基于物联网技术的颗粒型饲料生产线远程监控研究

■汪 洪

（贵州轻工职业技术学院，贵州贵阳，550005）

随着食品安全意识的不断提高，对畜产品的质量提出了更高的要求，颗粒饲料的标准正处于不断完善的过程中。在市场、季节、地区以及原来储存方法的影响下，原料数据是动态变化的，所以，应该动态地调整饲料配方，从而能够提高饲料的质量。为了提高颗粒饲料生产线的自动化程度，应该选择一种行之有效的方法进行颗粒饲料的远程监控。随着传感技术和网络技术的迅速发展，物联网技术浮出水面，物联网就是利用网络技术、通信技术以及射频技术组建成的一个信息共享的网络。物联网能够使任意物品在不受时间和空间限制的情况下和互联网连接，实现信息的传输，同时结合数据挖掘、云计算等先进技术对数据信息进行处理，从而能够实现颗粒饲料生产线的远程监控。

1 颗粒型饲料生产线的原理

颗粒型饲料生产工艺流程如下：颗粒原料从进料口进入，除去原料中的金属杂质，进行粉碎处理，加入添加液，制粒，经过冷却后，进行包装。

通过物联网远程监控系统能够有效地控制颗粒型饲料生产线的各个环节，在配料时，能够精确地计量；在颗粒原料提升、粉碎以及分级存储时，能够准确地控制加工过程；在加入添加液的过程中，应该准确地控制饲料的湿度、压力以及混合配比；在制粒、冷却、包装时能够有效地控制加工精度，从而能够有效地提高饲料的质量。通过构建颗粒型饲料物联网监控系统能够提高生产线的工作效率，避免由于配方、饲料种类以及饲料加工工艺改变所需的投资。

2 颗粒型饲料生产线远程监控系统的整体设计

颗粒型饲料加工的可靠性和实时性对于提高饲料加工质量是非常重要的。ZigBee网络能够节约电能，并且具有较好的工作稳定性，并且能够节约在颗粒型饲料生产线布线产生的费用。颗粒型饲料生产线远程监控系统的框架如图1所示。

图1 颗粒型饲料生产线远程监控系统的框架

监控人员利用GSM网络或者Internet网络对颗粒型饲料监测中心中的数据库进行实时地监测，并且根据数据监测的结果对颗粒型饲料生产线的各个环节进行控制。远程监控系统主要包括监控中心和分机，分机可以实现饲料生产过程中相关参数的设置，并且能够对饲料生产的各个环节的操作进行控制。分机和监控中心可以利用ZigBee网络进行连接，ZigBee网络具有自组网的作用，能够易于加入或删除节点，依据生成树协议不同的ZigBee网络模块都和一组路由向量表相对应，能够不断地更新，如果网络中产生了物理上的阻断，节点能够通过其他路径把饲料生产线各个环节的相关数据传输到监控中心。

3 颗粒型饲料生产线远程监控系统的硬件设计

3.1 系统监控中心的设计

监控中心包括三个主要组成部分：第一部分通过AVR单片机获得ZigBee网络模块传输的饲料加工生产线的相关数据，并且传输到上位机；第二部分是上位机执行由LabVIEW编制的程序，控制颗粒型饲料生产线各个环节上的参数，并且将参数显示出来，接着将数据存储到数据库中；第三部分为外部通信，主要通过用户手机和GSM网络通信，利用Internet网络可以实现监控人员和上位机的通信。

颗粒型饲料远程监控系统的监控中心可以接收分机传输的相关参数信号，通过上位机的Lab-VIEW程序保存于数据库中，同时能够显示数据信息，监控人员可以随时查看相关数据信息，Lab-VIEW程序可以根据预先设置的参数极限发出颗粒型饲料生产线的控制指令。监控中心可通过GSM网络和监控人员通信，当饲料生产线工作人员发送请求查看数据时，监控中心可以检索到分机传输的数据，反馈给工作人员。如果数据参数超出了界限，则向生产线的工作人员发出警告，发出生产线控制指令。监控中心可以利用动态域名分析软件，饲料生产线工作人员无需使用价格较高的专线，并且能够在任意时间登录监控中心。

颗粒型饲料生产线远程监控中心利用GSM网络，在分站利用ZigBee网络和主站监控中心进行通信，从而能够有效地节约通信成本，手机短信通信的费用和生产线工作人员信息查询的次数成正比。颗粒型饲料生产线远程监控系统能够节约电能，减少人力投资。Internet网络能够提供更为丰富的功能，易于操作，实现实时的信息查询，可以了解生产线的工作状态。

3.2 远程监控系统分机的设计

分机可以和监控中心通信，接收监控中心传输的生产线各个环节的数据信息，实现数据信息的采集和转发，并且对生产线各个环节进行控制，颗粒型饲料机远程监控分机的设计原理如图2所示。

图2 颗粒型饲料机远程监控系统分机的设计原理

饲料生产线各个环节安置的传感器传输的电流信号，通过放大滤波以及模数转换，经过SPI总线传输到AVR单片机，单片机将接受的小信号进行运算，计算出信号的误差，然后误差值被传输到ZigBee模块，最后传输到监控中心。监控中心反馈的信号通过AVR单片机进行饲料生产线的控制。

3.3 嵌入式网关

嵌入式网关的作用是接收、处理以及存储数据，主要体现在：监控串口设备，接收节点传输的数据，依据数据属性存储在数据库中；嵌入式网关监控客户端的访问请求，对其进行配置和查询，同时将数据传输到远程客户端。嵌入式网关的原理如图3所示。

图3 嵌入式网关的原理

嵌入式网关的核心设备是ARM11芯片，外围设备接口有：1 GB SLC Nand Flash存储器，256 M DDR RAM，10 V的供电电源，底板包括三个LCD接口、100 M标准网络接口、4线电阻触摸屏接口、标准DB9 5线串口、Mini USB2.0接口，USB Host 1.1，SD卡座，3 mm音频接口，红外接收端口等，还有4路TTL串口，1路SDIO2接口、1路TV-OUT接口等。为了能够实现生产线工作人员的远程访问，采用3G模块将无线网络接入到监控系统中。

3.4 智能手机

为了可以不受时间和空间的制约对颗粒型饲料生产线进行实时地监控，利用三星智能手机作为访问终端，采用了Android 4.1操作系统，内置了全新NOTE/5.5寸四核处理器，能够运行2 GB的虚拟内存，工作频率为1.3 GHz，智能手机能够满足GSM和WCDMA的制式要求，能够利用GMS/GPRS/WCDMA/EDGE/HSDPA实现网络通信。

颗粒型饲料生产线远程监控系统应用QT开发平台编制客户端程序，手机客户端程序的功能包括：连接服务器、传输控制指令、分析和显示数据。

4 系统的软件设计

嵌入式网关软件不仅包括嵌入式Linux的裁剪和移植，还包括3个模块，分别是服务器模块、串口通信模块和数据操作模块，不同模块之间可以彼此作用，完成一定的功能。

4.1 服务器模块

颗粒型饲料远程监控系统C/S模式，服务器和客户端利用Socket实现通信。服务器模块能够监控Socket端口，分析处理客户端的服务请求，同时将处理结果反馈到客户端，相应的工作流程如下所示：

①创建Socket，进行捆绑和监控Socket端口；

②Socket端口接收到数据后，解析数据；

③接收到配置指令后，调用串口通信模块，将配置指令读入串口；接受到查询请求，调用操作模块，按照请求参数实现数据查询，将查询结果传输到客户端。

4.2 串口通信模块

利用程序开启串口之后，对串口设备进行监控，当有数据通过监控中心从串口设备传输时，分析数据，并且进行相应的处理，调用数据操作模块将传感器的数据进行分类存储。相应的工作流程如下所示：

①初始化设备，开启串口，设置串口的属性，主要包括串口的波特率、串口的控制模式标识、串口的本地模式标识、输入/输出模式标识、串口的控制字符等。

②将数据发送/接收缓冲区清空，主要目的是能够确保读/写操作不受串口缓冲区中原来的数据信息影响。

③通过串口读取颗粒型饲料生产线各个环节的相关数据，并且解析相关数据，同时调用数据操作模块将相关数据储存于数据库之中；把配置指令写到串口之中。

4.3 数据操作模块

数据操作模块的接口可以调用服务器模块以及串口模块，能够实现对嵌入式数据库的不同操作。主要包括以下操作：创建表、插入数据、检索数据等。

4.4 智能手机终端的软件设计

手机客户端主要有3个程序：人机接口程序、数据传输和处理程序以及监控请求程序。人机接口可以有利于生产线的工作人员通过人机交互界面进行相关操作，工作人员可以设置生产线监控的参数，并且能够实时的传输相关参数，可以通过表格或图形的形式传输数据，生产线的工作人员可以监测到相关参数实时的变化曲线。数据传输和处理程序能够实现接收数据包的解码，同时能够对解码数据进行处理。监控请求程序的功能是将数据检索请求和配置指令以数据包的形式传输到服务器上。

5 系统的现场测试

对颗粒型饲料生产线远程监控系统进行现场测试，能够满足生产线的工艺要求，从喂料、加添加液、制粒、冷却以及分级等环节上都能够有效地控制，提高颗粒型饲料生产线的工作稳定性，能够确保饲料配比处于合理的范围内，添加液的混合温度保持在合理的范围内，添加液液面的高度处于合理高度范围内，进而能够有效地提高颗粒型饲料生产的质量。

以生产线工作人员查询添加液液面高度控制为例，将查询请求通过分机传输给监控中心，监控中心将查询数据反馈给客户端，添加液液面高度信息的数据查询结果如图4所示。

图4 添加液液面高度的实时监控数据曲线

6 结论

将物联网技术结合到颗粒型饲料生产线远程监控系统的设计之中，能够实现生产线各个环节数据信息的有效传输，实现对生产线的全程管理和高效管理，确保饲料加工生产线的可靠运行，能够有效地节约成本，提高生产效率，具有较为广阔的发展前景。