基于Web技术现代生猪养殖监控系统分析

胡翔宇 董屹晨

（1.江苏大学卓越学院 江苏省镇江市 212000 2.江苏大学计算机科学与通信工程学院 江苏省镇江市 212000）

基于我国农业产业结构调整，生猪养殖呈现出规模化，集约化产业将会耗费大量的人力和财力，为有效的改善这一现象，可以采用Web技术实现科学化养殖管理，提升生猪养殖效益。

1 生猪养殖监控系统关键技术分析

1.1 高性能STM32感知态势数据采集装置

在生猪养殖监控系统研究中使用到高性能嵌入式芯片进行环境数据信息采集，并配合高精准度环境信息采集传感器，实现农场闭环环境信息采集通道的建立，与市面上普通传感器相比，STM32感知态势传感装置呈现出高精准度的特点，同时使用寿命是其他传感器的2倍，耐久性较强，这不仅可以降低后期设备的检修费用和维护成本。基于无线通信的感知态势数据采集节点，使得感知态势数据采集节点可直接通过电源进行供电，在监控频率要求不高的场所可以使用电池供电，提升了装置的便捷性，如图1所示感知态势数据采集样机。

图1：感知态势数据采集样机

1.2 Zigbee的自组网数据传输技术

在生猪养殖监控系统中运用到了Zigbee的自组网数据传输技术，通过Zigbee通信技术实现采集节点与控制器间进行信息交换，为避免多控制器Zigbee组网出现冲突，在本项目中研发了多信道Zigbee组网防碰撞方法，确保最终信息传输质量。多信道Zigbee网络组建分为两步，首先需要启动节点协调器，实现网络初始化。

1.3 AI控制算法

在本次监控系统中使用到了AI控制算法，其主要是用于监测周围环境变化和生猪生猪周期，针对生猪状态机和特征参数进行控制，提供决策，如图2所示AI控制算法状态图。

图2：AI控制算法状态图

1.4 生猪养殖监控系统创新设计

基于生猪养殖现实需求，本次监控系统的设计主要是为了解决生猪养殖监测难、养殖人员体力消耗加大等缺陷，将信息技术、物联网技术和传感技术应用到生猪养殖领域，该监控系统呈现出实用性、可靠性和易维护等特点。本设计紧紧围绕市场需求和养殖环境，采用Web云平台技术提供生猪养殖监控，尽可能的满足生猪养殖需要，减少养殖厂成本投入。为了有效地克服养殖期间存在的诸多问题，需要增加多种创新设计，以此来提高系统的可靠性、稳定性、高容错性以及数据处理能力等，确保系统可以不间断运行，确保局部出错不影响整体、确保快速响应。项目具有高可管理性特点，系统管理员和运行维护人员的管理简便快捷，可降低运维成本。

2 生猪养殖监控系统结构分析

生猪养殖监控系统在设计中包括硬件设计和软件设计两个部分，具体内容包括对生猪养殖环境信息采集，所采集到的数据通过Zigbee自组网进行传输，并由智能AI控制算法对数据统一分析和处理，该过程是支持远程查阅和管理，最终实现对猪舍内环境监测、精细饲养、节能减排、疾病检防等功能，同时养殖场管理人员可以及时准确了解养殖场地的状况，有效提高养殖管理和现场管理的效率。系统技术路线图如图3所示。

图3：系统技术路线图

2.1 生猪养殖监控系统硬件设计

生猪养殖监控系统主要以为远程实时监测为主，在系统设计中主要解决猪舍环境数据传输问题，传统系统只是机械地将传感器所采集到的数据传递给上位机，未考虑生猪生长状况的监测，同时无法将错误数据进行剔除，这样无法达到精准监控的目的，不利于控制生猪猪舍环境；其次就是远程监控系统多数都为半自动化形式，在环境监测、报警以及控制等各个方面时效性相对较差，严重的限制了智能养殖技术的发展。为此在本设计中不仅克服了上述问题，还新增了多项创新技术，以此来提升生猪养殖的科学化和智能化。

本项目在生猪养殖监控系统中分为环境监测、牲畜定位系统、远程控制器以及生猪养殖监控APP等部分，具体内容如下。

2.1.1 环境监测子系统设计

在环境监测子系统中使用到了Zigbee自组网数据传输装置，以为终端模块作为物联网感知层，用于采集猪舍内空气温度、湿度、氨气以及二氧化碳等参数，并由摄像头来实时查看生猪生长情况，在整个环境监测子系统中为网络技术是作为物联网的网络层，实现将环境参数传递为管理软件平台为核心的物联网应用层，最终达到实时监测的目的。

在本次设计中为了增强数据筛选的最优融合集，需要获取到比较精准的数据信息，以此来提升二级融合期间的数据精准度，在正常工作期间传感器会出现使用故障，影响到监测效果，为了避免这一现象，在规定时间内会根据传感器监测数值来判断传感器的有效性，具体依据在T=|ta-tb|（a，b∈[1，n]）范围内，传感器所采集到数据的绝对值差需要满足Dt=|Si(ta)-Si(tb)|，生猪养殖环境下采集绝对数值处于正常范围内即可，如温度数值应当在0℃-0.5℃间；湿度在0%-0.5%间等。

在环境监测子系统中主要是进行数据统计与分析，将传感器收集到的数据上传到主机计算机，可以在计算机上呈现出不同的参数变化曲线，以此来了解不同猪舍的环境变化，相应的话更为直观；其次就是数据可以直接上传备份，这样养殖人员可以根据需要进行数据打印并进行归档整理；并且当参数超过规定数值以后，就会表现出数据异常，并进行报警，在本次设计中采用的报警形式为短信报警，设计短信群发，以此来通知该猪场所有的值班人员。

2.1.2 牲畜定位子系统

在本次设计中特别增加了牲畜定位管理系统，根据对生猪所在的位置进行定位，实现考勤，确保其可以在围栏内，若是发现有猪不在围栏内则会立即通知饲养人员，避免猪丢失。

2.1.3 远程控制器

在养殖监控系统中需要借助于远程控制器实现对猪舍状态监控，服务器会直接与浏览器相连接，养殖人员不仅可以通过浏览器界面实现对生猪环境的监控还可以通过收集客户端直接查看，实时了解数据变化，同时可以查阅历史数据、远程控制设备等。

开发远程控制器与感知态势的协同系统升级程序，通过云平台服务器自动完成相关软件的升级与维护。

2.1.4 生猪养殖监控APP

在Web端监控与数据分析基础上，设计生猪养殖监控APP，主要功能包括：圈舍实时数据展示、圈舍智能控制器、视频监控、数据统计分析系统、数据上报和预警等功能。管理员可以随时随地用手机对圈舍进行监控，方便管理。

2.2 基于Web技术生猪养殖监控系统软件分析

在生猪养殖监控系统设计中主要包括浏览器设计、手机客户端APP设计、上、下位机软件设计等内容。

2.2.1 下位机软件设计

在监控系统中下位机包括信息采集控制节点以及汇聚节点程序等，信息采集控制节点程序组要是强调了对于生猪猪舍环境信息监测，将所检测到的信息内容进行传递，同时接收来自于服务器所发出的指令从而对相应的设备或者是参数进行调控。

2.2.2 上位机软件设计

系统中上位机主要是实现猪舍环境参数、数据表格以及参数曲线图和报警模块等功能，在面如此多的功能数据库下，需要设计极高的安全网络系统。目前在通信方式的选择上有两种即将终端设备与远程服务器使用Internet进行连接，实现数据的交互，其次就是将上位机直接与数据库相连，最终达到数据传输的目的。为了有效的监控到不同猪舍的环境状态，监控管理系统就显得非常重要了，服务器端可以获取下位机相关参数，将其与收集APP相连接实现信息互通，可以根据功能需求展开参数调节，以此来增强监控管理系统的稳定性和高效性。

但是需要注意的是为了确保系统的安全性，需要增加维护模块，其主要是筛选并记录异常数据信息，其次就是对异常数据进行判断和处理，由于系统在运行期间难免会出现系统故障问题如断电或者是数据收集异常等，这些异常现象很容易导致系统出现崩溃，为此十分有必要采取一些科学的方式来处理这些异常现象。

2.2.3 浏览器平台设计

在猪舍远程监控系统中需要为养殖人员提供实时数据信息，在本次设计中采用Web网页设计，将视图、控制器以及模型三者分离实现系统低耦合，高内聚的而特点，视图负责网页界面，控制器主要是用于存储有关于猪舍数据代码信息，模型则是存放历史数据等，在不改变UI界面的时候，技术人员可以通过网页来浏览有关于生猪养殖监控系统的内容，实现远程控制，达到对猪舍环境的调节，以此来为生猪提供更好的成长空间。在浏览器的设计中需要强调安全性，并由登录权限设置，以此来区分管理人员和技术人员；同时浏览器是为用户提供所需要的数据信息，用户根据历史数据曲线来了解当前猪舍变化情况。若是在这期间出现异常，就会触发报警，并以短信的方式进行告知。

3 结束语

在本次设计中主要是基于生猪养殖需求，基于Web技术设计出一套生猪养殖监控系统，该系统用于实时、远程监控生猪猪舍环境，通过收集环境参数，为养殖户提供科学的参考依据，便于了解当前猪舍的具体生活状况，因而具有非常重要的实际价值，为未来科学养殖提供参考。