基于物聯(lián)網(wǎng)的掌上智能智控雞舍設(shè)計(jì)

紀(jì)云烽，劉麗華，孫菲陽，司鈞文，房明琪，胡毓

(遼寧科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)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(shí)產(chǎn)生我們現(xiàn)有自動(dòng)化水平、管理水平跟不上等一系列問題?；谶@些問題，結(jié)合當(dāng)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(dǎo)致養(yǎng)殖業(yè)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的障礙，無法實(shí)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(shè)計(jì)的智能智控雞舍。此雞舍利用Zigbee組網(wǎng)技術(shù)，WIFI技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)溫濕度、有毒氣體、聲音分貝大小等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且還可以統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)方案

文章所設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能智控雞舍的設(shè)計(jì)包括軟件模塊和硬件模塊兩部分，并嚴(yán)格遵循物聯(lián)網(wǎng)的三層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。感知層是用各種傳感器，來實(shí)現(xiàn)感知水位、壓力、噪聲的變化；傳輸層的設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)

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(qiáng)的性能。

(2)供電部分：考慮系統(tǒng)的實(shí)際部署，系統(tǒng)采用220V市電作為電源總輸入，配合一個(gè)反激式開關(guān)電源實(shí)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(xué)原理，通過光學(xué)傳遞對(duì)待檢測的水位進(jìn)行判別，從而將液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出，只需要對(duì)一個(gè)單片機(jī)IO口進(jìn)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(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍的噪聲實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(4)單片機(jī)〔2〕：使用STM32單片機(jī)，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(shè)計(jì)總圖

2)軟件模塊

采用Android語言〔3〕開發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫基于SQLite數(shù)據(jù)庫搭建。包括實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測、自動(dòng)控制與報(bào)警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、大數(shù)據(jù)分析、智能交互等五部分。

(1)實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測〔4〕:實(shí)時(shí)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(dāng)水位在合理范圍之內(nèi)時(shí)，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(dá)到閡值時(shí)，數(shù)據(jù)顏色變?yōu)榧t色，并觸發(fā)安全報(bào)警系統(tǒng)，提醒養(yǎng)殖人員。

(2)自動(dòng)化設(shè)備控制:各種傳感器的監(jiān)測都有自己單獨(dú)的開關(guān)，打開的時(shí)候這一類傳感器檢測，關(guān)閉的時(shí)候這一類傳感器不監(jiān)測且不發(fā)出警報(bào)。自動(dòng)化設(shè)備控制不同的自動(dòng)化設(shè)備控制器，取代傳統(tǒng)的電控方式，實(shí)現(xiàn)燈光控制、自動(dòng)清糞等。

(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示:通過手機(jī)App實(shí)時(shí)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(jī)APP，對(duì)水位、噪聲、產(chǎn)蛋量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)雞舍的自動(dòng)化管理，手機(jī)界面設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 手機(jī)APP界面設(shè)計(jì)圖

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

3)軟硬件通信設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)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(shè)置TCP/IP協(xié)議棧；為了實(shí)現(xiàn)ZIGBEE自組織網(wǎng)通信，選用CC2530ZIGBEE模塊，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的通訊，該模塊靈活性高，覆蓋范圍強(qiáng)，并提供安全性高的AES-128加密算法。采用這兩種技術(shù)，更好地實(shí)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(shù)實(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控〔5〕。

(2)采用監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測一段時(shí)間周期的產(chǎn)蛋量并進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，通過對(duì)各類雞的產(chǎn)蛋數(shù)據(jù)和銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(fù)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(shí)現(xiàn)水環(huán)境調(diào)控報(bào)警，電機(jī)設(shè)備自動(dòng)調(diào)控。

(2)自動(dòng)監(jiān)測有害氣體濃度，當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)自行啟動(dòng)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(shí)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(shí)預(yù)警,提高雞舍飼養(yǎng)管理水平，應(yīng)用前景廣闊。自動(dòng)化技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合，是畜禽養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域里的一場革命，實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)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(huì)使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)走向更深遠(yuǎn)的道路、形成更大的突破！