物联网技术下养鸡场智能云组态设计与远程监控研究

2023-08-29宁炜成都小巨人畜牧设备有限公司

北方牧业 2023年16期

□宁炜（成都小巨人畜牧设备有限公司）

我国作为禽肉与禽蛋生产与消费大国，随着民众生活水平不断提升，其对禽蛋产品质量也提出更高的要求，而实现提升禽蛋产品质量目标的根本环节在于提升养殖环境以及饲养方法质量以及科学性。现阶段我国禽蛋产业正逐渐由传统农户小批量饲养模式转向为专业化、规模化、集约化、科学化养殖方向发展，智能化养殖是其发展必然趋势，由此对基于物联网技术的养鸡场管理监控模式进行研究具有重要现实意义。

一、探究基于物联网技术的养鸡场管理模式意义

从实际发展角度分析，以鸡为代表的禽类产品呈现出显著的生产周期短、饲料转化率高、成本低以及口味良好优势，其在居民膳食结构中占据重要地位。随着食品加工产业发展以及民众生活水平提升，禽类产品市场需求也呈现出不断扩展趋势。为切实满足日益增长的禽类产品需求，大规模、设施化成为禽类养殖模式转型主要方向，而在此过程中，保障禽舍环境质量对提升禽类产品质量具有重要意义，而这就对其智能化水平提出明确要求。

随着我国不断引进新禽种，现有禽类养殖产品种类不断丰富，所引进特种禽类较普通禽类具备更强的经济效益，但是对饲养设施环境需求甚至不同生长阶段对饲养设施环境要求存在显著差异，因此为切实保障不同家禽设施饲养环境满足其实际需求，必须依据饲养禽类实际情况对禽舍环境监控系统进行调整。而物联网技术发展为其提供有力保障，该技术在推动农业信息化、智能化、精细化方面具有重要作用，同时也有效拉动传统农业生产技术革新，为畜牧业转型升级注入新活力。物联网依照组件关系可细分为多种体系结构，如欧盟FP7 所提出的SENSEI 体系结构定义出一种适配多种机制，具备高能效、精准、可靠的环境信息采集与物理世界交互的物联网结构模型，其可以有效满足禽舍环境监控目标。由此可见，对基于物联网技术的养鸡场监控管理模式进行研究具有重要意义。

二、基于物联网技术的养鸡场监控系统设计

（一）监控系统总体设计

就实际应用角度分析，基于物联网技术的智能鸡舍监控系统应具备如下功能：对鸡舍内温湿度信息、有害气体含量等进行自动实时采集，同时根据鸡舍内环境控制需求启闭风扇、卷帘装置等设施以改善鸡舍环境。由此，该监控系统设计过程中应具备如下功能。

第一，鸡舍环境信息采集功能。通过将嵌入式主板CortexA9 以及CC2530 主板与信息采集模块相结合，设置温湿度、有害气体检测等传感器，对鸡舍内所创设生产环境进行实时监控。

第二，远程控制功能模块。结合系统实时采集数据以及设置阈值自动分析鸡舍内环境是否存在异常，并自动根据对比结果对异常情况进行报警，管理人员可通过系统明确异常情况以及来源。同时根据实际需求自动开启通风装置等改善鸡舍环境。除此以外，该功能还可通过管理者进行远程手动控制，依据相关参数以及实际需求开启通风、控温装置等，实现对鸡舍环境进行调控。其具体总体设计如图所示。

图总体方案设计

（二）物联网技术应用于智能鸡舍的架构设计

就技术角度而言，基于物联网架构的智能鸡舍监控系统设计中，其数据传输网络主要依托于ZigBee 无线技术构成，依照功能特性可将系统总体划分为感知层、网络层、数据处理层以及综合应用层。其中，感知层主要由以温湿度、光敏传感器为代表的数据采集传感器以及由排风扇等构成的传感器两类。数据流向为，通过ZigBee 网络，将终端节点中传感器所采集数据信息汇总至协调器内，随后将接收数据发送至网关，最后通过IP 网络将其发送至移动终端。移动终端使用者可对监控数据进行实时查询。当管理者对鸡舍内设施进行启闭操作时，其通过终端设备进行操作，指令信号会经IP 网络——网关——协调器——ZigBee 网络的传输顺序发送至终端节点，最终实现控制鸡舍内信息目标。考虑到篇幅限制，本文研究中仅以感知层为例对监控系统设计进行阐述。感知层是物联网体系中的关键层级，其主要承担对外界进行感知，获取各种信息智能。感知层数据传输环节设计主要基于ZigBee 网络进行，其低能耗优势使得其在物联网和工业控制等多个领域得到广泛应用。依据功能分类可将ZigBee 细分为全功能以及部分功能设备两种。出于智能鸡舍监控系统功能要求，技术人员在对协调器进行设计过程中选择全功能设备，在终端节点部分设计中则选用多个部分功能设备。在ZigBee 协议栈实现过程中，技术人员选了德州仪器公司研制的CC2530 开发板，并对其进行输出和写入，将其用作协调程序和终端节点，然后选择适当的节点进行组网。其设计中关键环节主要包括如下几方面。

第一，协调器设计。协调器是ZigBee 组网的核心部分，其在ZigBee 组网中仅有一个协调节点，承担创建网络、加入组网并向组内成员发送信息功能，类似于路由器。为改写在协议栈中所提供的实例中的函数，技术人员在对协调器进行设计过程中主要基于增添文件方式，并利用串口初始化（设定波特率，流控制断开等）对串口进行调整。其次是事件轮询功能，该功能主要是对事件进行处理，实现ZigBee 启动以及组网等功能。通过对中事件进行处理，达成网关与ZigBee 间数据交换功能设计要求。

第二，终端节点设计。技术人员在对终端节点进行设计过程中中，重点对CC2530 模块上整合集成的温湿度传感器、光敏传感器和有毒气体传感器等进行设计。所设置传感器装置的作用是收集信息，并根据相应命令来控制排风扇等传感器，比如接受协调器的打开命令来激活排风扇装置。该系统设计思路主要有两种：一种是按特定时间间隔自动进行数据采集；另一种即是接收指令后开始采集，并及时将采集到信息送出。例如，在设计温湿度传感器时，可将两种函数进行封装整合处理，一种是调用定时器，在规定时间段内开始收集数据。另一种是在收到调度指令后进行实时收集，随后将其打包发送给协调器以向上层信息接收器传输。设备系统在接收数据过程中会自动执行，其功能设计目标在于管理所接收信息数据。而当其面临网络环境状态变化时则会执行函数，其会将所采集数据信息发送至串口显示，随后函数将对其进行广播。

三、云组态设计与远程监控

为实现对监控系统的远程监控功能，需要借助物联网云平台以及云组态，基于物联网的智能鸡舍拟采用.NET 框架下的工业自动化监测和管理平台软件——海为云组态界面，并将其作为一个可编程、面向物联网的云组态接口。该系统云组态中涵盖状态监控、报警参数设置等多种功能。状态监控界面可以实现远程显示紫外辐射强度、温湿度等信息功能，还能够针对不同鸡品种和日龄，对紫外线照射方案进行选择和设置，且随着日龄增长，系统能够自动地对配方数据进行更新。此外，鸡舍内设置的水帘、加热器、补光、风机等设备均可在现场或远程进行控制，并具有云控制命令是否对设备进行有效控制的反馈。

该系统可以实现分期进料配方设定和自动控制。此外，该系统还提供云地图功能，通过该功能可以对设备所在位置进行准确定位，并将其实时显示在地图上。云图方便养殖户对分散在不同地点的养殖场进行实时监测，也方便有关部门对农场进行远程监测。