基于OneNET的鸡舍环境远程监测与调控系统设计

钦盼琛　任柳清　刘欣

摘要：针对目前蛋鸡养殖业人工投入量大的不足，结合中移物联OneNET云平台提出一套物联网监测与调控系统。监控终端通过各传感器实时采集环境数据，并通过WIFI模块上传至OneNET监测中心，用户可通过访问监测中心，实现对鸡舍数据的监测与控制，为养殖户提供一种操作简便、运行稳定的监测与调控系统。

关键词：OneNET云平台；鸡舍环境；远程监控；实时控制

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）11-0092-03

鸡蛋产量和质量是影响蛋鸡养殖户收益的重要因素[1]。科学研究与大量实践证明，温湿度和光照强度这两个环境因素，对蛋鸡的健康生长和产蛋质量及数量起着至关重要的作用，有害气体含量等也有不可忽视的影响[2]。在低温环境中，鸡的采食量较大，但鸡会将较多的能量用来使体温保持正常而非用来产肉。在适宜的环境温度下，鸡就可将养分用于生长而非用来调节体温。鸡在高温环境下，采食量会下降，并且饲料利用率也比较差；明亮的光照可刺激雏鸡活动，这样产下的鸡蛋平均重可增加10%，且蛋壳坚固，极少有小蛋，降低光照可以使鸡保持安静而减少鸡的活动，导致鸡的增重率增加[3]；此外，鸡舍内粪便堆积、养殖密度过大等容易造成鸡舍内有害气体浓度过高，若不及时通风降低有害气体浓度，不仅会影响鸡只健康、降低产蛋率，甚至会造成鸡只患病、死亡等。采用智能化、网络化的鸡舍环境监测管理设备，实时监测鸡舍环境参数，及时调整鸡舍的温湿度、光照强度，改善蛋鸡养殖环境，能避免因养殖环境问题而造成的经济损失，并提高产蛋的质量和数量、提高养殖经济效益。

采用无线传感器网络技术和计算机技术，可以实现鸡舍环境管理系统网络化和智能化，能解决有线方式布线困难、更新维护成本高的问题[4]。针对传统鸡舍人工监控的不足，现将无线传感器网络技术和计算机技术应用于鸡舍环境管理，该系统能实时监测鸡舍的相应环境参数，判断鸡只的生活环境是否适宜，并自动做出相应处理；养殖户可以使用智能手机或者电脑等终端设备远程查看、设置相关参数，且可远程手动控制相关设备；该系统可同时监测多个养殖场的环境信息。鸡舍环境的远程监测和调控，使鸡舍环境保持适宜的同时，大大的减少人工监测管理耗费，能有效提高养殖户的工作效率和经济效益。

系统的设计是以STM32系列芯片作为处理器，控制各个模块的工作，实时监测鸡舍环境参数、鸡舍内一定程度的温度与光照强度自动调控；监控系统把传感器数据传送到OneNET云平台，养殖户可以通过登录云平台查看鸡舍环境参数，同时可远程设置相关参数、手动操作控制风扇与补光灯启停。

1 系统总体设计

综合监控系统总体结构如图 1 所示，由信息监控终端、OneNET 平台以及控制监测中心三部分组成[5]。其中，信息监控终端负责传感器数据采集，补光灯、风扇及报警控制，OneNET平台负责接收监控终端上传的数据信息及向监控终端发送用户指令信息。监控中心采用B/S架构模式，用户依靠手机或者电脑等终端设备可以在任意地点通过访问网页的方式，实现对鸡舍环境的实施监测与调控。

2 系统的硬件设计

监控终端主控选择STM32F103系列芯片，工作主频 72 MHz，内部集成了定时器、SPI 接口、USART 串口、I2C 接口等功能，外接各个功能模块，硬件框图如图2所示，主要由电源模块、风扇及驱动模块、补光灯模块、温湿度传感器、光照传感器、有害气体传感器、蜂鸣器报警模块、WIFI模块等组成。

采用DHT12数字温湿度传感器模块采集温度和湿度信息。DHT12数字式温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器，它具有完全互换、成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、超长信号传输距离、数字信号输出、精确 校准、功耗极低、标准单总线数字接口、标准I2 C总线数字接口、通信方式可自由选择等优点，应该领域广泛。其温度测试范围：-20℃～60℃；湿度测试范围：20%RH～95%RH。

采用BH1750FVI亮度传感器采集光照强度信息。BH1750FVI亮度传感器为16位数字输出型环境光强度传感器集成电路，其输入光范围1-65535lx，完全适用与环境光照的检测。它还具有接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性、光源依赖性弱、受红外线影响很小、通过降低功率功能，实现低电流化等优点。

有害气体浓度监测采用MQ-2气体传感器。气敏传感器能够检测气体的特定成分或者浓度， 然后将其转换成电信号。MQ-2气体传感器使用在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）这种气敏材料。当传感器所处环境中存在甲烷、丙烷、丁烷等气体时，传感器的电导率會随空气中相应气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与气体浓度相对应的输出信号。MQ2传感器合理的工作环境温度为-20℃～+55℃，其灵敏度高、探测范围广，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。其本身材料成本低，稳定性强，是一款适合多种应用的低成本传感器[6]。其探测浓度范围如表1所示。

3 系统的软件设计

系统软件的设计主要由监控终端软件的设计和监测中心软件设计组成。

3.1 监控终端软件设计

监控终端软件流程图如图3所示。

监控终端开机后，先对模块进行初始化，设定数据采集的 I /O 接口、模块的休眠时间等。

3.2 监测中心软件设计

监测中心基于OneNET云平台，即中国移动物联网云平台。该平台是一个开放的云平台，提供了丰富的智能硬件开发工具和可靠的服务，助力各类终端设备迅速接入网络，实现数据传输、数据存储、数据管理等完整的交互流程。

OneNET资源管理层次结构如图4所示。产品是指用户手上的真实设备在OneNET上对应的虚拟名称，是用户在OneNET上最上层的云端资源。每个产品包含设备、APIKEY、触发器及应用四个主要内容。设备是指作为数据节点的监测终端，APIKEY是用于对OneNET进行操作的鉴权以及权限控制，在使用OneNET Restful API时，HTTP请求消息的头域必须携带该APIKey字段，OneNET会依据APIKey字段判别该用户是否具有对应操作的权限。数据流如传感器温度、空气湿度、光照强度、有害气体浓度等数据。触发器即指定范围内的数据点满足触发条件的要求时，进行相应的请求，OneNET提供的触发器可以保证在有害气体浓度到达一定阈值时，通过邮件或其他URL方式发送警告信息，及时提醒养殖户进行相应措施。应用则是OneNET向用户提供的相应的人机交互界面，直观的向用户展示传感器数据并提供直接的指令操作。

4 实验结果

通过将该系统布置于模拟鸡舍，对其功能进行验证。

如图5所示，通常情况下，鸡舍的光照强度在31lux附近，较暗的光照强度可以使肉鸡减少活动，使鸡的增重率大大提升。而对于蛋鸡来说，适度时长的光照可以增加鸡蛋的产量，高达296lux的补光灯完全满足了增产的需要。

5 结束语

通过试验结果可以看出，系统结合鸡舍环境监测的客观需求，基于中移物联网有限公司打造的OneNET免费开放平台，能够很好地实现鸡舍环境数据的实时采集和传输。该系统多种数据访问形式能够方便监管人员随时随地了解鸡舍环境情况并做出相应操作，同时免费开放的服务平台，降低了技术开发的难度、成本以及用户的使用成本，并且凭借 OneNET 平台在监测网络领域的设备连接、协议适配、数据存储、数据安全及大数据分析等平台级服务，将会适应未来大规模的现代化养殖业的发展趋势。

参考文献：

[1] 胡少昶，Dr. Dhia Alchalabi.鸡舍的环境管理[J].国外畜牧学：猪与禽，2003（4）：27-29.

[2] 李丽华.蛋鸡体温与生产性能参数动态监测关键技术研究及应用[D].保定：河北农业大学，2014.

[3] 赵振双.怎样提高鸡蛋的产量[J].吉林农业，2012（7）：196.

[4] 王欢，李骅，尹文庆，等.基于无线传输的鸡舍环境远程监测系统[J].南京农业大学学报，2016，39（1）：175-182.

[5] 陈尔奎，张敏，尹晓钢，等.基于OneNET的矿山综合监控系统的研究[J].煤炭技术，2017，36（9）：195-197.

[6] 黄煌.基于MQ2传感器的环境检测[J].新校园：上旬，2015（11）：52.