基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统

田丰，黄星雨，余治远，向雯岚

（贵州商学院，贵州贵阳，550025）

随着我国经济的快速发展和科技的急速进步，诸如物联网技术之类的新兴技术逐渐走进大众的生活，渗透进生活的方方面面。我国是世界上最大的猪肉生产国和消费国，猪肉产量近十年来稳居全球首位，但全国一半以上的生猪生产还是由小规模养殖户承担。小规模养殖存在生产效率低、饲养技术缺乏、基础设施不完善、疫病和环境意识薄弱等问题。随着养殖规模的不断扩大，传统养殖方式明显不能满足养殖场的管理需要[1]。而规模化养殖场也面临人工成本高、污染处理成本高、疫病防控难度大等问题。做好猪圈环境监测，智能化监控生猪生长情况对于生猪养殖有重要作用。若能将物联网技术与传统生猪养殖技术相结合，推动养殖业走向现代化、信息化，必能大幅度提高养殖场的管理效率[2]。

1 无线传感技术

物联网无线通信技术主要分为长距离通信技术和短距离通信技术，一类是WIFI、Zigbee、蓝牙等短距离通信技术；另一类是LoRa、NBIOT等长距离通信技术。它们或基于传输速率、传输距离和功耗等特殊要求，或具有良好的可扩展性，各有千秋[3]。结合大面积布网、成本控制、使用寿命等条件，发现Zigbee可以满足大面积的组网要求并且成本低、使用寿命比较长。为了更好的监视每一头生猪的成长情况，本系统引入RFID技术。采用RFID电子耳标，可自动识别生猪信息，识别过程无需人工干预，且可以工作在各种恶劣环境中，实现快速、实时、准确地采集和处理信息的工作。

2 系统总体功能设计

Zigbee技术集稳定性强、组网灵活、易于网络规模扩展等众多优点于一身，为了减少不必要的人力资源浪费以及为了解决人工难以实时监控的问题，本文设计了基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统，实现了自动投食、猪舍温湿度监测和定时消毒，以及提醒工作人员及时清理猪舍等多种功能。同时为每一头猪安装一个电子标签，用于辨认每头猪，同时该标签具有体温检测功能，与体重测量系统联合，用于记录和监测每一只猪的生长情况。基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统结构图如图1所示。

图1 基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统结构图

3 基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统模块设计

生猪养殖智慧系统主要是建立在Zigbee和RFID的无线网络的基础上，利用压力传感器、温度传感器检测生猪生长情况和简单的健康情况，利用温湿度传感器、氨气传感器检测猪圈环境，然后通过储存和决策系统进行分析管理，大大降低人工成本，提高管理效率。基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统主要包括生猪生长监控、猪圈环境监控两大子系统。

■3.1 生猪生长监控系统

养殖场中的生猪数量多，若少数生猪的生长情况出现状况，对于传统养殖的养殖户而言难以在短期内发现，且如果是传染性症状，一旦没有及时发现，对于养殖户的损失是巨大的。本文设计的智慧生猪生长监控系统主要包括生猪的体重采集、体温采集、数据传输和处理、报警的功能。其中，生猪生长监控系统网络架构图如图 2 所示。

图2 基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统网络架构图

3.1.1 RFID温度检测标签

RFID温度检测标签实时检测其标识的生猪的体温，作为生猪基本健康状况的判断依据。RFID阅读器将RFID标签采集到的体温数据手机并上传至存储与决策系统进行分析，如果发现体温异常，蜂鸣器立即启动报警，养殖户可通过标签编号快速寻找到疑似病猪，进行医学检测，保障生猪的健康。

3.1.2 体重监测模块

体重监测模块利用压力传感器检测每头生猪体重，以此来检验生猪的生长状况。在实际应用时，将压力传感器安装于生猪的食槽前，每当生猪进食时，就可检测生猪的体重，结合生猪所佩戴的RFID耳标，能够准确得到每头生猪的体重数据。Zigbee体重检测结点检测可以收集生猪体重，并结合RFID标签确定生猪身份；Zigbee节点板将采集到的体重信息转发给Zigbee汇聚节点，汇聚节点再将数据传输给储存与决策系统，储存与决策系统会根据以往体重信息进行分析，挑选出体重异常的疑似对象并进行报告。

3.1.3 定时投喂模块

在传统生猪养殖业中，生猪的喂养需要很大一部分人工，这对养殖户而言是很大一笔成本开销。本文所设计的智慧生猪养殖系统中，设置了定时投食模块。利用定时器，根据生猪的喂养要求，在固定的时刻系统自动为生猪分配食物。一方面，大大节省了人力成本；另一方面，实现了生猪的精准喂养。结合上述的体重监测模块，可以动态的、智能化的调控生猪的喂养方案，可以提升生猪的生长质量。

■3.2 猪圈环境监控

猪圈是生猪生长的主要环境，猪圈的环境卫生情况对生猪的健康情况有着重要的影响。生猪都是直接在猪圈中排泄的，如果不及时清理，不仅会使猪圈产生刺鼻的异味，而且粪便容易招惹苍蝇、滋生细菌，极大地威胁生猪的生长健康。同时，数量巨大的生猪聚集在一起所产生的热量也是非常大的，这就需要及时通风，以保证猪舍环境温度的适宜。为了及时解决上述问题，避免养殖户因这些问题没有及时发现和解决，造成生猪的不健康，经济有无法挽回的损失。本系统在该模块采用温湿度传感器和氨气传感器，前者用于检测猪舍的环境温度和湿度，后者检测猪舍的环境中的氨气浓度。猪圈环境监控的Zigbee节点板检测猪圈中的氨气浓度和温湿度，猪圈环境监控的Zigbee汇聚节点收集数据，将数据传输给决策系统，结合系统中提前设定的阈值，如果决策系统判断猪圈中氨气浓度过高，将会立即通知养殖户及时清理；若温度过高，会打开通风系统，进行通风降温，保证生猪生长环境的舒适。

■3.3 系统软件设计

基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统是为了实现对生猪生长环境和生猪健康的是实时监测，实现生猪养殖的智能化、高效率，提升生猪的质量。采用单片机实现对系统的控制，通过该系统可以较为精确的了解生猪的生存环境现状和生猪此时的健康状况，一旦发现某项数据超过或低于阈值，则本系统会及时报警，提醒工作人员立即处理。本系统的具体工作流程如图3所示。

图3 基于Zigbee+RFID技术的生猪养殖智慧系统软件流程图

4 系统测试和结果分析

考虑到现实系统工作中猪圈环境的不确定性，故在养殖场中，随机抽取四个猪圈作为采集点进行系统模拟测试。采集点的测试时间间隔为15分钟，某次检测结果如表1所示。

表1 某次四个采集点检测结果

从以上四个采集点的检测结果可以看出，采样点2中发现生猪健康疑似出现问题，故提醒工作人员及时对对应生猪进行医学检验；采样点3的环境温度超过预设温度，故通风系统工作加强；采样点4的氨气浓度大于报警氨气浓度，故报警系统进行提醒猪舍需要清理。

5 结语

本文将Zigbee技术和RFID技术相结合，组建无线传感网络，实现对生猪健康的实时监测、猪圈环境信息的采集、接收、存储、分析和显示，并做出对应的措施。充分利用了Zigbee技术的组网简单和节点板的可定制性的优点，以及RFID体积小、抗污染能力和耐久性好的能力，实现了对生猪生长的实时监控和良好生长环境的保障。将传统养殖业与物联网技术相结合，实现对生猪生长的24小时不间断监测，在节省人力成本的基础上，最大程度的保证生猪的优质质量和养殖户的最大化利益。