王 苗，魏棟棟，楊少偉，黃藝馨，冉濰顥

（江蘇大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院 江蘇，鎮(zhèn)江 212003）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，在智能化的漸漸普及下，傳統(tǒng)的家禽養(yǎng)殖業(yè)正在逐步消失，取而代之的是越來越多的智能化養(yǎng)殖技術(shù)。現(xiàn)如今養(yǎng)殖業(yè)更多需要的是全面的現(xiàn)代化智能系統(tǒng)，讓養(yǎng)殖在最大程度上獲得事半功倍的效果。無論是專業(yè)大型養(yǎng)殖場，還是中小型養(yǎng)殖個體戶，智能養(yǎng)殖均是需求和趨勢。對于養(yǎng)殖的家禽而言，生長除了所必須的食物以外，生活環(huán)境也有很大的影響，良好的生活環(huán)境能夠在一定程度上加快其生長，從而盡可能的減少養(yǎng)殖場的成本，增大養(yǎng)殖的效率。因此將養(yǎng)殖所需的部分電子設(shè)備通過樹莓派以無線方式簡便地組織起來，實(shí)現(xiàn)無縫感知并完整管理，讓養(yǎng)殖工作變得更輕松、高效和方便。

1 智能化養(yǎng)殖設(shè)計基礎(chǔ)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（IOT,Internet of Things）是利用互聯(lián)網(wǎng)或者局部網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)將控制器、機(jī)器、傳感器、專業(yè)人員以及物等通過不同于之前的方式聯(lián)系在一起，形成物與物、人與物的相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程控制管理和智能化的網(wǎng)絡(luò)，它的本質(zhì)是“在原有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物物相連”。

1.1.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層 物聯(lián)網(wǎng)感知層即要通過樹莓派上相接的光照傳感器、溫濕度傳感器、壓力傳感器等獲得養(yǎng)殖場內(nèi)的溫濕度、光照以及家禽食物剩余多少等情況，利用自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和短距離信息傳輸技術(shù)，協(xié)同實(shí)時信息處理系統(tǒng)、多傳感信息融合技術(shù)，將監(jiān)測采集到的信息等模擬信號轉(zhuǎn)化成物聯(lián)網(wǎng)各層能處理的數(shù)字信號。

1.1.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是建立在現(xiàn)有基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之上的一種融合網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)層通過傳感器等各種接入設(shè)備與移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連。在養(yǎng)殖系統(tǒng)中，通過無線網(wǎng)絡(luò)將感知層轉(zhuǎn)化好的數(shù)字信號上傳到中央數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過數(shù)據(jù)儲備系統(tǒng)的分類處理將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合。

1.1.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層中將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與專業(yè)技術(shù)相互融合，利用分析處理后的感知數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務(wù)。在此養(yǎng)殖系統(tǒng)中，通過阿里云平臺進(jìn)行信息及數(shù)據(jù)的處理，將網(wǎng)絡(luò)層分類整合后的數(shù)據(jù)通過云計算以及將數(shù)據(jù)挖掘分析后建立與之相符合的算法，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，應(yīng)用在養(yǎng)殖系統(tǒng)中。具體的是，將傳感器測得的養(yǎng)殖場內(nèi)的數(shù)據(jù)及信息通過云計算等方法進(jìn)行整合、分類以及深層挖掘，從而找出一套最優(yōu)的養(yǎng)殖場內(nèi)的溫濕度、光照以及何時添加家禽食物，增大養(yǎng)殖的效率。

1.2 樹莓派

樹莓派（Paspberry Pi），是一款基于ARM 的微型電腦主板，它的內(nèi)存硬盤是SD/MicroSD 卡。卡片主板周圍的USB接口分為三種：Model A沒有網(wǎng)絡(luò)接口，只有一個USB端口，Model B 版本有 2 個 USB 接口，Model B+版本有 4 個USB 接口，Model B 和 Model B+型有一個 10/100 以太網(wǎng)接口（A型沒有網(wǎng)口），3代B+為高速以太網(wǎng)（300Mbps）。樹莓派上可接鼠標(biāo)、鍵盤以及網(wǎng)線，同時在其上面擁有電視輸出接口和HDMI高清視頻輸出接口。

樹莓派是一張僅比信用卡大的主板，它具有所有PC的基本功能，只需接通顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)，便可在其上面執(zhí)行PC 可完成的較多功能，如文字處理、電子文檔編輯、玩游戲、播放視頻和音頻等諸多功能。本養(yǎng)殖系統(tǒng)中，利用樹莓派監(jiān)控養(yǎng)殖場內(nèi)的家禽情況、在養(yǎng)殖場播放設(shè)定好的音樂以及將傳感器測量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和向云平臺傳輸。

1.3 溫度

1.3.1 家禽種蛋孵化溫度 采用恒溫孵化時：雞（1-17天），鴨（1-24 天），鵝（1-28 天）種蛋的適宜孵化溫度是37.6℃；在孵化后期：雞（18～22 天）、鴨（25～29 天）、鵝（29～31天）孵化溫度應(yīng)維持在37.1～37.6℃之間。

采用變溫孵化時：采用變溫孵化時，在孵化初期（1～6天），孵化溫度為38.3～38.7℃；在孵化中期（6天至出雛前4天），孵化溫度為37.6～38.1℃；在孵化后期（出雛前3天至出雛），孵化溫度為37.1～37.7℃。在孵化過程中要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

1.3.2 家豬生長溫度 仔豬：初生幾小時最佳溫度為34-35℃；第1 周最佳溫度為32-35℃；第2 周最佳溫度為27-29℃；第3-4 周最佳溫度為25-27℃。生長到四周后稱為保育豬。

保育豬：第4-8周最佳溫度為22-24℃；第8周后最佳溫度為20-24℃。生長到一定階段分別歸類為育肥豬、公豬以及母豬。

育肥豬：其生長的最佳溫度為17-22℃。公豬：成年公豬生長的最佳溫度為23℃。

母豬：后備母豬，前、中期妊娠母豬以及后期妊娠母豬的最佳溫度為18-22℃；分娩后1-3 天的最佳溫度為24-25℃；分娩后4-10 天的最佳溫度為21-22℃；分娩10天后的最佳溫度為20℃。

1.4 濕度

1.4.1 家禽種蛋浮孵化濕度 雞蛋：孵化初期相對濕度為62%-67%；孵化中、后期相對濕度可降至55%-62%；出雛期間（19-21天）相對濕度應(yīng)增高至70%左右。

水禽蛋：水禽蛋要求的相對濕度比雞蛋高。一般孵化初期為68%左右，孵化中期為61%，孵化后期為70%。

1.4.2 家豬生長濕度 哺乳仔豬：仔豬適宜生長的相對濕度為60%-70%。保育豬、育肥豬、公豬以及母豬適宜生長的相對濕度為60%-80%。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)基本思想為在養(yǎng)殖場內(nèi)安裝光傳感器、溫濕度傳感器及壓力傳感器，通過這些傳感器測量養(yǎng)殖場內(nèi)的光照、溫濕度以及食物的剩余量，然后通過技術(shù)處理，將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，每3小時將此數(shù)字信號通過與之互聯(lián)的移動通信網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給阿里云平臺，阿里云平臺將數(shù)據(jù)整合處理之后反饋到飼養(yǎng)員手機(jī)的“養(yǎng)殖場系統(tǒng)”app上，飼養(yǎng)員通過接收到的數(shù)據(jù)分析應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)場內(nèi)的環(huán)境以及食物。若需要改變養(yǎng)殖場內(nèi)的光照，則飼養(yǎng)員通過app 中的“增加/減少光照”按鈕將控制信號發(fā)送給總指揮樹莓派，然后樹莓派通過控制養(yǎng)殖場窗戶的打開/關(guān)閉從而控制養(yǎng)殖場內(nèi)的光照；需要改變養(yǎng)殖場內(nèi)的溫濕度時，飼養(yǎng)員通過“增加/降低溫度”按鈕使得樹莓派控制養(yǎng)殖場內(nèi)的加熱器，同理通過“增加/降低濕度”按鈕控制加濕器；當(dāng)數(shù)據(jù)顯示食物剩余量低于食物加滿量的10%時，樹莓派控制食物添加器增加食物到app 上所設(shè)置的食物重量。因此在養(yǎng)殖場中只需飼養(yǎng)員在手機(jī)上操作從而讓樹莓派控制養(yǎng)殖場內(nèi)的其他機(jī)器運(yùn)作。

2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

流程圖如圖1所示，操縱端開機(jī)，樹莓派通電，傳感器連接網(wǎng)絡(luò)。準(zhǔn)備好所有設(shè)備之后傳感器開始測量養(yǎng)殖場內(nèi)的光照、溫濕度以及食物剩余量，監(jiān)測3小時數(shù)據(jù)之后，傳感器將數(shù)據(jù)傳到云平臺，然后云平臺將其傳到飼養(yǎng)員手機(jī)app上，飼養(yǎng)通過一定的數(shù)據(jù)通過樹莓派操縱機(jī)器運(yùn)作。

2.2 客戶端app設(shè)計

客戶端平臺的主要功能是將傳感器采集到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給飼養(yǎng)員用戶，并實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)員控制養(yǎng)殖場內(nèi)的家禽生長所需的環(huán)境及食物。

打開“智能養(yǎng)殖系統(tǒng)”app 之后首先進(jìn)入注冊/登錄界面，登錄使用用戶手機(jī)號和密碼，第一次登錄的用戶顯示“用戶不存在”，從而進(jìn)入注冊界面，登錄后進(jìn)入主界面，主界面設(shè)計如圖2所示。

主界面包括三部分：歷史數(shù)據(jù)、操縱機(jī)器、個人中心。歷史數(shù)據(jù)中可查看為期一個月的傳感器采集到的養(yǎng)殖場內(nèi)的數(shù)據(jù)，其中以當(dāng)時查看時間為基準(zhǔn)，可單獨(dú)查看三小時前的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行判斷是否需要改變養(yǎng)殖場環(huán)境。操縱機(jī)器包括打開/關(guān)閉窗戶、打開/關(guān)閉加熱器（加濕器）、添加食物，用戶通過手機(jī)端控制樹莓派操縱。個人中心中可查看養(yǎng)殖場內(nèi)家禽的數(shù)目以及設(shè)置等功能。

圖1 系統(tǒng)流程圖

圖2 aapppp主界面

3 結(jié)論

樹莓派作為一個微型計算機(jī)，具有PC的所有基本功能，在其上面可做很多的研究。在本系統(tǒng)中使用樹莓派結(jié)合了傳感器進(jìn)一步優(yōu)化了現(xiàn)代養(yǎng)殖系統(tǒng)，為養(yǎng)殖場以及養(yǎng)殖個體戶的養(yǎng)殖提供了便利，并且與機(jī)器操縱聯(lián)系之后不但給家禽創(chuàng)造了良好的生存環(huán)境而且還極大地提升了養(yǎng)殖的效率。隨著科技的大力發(fā)展，基于樹莓派的各種系統(tǒng)將被大量的應(yīng)用及研發(fā)，智能化養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究發(fā)展也有更廣闊的前景。