殖设计基础

1.1 物联网

物联网（IOT,Internet of Things）是利用互联网或者局部网络等通信技术将控制器、机器、传感器、专业人员以及物等通过不同于之前的方式联系在一起，形成物与物、人与物的相联，实现信息化、远程控制管理和智能化的网络，它的本质是“在原有互联网的基础上实现物物相连”。

1.1.1 物联网感知层 物联网感知层即要通过树莓派上相接的光照传感器、温湿度传感器、压力传感器等获得养殖场内的温湿度、光照以及家禽食物剩余多少等情况，利用自组织网络技术和短距离信息传输技术，协同实时信息处理系统、多传感信息融合技术，将监测采集到的信息等模拟信号转化成物联网各层能处理的数字信号。

1.1.2 物联网网络层 物联网网络层是建立在现有基础的通信网络和互联网之上的一种融合网络，网络层通过传感器等各种接入设备与移动通信网和互联网相连。在养殖系统中，通过无线网络将感知层转化好的数字信号上传到中央数据库中，经过数据储备系统的分类处理将这些数据进行分类整合。

1.1.3 物联网应用层 在物联网应用层中将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理后的感知数据为用户提供丰富的特定服务。在此养殖系统中，通过阿里云平台进行信息及数据的处理，将网络层分类整合后的数据通过云计算以及将数据挖掘分析后建立与之相符合的算法，进行优化调度，应用在养殖系统中。具体的是，将传感器测得的养殖场内的数据及信息通过云计算等方法进行整合、分类以及深层挖掘，从而找出一套最优的养殖场内的温湿度、光照以及何时添加家禽食物，增大养殖的效率。

1.2 树莓派

树莓派（Paspberry Pi），是一款基于ARM 的微型电脑主板，它的内存硬盘是SD/MicroSD 卡。卡片主板周围的USB接口分为三种：Model A没有网络接口，只有一个USB端口，Model B 版本有 2 个 USB 接口，Model B+版本有 4 个USB 接口，Model B 和 Model B+型有一个 10/100 以太网接口（A型没有网口），3代B+为高速以太网（300Mbps）。树莓派上可接鼠标、键盘以及网线，同时在其上面拥有电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。

树莓派是一张仅比信用卡大的主板，它具有所有PC的基本功能，只需接通显示器、键盘和鼠标，便可在其上面执行PC 可完成的较多功能，如文字处理、电子文档编辑、玩游戏、播放视频和音频等诸多功能。本养殖系统中，利用树莓派监控养殖场内的家禽情况、在养殖场播放设定好的音乐以及将传感器测量的数据和信息进行处理和向云平台传输。

1.3 温度

1.3.1 家禽种蛋孵化温度 采用恒温孵化时：鸡（1-17天），鸭（1-24 天），鹅（1-28 天）种蛋的适宜孵化温度是37.6℃；在孵化后期：鸡（18～22 天）、鸭（25～29 天）、鹅（29～31天）孵化温度应维持在37.1～37.6℃之间。

采用变温孵化时：采用变温孵化时，在孵化初期（1～6天），孵化温度为38.3～38.7℃；在孵化中期（6天至出雏前4天），孵化温度为37.6～38.1℃；在孵化后期（出雏前3天至出雏），孵化温度为37.1～37.7℃。在孵化过程中要对温度进行严格的控制。

1.3.2 家猪生长温度 仔猪：初生几小时最佳温度为34-35℃；第1 周最佳温度为32-35℃；第2 周最佳温度为27-29℃；第3-4 周最佳温度为25-27℃。生长到四周后称为保育猪。

保育猪：第4-8周最佳温度为22-24℃；第8周后最佳温度为20-24℃。生长到一定阶段分别归类为育肥猪、公猪以及母猪。

育肥猪：其生长的最佳温度为17-22℃。公猪：成年公猪生长的最佳温度为23℃。

母猪：后备母猪，前、中期妊娠母猪以及后期妊娠母猪的最佳温度为18-22℃；分娩后1-3 天的最佳温度为24-25℃；分娩后4-10 天的最佳温度为21-22℃；分娩10天后的最佳温度为20℃。

1.4 湿度

1.4.1 家禽种蛋浮孵化湿度 鸡蛋：孵化初期相对湿度为62%-67%；孵化中、后期相对湿度可降至55%-62%；出雏期间（19-21天）相对湿度应增高至70%左右。

水禽蛋：水禽蛋要求的相对湿度比鸡蛋高。一般孵化初期为68%左右，孵化中期为61%，孵化后期为70%。

1.4.2 家猪生长湿度 哺乳仔猪：仔猪适宜生长的相对湿度为60%-70%。保育猪、育肥猪、公猪以及母猪适宜生长的相对湿度为60%-80%。

2 系统设计

本系统基本思想为在养殖场内安装光传感器、温湿度传感器及压力传感器，通过这些传感器测量养殖场内的光照、温湿度以及食物的剩余量，然后通过技术处理，将接收到的模拟信号转化为数字信号，每3小时将此数字信号通过与之互联的移动通信网将数据传输给阿里云平台，阿里云平台将数据整合处理之后反馈到饲养员手机的“养殖场系统”app上，饲养员通过接收到的数据分析应该怎样调节场内的环境以及食物。若需要改变养殖场内的光照，则饲养员通过app 中的“增加/减少光照”按钮将控制信号发送给总指挥树莓派，然后树莓派通过控制养殖场窗户的打开/关闭从而控制养殖场内的光照；需要改变养殖场内的温湿度时，饲养员通过“增加/降低温度”按钮使得树莓派控制养殖场内的加热器，同理通过“增加/降低湿度”按钮控制加湿器；当数据显示食物剩余量低于食物加满量的10%时，树莓派控制食物添加器增加食物到app 上所设置的食物重量。因此在养殖场中只需饲养员在手机上操作从而让树莓派控制养殖场内的其他机器运作。

2.1 系统软件设计

流程图如图1所示，操纵端开机，树莓派通电，传感器连接网络。准备好所有设备之后传感器开始测量养殖场内的光照、温湿度以及食物剩余量，监测3小时数据之后，传感器将数据传到云平台，然后云平台将其传到饲养员手机app上，饲养通过一定的数据通过树莓派操纵机器运作。

2.2 客户端app设计

客户端平台的主要功能是将传感器采集到的数据呈现给饲养员用户，并实现饲养员控制养殖场内的家禽生长所需的环境及食物。

打开“智能养殖系统”app 之后首先进入注册/登录界面，登录使用用户手机号和密码，第一次登录的用户显示“用户不存在”，从而进入注册界面，登录后进入主界面，主界面设计如图2所示。

主界面包括三部分：历史数据、操纵机器、个人中心。历史数据中可查看为期一个月的传感器采集到的养殖场内的数据，其中以当时查看时间为基准，可单独查看三小时前的数据，从而进行判断是否需要改变养殖场环境。操纵机器包括打开/关闭窗户、打开/关闭加热器（加湿器）、添加食物，用户通过手机端控制树莓派操纵。个人中心中可查看养殖场内家禽的数目以及设置等功能。

图1 系统流程图

图2 aapppp主界面

3 结论

树莓派作为一个微型计算机，具有PC的所有基本功能，在其上面可做很多的研究。在本系统中使用树莓派结合了传感器进一步优化了现代养殖系统，为养殖场以及养殖个体户的养殖提供了便利，并且与机器操纵联系之后不但给家禽创造了良好的生存环境而且还极大地提升了养殖的效率。随着科技的大力发展，基于树莓派的各种系统将被大量的应用及研发，智能化养殖系统的研究发展也有更广阔的前景。