应用于移动终端的禽舍环境监控系统的设计与实现

孙凯+柳平增+李惠敏+殷若新+连京华

摘 要：随着移动通信技术和移动终端技术的快速发展，智能移动终端已普遍成为人们生活中随身携带的上网工具。基于物联网技术设计开发的禽舍环境监控系统，应用于移动终端，即可实现对家禽养殖环境随时随地实时监测，进而根据监测数据并结合家禽生长发育规律远程控制相关设备，提高家禽生产的现代化、智能化管理水平，达到集约、健康、高产、高效、节能的目的。

关键词：移动终端；禽舍环境；监控系统；设计；实现

中图分类号：S126+S831.4+5 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）11-0015-03

在规模化、集约化的家禽生产全密闭饲养模式下，禽舍内养殖环境的控制尤为重要。与家禽生产相关性较大的舍内环境因素包括温度、湿度、空气中的有害气体（如氨气、硫化氢、粉尘、二氧化碳等）和光照条件等[1]。实时监测并随时调控这些环境指标，使其保持在家禽生长发育所需的适宜范围内，是家禽健康生长和发挥正常生产性能的必要基础。目前，越来越多的种禽生产企业重视养殖环境的管理和调控，一般依据对舍内温度的监测指标并利用风机、湿帘等通风设备进行控制，但监测项目不全面，监测技术落后，且高度依赖人工，智能化程度低，远不适宜我国现代化、标准化规模家禽生产之需要。

随着移动终端的普及应用和3G、4G网络的到来，我们进入了移动互联网时代。移动终端如智能手机、平板电脑等，随着其成本价格不断降低，开始大量占领普通消费群体，同时上网资费逐步降低，也促使人们越来越多地利用智能手机上网。智能手机体积小便于携带，通信、语音等功能较为完善，能满足用户随时随地上网需求[2]，成为家禽生产管理者随身携带并普遍使用的移动上网工具。因此，设计开发基于物联网的家禽环境监控系统，便于家禽生产管理者通过智能手机或平板电脑等移动终端随时随地获取和监控养殖环境信息，不受时间和地点的限制。该系统的开发实现了禽舍环境信息的异地远程实时监控，同时，实现了智能手机和台式微机对养殖环境信息的同步共享，实现了生产一线管理和异地高层管理对养殖环境信息的共享共管，这对促进我国家禽业现代化、信息化具有重要的现实意义。

1 物联网的含义

“物联网”顾名思义，就是物物相连的网络。从技术层面来说，它是将传感器、传感器网络及RFID（射频识别）等感知技术、通信网与互联网技术、智能运算技术等融为一体，实现全面感知、可靠传送，最终实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[3]。物联网是在互联网基础上进行的延伸和扩展，物联网的发展依赖于互联网。

应用于移动终端的禽舍环境监控系统所依赖的移动互联网将移动通信和互联网结合，用户可借助移动终端通过移动通信网访问互联网。移动互联网具有传统桌面互联网无法比拟的“3A”特征：Anywhere（任何地点）、Anytime（任何时间） 和Anybody（任何人）[4]，使得家禽生产管理者在任何时间、任何地点对禽舍环境进行有效监控的愿望成为现实。

2 禽舍环境监控系统设计方案

家禽的健康生长发育以及良好的生产性能均依赖于禽舍小环境。而禽舍环境监控系统主要监控舍内温度、湿度及空气中氨气、粉尘等具有实际生产意义的环境指标。利用温度传感器、湿度传感器、氨气传感器、粉尘传感器对上述环境指标进行实时采集，并通过无线网络传输技术将各路数据信息传至监控终端，按时间顺序存入系统数据库。系统设置Web服务器，负责响应和管理异地移动终端的访问，当移动终端成功登录该系统的URL地址时，Web服务器访问系统数据库将提取最新监控数据，以图形或数字方式显示页面，供移动终端用户访问。同时，系统数据库按时间先后储存的历史数据信息可供用户查询。

该监控系统支撑软件对各路数据信息进行分析，若某一路数据超出该项环境参数设定的阈值范围，则自动启动报警装置，以鸣响或警灯闪烁方式报警，监控界面的相关数据会变色闪动以提示超标的环境参数。同时系统的通信模块自动以短信的形式告知一线生产管理人员，便于及时采取控制措施。禽舍环境监控系统流程示意图见图1。

3 禽舍环境监控系统设计实现

3.1 禽舍环境监控系统硬件设计

基于物联网的禽舍环境监控系统主要由环境参数传感器、数据采集卡、数据无线传输、微处理器、显示器等组成。其中环境参数检测智能传感器可实现对温度、湿度、空气中氨气浓度和粉尘含量等环境指标的实时感知。其设计如图2所示。

3.1.1 数据采集卡 作为下位机的数据采集模块，系统使用了西门子S7-200系列PLC，应用西门子公司为其配套的Step7 Micro Win软件编程，完成对环境各传感器数据的采集和数据编码，并通过PPI通信将数据信息上传至监控计算机[5]。

3.1.2 微处理器 根据禽舍环境监控系统实现的功能要求，选用美国德州仪器TI公司开发的16位微处理器MSP430F149。它的基本特点具有丰富的寻址能力，众多的片内寄存器及有效的查表处理方法，可简便地编制出高效的程序；丰富的片上外设，微处理器上集成了较多的片上外围模块，包含12位A/D、精密模拟比较器、硬件乘法器、看门狗及众多的输入输出接口；执行速度快，可达8 MIPS[6]。非常适合于性能要求高、功耗低的家禽养殖场。

3.1.3 温湿度传感器 禽舍内的温度和湿度是家禽养殖环境调控中的重要参数。本系统设计选用了精度高、可靠性好的SHT71传感器。SHT71是瑞士Sensirion公司推出的基于CMOSens技术的新型温湿度传感器， 该传感器集信号调理、数字变换、串行数字通讯口及数字校准等于一体，具有免外围元件、长期稳定等特点[6]。

3.1.4 粉尘传感器 系统选用了光学式粉尘浓度检测变送器，型号为DS200。其特点：可作为测试环境灰尘的参考，适用范围0～50 mg/m3；稳定时间为5 min；光学原理，反应快；结构考虑空气动力原理，实现自动实时采样，可以长期使用；友好型设计，维护更简单；满足国家《环境空气质量标准》和WHO对于颗粒物的空气质量准则值所规定的数值范围测试要求。

3.1.5 氨气传感器 系统选用了MIC系列固定式气体检测变送器，这是一款国际标准智能化传感器，可以检测空气中氨气的百分含量浓度，并将浓度按正比关系转换成4～20 mA标准信号输出。其技术特点：完全实现了三线制气体变送器的数字化、智能化；4～20 mA信号和标准RS485数字信号输出，可实时与计算机进行通讯；现场查看、设定、校准以及维护非常方便。

3.2 禽舍环境监控系统软件设计

3.2.1 监控系统软件实现 在场区生产管理办公室或养殖监控中心微机上由环境监控软件完成环境各路数据信息的接收、解码、存储及数据分析和显示。其实现流程见图3。

3.2.2 供移动终端访问的Web页面功能实现 供移动终端访问的Web页面采用动态网页ASP和无线标记语言（WML）编程来实现。主要完成对登录用户身份的识别，发送最新监控数据，还可以根据用户的请求发送历史数据。

3.2.3 短信报警功能的实现 当禽舍内某一环境参数超出预设的阈值范围时，例如，夏季高温天气，2周龄后的肉仔鸡舍内温度超过30℃时，环境监控程序立即启动GSM通信模块，GSM通信网络具有智能移动手机之间收发短消息的功能，即可将温度异常情况自动发送短信通知指定生产管理人员。

3.3 禽舍环境优化控制的实现

禽舍环境监控系统通过环境控制器连接各种环境控制设备，实现科学调节、按需优化环境的功能。环境控制设备包括各式风机、湿帘、卷帘、通风窗、暖风炉等，主要采用并联的方式接入主控器，主控器控制模式既可设置为手动控制，又可设置为智能控制。当设置为智能控制模式时，主控器接收并执行远程移动终端监控软件发来的指令，从而对环境设备进行合理的调控。

4 结论

在移动互联网环境下，家禽生产管理者使用的智能手机已不单纯是用于社交、通讯、娱乐、获取生活资讯的工具，而是在基于物联网的禽舍环境监控软件的支撑下演变为一个家禽环境监测、异常报警和控制的“掌上平台”。该禽舍环境监控系统的应用能够使家禽生产管理者随时调控舍内小环境，确保在标准化养殖模式下家禽的安全生产，确保家禽生产性能的正常发挥，有效避免疾病的发生和死亡。

参 考 文 献：

[1] 王莉丽.浅谈生产中家禽舍内环境的控制[J].养禽与禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移动网络环境下移动终端设备的发展与应用[J].网络安全技术与应用，2013（7）：49-50.

[3] 陈子洋. 浅谈物联网的概念和未来发展[J].科技创业家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，杨乃.移动互联网时代政府公共信息服务方式展望[J].中国地质大学学报：社会科学版，2013（6）：23-25.

[5] 杨彦彬，李宁，卢智嘉.基于移动互联网的机房环境监控系统设计与实现[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，毕树生，梁勇，等.畜禽养殖环境智能终端的设计与实现[J].计算机工程，2009（10）：20-22. 山 东 农 业 科 学 2014，46（11）：18～21，25

3.1.5 氨气传感器 系统选用了MIC系列固定式气体检测变送器，这是一款国际标准智能化传感器，可以检测空气中氨气的百分含量浓度，并将浓度按正比关系转换成4～20 mA标准信号输出。其技术特点：完全实现了三线制气体变送器的数字化、智能化；4～20 mA信号和标准RS485数字信号输出，可实时与计算机进行通讯；现场查看、设定、校准以及维护非常方便。

3.2 禽舍环境监控系统软件设计

3.2.1 监控系统软件实现 在场区生产管理办公室或养殖监控中心微机上由环境监控软件完成环境各路数据信息的接收、解码、存储及数据分析和显示。其实现流程见图3。

3.2.2 供移动终端访问的Web页面功能实现 供移动终端访问的Web页面采用动态网页ASP和无线标记语言（WML）编程来实现。主要完成对登录用户身份的识别，发送最新监控数据，还可以根据用户的请求发送历史数据。

3.2.3 短信报警功能的实现 当禽舍内某一环境参数超出预设的阈值范围时，例如，夏季高温天气，2周龄后的肉仔鸡舍内温度超过30℃时，环境监控程序立即启动GSM通信模块，GSM通信网络具有智能移动手机之间收发短消息的功能，即可将温度异常情况自动发送短信通知指定生产管理人员。

3.3 禽舍环境优化控制的实现

禽舍环境监控系统通过环境控制器连接各种环境控制设备，实现科学调节、按需优化环境的功能。环境控制设备包括各式风机、湿帘、卷帘、通风窗、暖风炉等，主要采用并联的方式接入主控器，主控器控制模式既可设置为手动控制，又可设置为智能控制。当设置为智能控制模式时，主控器接收并执行远程移动终端监控软件发来的指令，从而对环境设备进行合理的调控。

4 结论

在移动互联网环境下，家禽生产管理者使用的智能手机已不单纯是用于社交、通讯、娱乐、获取生活资讯的工具，而是在基于物联网的禽舍环境监控软件的支撑下演变为一个家禽环境监测、异常报警和控制的“掌上平台”。该禽舍环境监控系统的应用能够使家禽生产管理者随时调控舍内小环境，确保在标准化养殖模式下家禽的安全生产，确保家禽生产性能的正常发挥，有效避免疾病的发生和死亡。

参 考 文 献：

[1] 王莉丽.浅谈生产中家禽舍内环境的控制[J].养禽与禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移动网络环境下移动终端设备的发展与应用[J].网络安全技术与应用，2013（7）：49-50.

[3] 陈子洋. 浅谈物联网的概念和未来发展[J].科技创业家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，杨乃.移动互联网时代政府公共信息服务方式展望[J].中国地质大学学报：社会科学版，2013（6）：23-25.

[5] 杨彦彬，李宁，卢智嘉.基于移动互联网的机房环境监控系统设计与实现[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，毕树生，梁勇，等.畜禽养殖环境智能终端的设计与实现[J].计算机工程，2009（10）：20-22. 山 东 农 业 科 学 2014，46（11）：18～21，25

3.1.5 氨气传感器 系统选用了MIC系列固定式气体检测变送器，这是一款国际标准智能化传感器，可以检测空气中氨气的百分含量浓度，并将浓度按正比关系转换成4～20 mA标准信号输出。其技术特点：完全实现了三线制气体变送器的数字化、智能化；4～20 mA信号和标准RS485数字信号输出，可实时与计算机进行通讯；现场查看、设定、校准以及维护非常方便。

3.2 禽舍环境监控系统软件设计

3.2.1 监控系统软件实现 在场区生产管理办公室或养殖监控中心微机上由环境监控软件完成环境各路数据信息的接收、解码、存储及数据分析和显示。其实现流程见图3。

3.2.2 供移动终端访问的Web页面功能实现 供移动终端访问的Web页面采用动态网页ASP和无线标记语言（WML）编程来实现。主要完成对登录用户身份的识别，发送最新监控数据，还可以根据用户的请求发送历史数据。

3.2.3 短信报警功能的实现 当禽舍内某一环境参数超出预设的阈值范围时，例如，夏季高温天气，2周龄后的肉仔鸡舍内温度超过30℃时，环境监控程序立即启动GSM通信模块，GSM通信网络具有智能移动手机之间收发短消息的功能，即可将温度异常情况自动发送短信通知指定生产管理人员。

3.3 禽舍环境优化控制的实现

禽舍环境监控系统通过环境控制器连接各种环境控制设备，实现科学调节、按需优化环境的功能。环境控制设备包括各式风机、湿帘、卷帘、通风窗、暖风炉等，主要采用并联的方式接入主控器，主控器控制模式既可设置为手动控制，又可设置为智能控制。当设置为智能控制模式时，主控器接收并执行远程移动终端监控软件发来的指令，从而对环境设备进行合理的调控。

4 结论

在移动互联网环境下，家禽生产管理者使用的智能手机已不单纯是用于社交、通讯、娱乐、获取生活资讯的工具，而是在基于物联网的禽舍环境监控软件的支撑下演变为一个家禽环境监测、异常报警和控制的“掌上平台”。该禽舍环境监控系统的应用能够使家禽生产管理者随时调控舍内小环境，确保在标准化养殖模式下家禽的安全生产，确保家禽生产性能的正常发挥，有效避免疾病的发生和死亡。

参 考 文 献：

[1] 王莉丽.浅谈生产中家禽舍内环境的控制[J].养禽与禽病防治，2008（7）：42-43.

[2] 孟群智. 移动网络环境下移动终端设备的发展与应用[J].网络安全技术与应用，2013（7）：49-50.

[3] 陈子洋. 浅谈物联网的概念和未来发展[J].科技创业家，2012，7（上）：170.

[4] 孔凡敏，杨乃.移动互联网时代政府公共信息服务方式展望[J].中国地质大学学报：社会科学版，2013（6）：23-25.

[5] 杨彦彬，李宁，卢智嘉.基于移动互联网的机房环境监控系统设计与实现[J].科技信息，2012（34）：167-168.

[6] 柳平增，毕树生，梁勇，等.畜禽养殖环境智能终端的设计与实现[J].计算机工程，2009（10）：20-22. 山 东 农 业 科 学 2014，46（11）：18～21，25