紀云烽，劉麗華，孫菲陽，司鈞文，房明琪，胡毓

(遼寧科技學院 電氣與信息工程學院 ，遼寧 本溪 117004)

近年隨著外來資本紛紛投入養(yǎng)殖業(yè)，他們帶來了資金多元化的理念，但同時產(chǎn)生我們現(xiàn)有自動化水平、管理水平跟不上等一系列問題。基于這些問題，結(jié)合當今畜牧畜禽業(yè)環(huán)境控制靈活性差、人力投入成本高、效率低下、質(zhì)量不均等情況，導致養(yǎng)殖業(yè)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的障礙，無法實現(xiàn)家禽養(yǎng)殖優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)與安全的效果，為此本文介紹了最新設計的智能智控雞舍。此雞舍利用Zigbee組網(wǎng)技術，WIFI技術、傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術，對溫濕度、有毒氣體、聲音分貝大小等進行實時監(jiān)測，并且還可以統(tǒng)計裝置每日的產(chǎn)蛋量，為養(yǎng)殖人員提供決策性依據(jù)，大大提高了養(yǎng)殖效率，具有商業(yè)化、智能化、一體化。

1 系統(tǒng)設計方案

文章所設計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能智控雞舍的設計包括軟件模塊和硬件模塊兩部分，并嚴格遵循物聯(lián)網(wǎng)的三層設計結(jié)構(gòu)。感知層是用各種傳感器，來實現(xiàn)感知水位、壓力、噪聲的變化；傳輸層的設計考慮到傳感器之間的通信，利用了ZigBee通訊協(xié)議建立各硬件的聯(lián)系。同時應用層還需要配套的APP來顯示具體信息。具體方案如下：

1.1 系統(tǒng)的模塊設計

1)硬件模塊

(1)核心處理器部分：采用微控制器STM32F407系列，集成度高，具有超強的性能。

(2)供電部分：考慮系統(tǒng)的實際部署，系統(tǒng)采用220V市電作為電源總輸入，配合一個反激式開關電源實現(xiàn)220V-5V的電壓變化。

(3)傳感器部分

水位傳感器：采用紅外光學原理，通過光學傳遞對待檢測的水位進行判別，從而將液位信號轉(zhuǎn)換為電信號進行輸出，只需要對一個單片機IO口進行初始化即可。

壓力傳感器：薄膜片式壓力傳感器，由于其特殊的構(gòu)造，該傳感器具有及其靈敏的測量能力，用于雞蛋的計數(shù)〔1〕。

噪聲傳感器：選用PG-760ZY串口噪聲模塊，與壓力傳感器模塊類似，直接輸出噪聲數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對雞舍的噪聲實時監(jiān)控。

(4)單片機〔2〕：使用STM32單片機，是嵌入式系統(tǒng)的核心部分，擁有極高的I/O利用率，具有高性能、低成本、低功耗的功能。

(5)WIFI傳輸;選用ESP8266模塊，獲取雞舍內(nèi)的信息。

圖1 硬件模塊設計總圖

2)軟件模塊

采用Android語言〔3〕開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫基于SQLite數(shù)據(jù)庫搭建。包括實時環(huán)境監(jiān)測、自動控制與報警、實時數(shù)據(jù)顯示、大數(shù)據(jù)分析、智能交互等五部分。

(1)實時環(huán)境監(jiān)測〔4〕:實時顯示各種傳感器數(shù)值，不同數(shù)據(jù)顏色表示不同的監(jiān)測狀況，以水位傳感器為例，當水位在合理范圍之內(nèi)時，監(jiān)測數(shù)據(jù)正常表示水位值，呈現(xiàn)灰色。一旦水位線達到閡值時，數(shù)據(jù)顏色變?yōu)榧t色，并觸發(fā)安全報警系統(tǒng)，提醒養(yǎng)殖人員。

(2)自動化設備控制:各種傳感器的監(jiān)測都有自己單獨的開關，打開的時候這一類傳感器檢測，關閉的時候這一類傳感器不監(jiān)測且不發(fā)出警報。自動化設備控制不同的自動化設備控制器，取代傳統(tǒng)的電控方式，實現(xiàn)燈光控制、自動清糞等。

(3)實時數(shù)據(jù)顯示:通過手機App實時展示雞棚內(nèi)各種環(huán)境信息。

(4) 大數(shù)據(jù)分析:根據(jù)手機APP，對水位、噪聲、產(chǎn)蛋量等數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對雞舍的自動化管理，手機界面設計如圖2所示。

圖2 手機APP界面設計圖

(5)智能交互:通過互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的支持實現(xiàn)智能推送。

3)軟硬件通信設計

本文所設計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能智控雞舍具有WIFI通訊和ZIGBEE通訊兩種方式，為了滿足WIFI通訊，選用ESP8266模塊，并在內(nèi)部設置TCP/IP協(xié)議棧；為了實現(xiàn)ZIGBEE自組織網(wǎng)通信，選用CC2530ZIGBEE模塊，實現(xiàn)點到點的通訊，該模塊靈活性高，覆蓋范圍強，并提供安全性高的AES-128加密算法。采用這兩種技術，更好地實現(xiàn)了硬軟件之間的通信。

圖3 中控系統(tǒng)框圖

1.2 功能描述

1)主要功能

(1)利用傳感器技術實現(xiàn)溫濕度監(jiān)測、有毒氣體檢測、壓力檢測、分貝監(jiān)測環(huán)境并進行實時監(jiān)控〔5〕。

(2)采用監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測一段時間周期的產(chǎn)蛋量并進行大數(shù)據(jù)分析，通過對各類雞的產(chǎn)蛋數(shù)據(jù)和銷售數(shù)據(jù)進行分析，從而實現(xiàn)對養(yǎng)雞品種的精確推薦和最大利潤化。

(3)采用Zigbee組網(wǎng)作為傳感器和中控通訊的方式。與TCP/IP協(xié)議依托的以太網(wǎng)或者WIFI所不同的是，Zigbee是一種近距離、復雜度較低、傳輸速度快、成本極低的無線通訊方式。

2)輔助功能

(1)實現(xiàn)水環(huán)境調(diào)控報警，電機設備自動調(diào)控。

(2)自動監(jiān)測有害氣體濃度，當有害氣體濃度超標時自行啟動清糞。

2 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上智能智控雞舍系統(tǒng)通過這些功能的實現(xiàn)，可以在不同位置了解雞舍環(huán)境參數(shù)，以及蛋雞生產(chǎn)質(zhì)量，及時預警,提高雞舍飼養(yǎng)管理水平，應用前景廣闊。自動化技術與物聯(lián)網(wǎng)技術的有效結(jié)合，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)領域里的一場革命，實現(xiàn)了勞動密集型產(chǎn)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化、智能控制方向發(fā)展，智能化將會使物聯(lián)網(wǎng)技術走向更深遠的道路、形成更大的突破！