大型養(yǎng)豬場(chǎng)健康養(yǎng)殖智能化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉持標(biāo)等

摘 要：影響大型養(yǎng)豬生產(chǎn)的因素主要包括飼料的種類(lèi)、飼料的質(zhì)量、疾病、生長(zhǎng)環(huán)境和管理水平，其中環(huán)境因素約占20%～30%，這包括豬生長(zhǎng)環(huán)境的溫度、濕度、光環(huán)境、氨氣及硫化氫等有害氣體。環(huán)境因素對(duì)養(yǎng)豬業(yè)的重要作用已被國(guó)內(nèi)外大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)。文章基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了大型養(yǎng)豬場(chǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可對(duì)豬場(chǎng)環(huán)境信息實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解豬的生長(zhǎng)環(huán)境變化和生長(zhǎng)狀態(tài)變化。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，也及時(shí)采取各種措施來(lái)應(yīng)對(duì)豬場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境的各種變化，進(jìn)而提高養(yǎng)豬場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；大型養(yǎng)豬場(chǎng)；智能監(jiān)控；氨氣；硫化氫

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）08-00-07

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的收入水平得到了提高，對(duì)肉類(lèi)消費(fèi)的需求也在升高，使得我國(guó)居民豬肉消費(fèi)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)。自2000年以來(lái)，我國(guó)居民豬肉消費(fèi)占肉類(lèi)總消費(fèi)量的60%以上，豬的健康養(yǎng)殖對(duì)提高國(guó)人的生活水平具有極其重要的作用。近年來(lái)，隨著不斷提高養(yǎng)豬的飼養(yǎng)技術(shù)水平和科學(xué)管理水平，生豬產(chǎn)業(yè)也從家庭式的零星飼養(yǎng)向集約型的大型養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)渡[1，2]。而大型養(yǎng)豬場(chǎng)一般都采用三點(diǎn)式隔離飼養(yǎng)技術(shù)[3]，將母豬場(chǎng)、保育場(chǎng)和生產(chǎn)育成場(chǎng)分別隔離開(kāi)來(lái)。

1 大型養(yǎng)豬場(chǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)及聯(lián)動(dòng)控制

圖1所示是一個(gè)具有2 500頭母豬的的大型養(yǎng)豬場(chǎng)的三點(diǎn)式隔離飼養(yǎng)模式養(yǎng)豬場(chǎng)的示意圖。圖1表明，有著2 500頭種母豬的養(yǎng)豬場(chǎng)，占有一個(gè)相對(duì)集中的養(yǎng)豬地點(diǎn)，每周可生產(chǎn)1 000頭仔豬。同時(shí)，該種母豬場(chǎng)的建筑地點(diǎn)距離保育場(chǎng)1000米以上。飼養(yǎng)小豬的保育場(chǎng)離生長(zhǎng)成年豬的生長(zhǎng)育成場(chǎng)間隔1 000米以上的距離，每個(gè)保育場(chǎng)一般由4個(gè)臨近的養(yǎng)豬點(diǎn)組成。保育場(chǎng)的每一個(gè)養(yǎng)豬點(diǎn)有1～2個(gè)養(yǎng)豬區(qū)，每個(gè)區(qū)可養(yǎng)殖1 000頭小豬。生長(zhǎng)育成場(chǎng)一般有9個(gè)養(yǎng)豬點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)有1～2個(gè)養(yǎng)豬區(qū)，每個(gè)區(qū)可養(yǎng)殖1 000頭豬。這種隔離式的飼養(yǎng)方式可以有效阻擋豬的疾病傳播，有利于各類(lèi)豬的健康成長(zhǎng)。

對(duì)于生豬產(chǎn)業(yè)，大型養(yǎng)豬場(chǎng)一般建在遠(yuǎn)離城市的地方，開(kāi)發(fā)養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助管理人員在不到現(xiàn)場(chǎng)的情況下，實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)生產(chǎn)的監(jiān)督和管理。同時(shí)，根據(jù)需要還可以通過(guò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)邀請(qǐng)專(zhuān)家，向豬場(chǎng)提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)和治療。此外，一套監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)豬場(chǎng)信息管理，大大減少人員數(shù)量，有效地提高養(yǎng)豬業(yè)的管理水平。但目前，市場(chǎng)上所使用的養(yǎng)豬場(chǎng)管理系統(tǒng)效果均不理想[4-6]，這些系統(tǒng)還不能解決我國(guó)大型養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

第一，目前還沒(méi)有成熟高效的養(yǎng)豬場(chǎng)生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)收集技術(shù)。大型養(yǎng)豬場(chǎng)每天需要測(cè)定大量的數(shù)據(jù)，依靠傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)收集及管理方法，效率十分低下。同時(shí)，基于人工的數(shù)據(jù)管理方法也很難保正數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確性、及時(shí)性和連續(xù)性，這都成為制約養(yǎng)豬場(chǎng)生產(chǎn)工藝改良的瓶頸。

第二，目前還沒(méi)有經(jīng)濟(jì)且行之有效的監(jiān)控技術(shù)來(lái)智能調(diào)控豬的生長(zhǎng)環(huán)境及高效觀察豬的行為特征。養(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)主要受養(yǎng)殖品種、飼料種類(lèi)和質(zhì)量、疫病、生長(zhǎng)環(huán)境和管理水平等因素的影響[7]，其中環(huán)境因素所起的作用約占20%～30%。豬舍環(huán)境因素包括溫度、濕度、噪聲、光照和有害氣體等。豬的生長(zhǎng)環(huán)境溫度過(guò)高，會(huì)造成種母豬子宮內(nèi)熱超高，胎兒溫度升高，造成體內(nèi)胎兒中毒或窒息死亡。同時(shí)，種母豬妊娠后期是胎兒體重增加的關(guān)鍵時(shí)期，高溫會(huì)影響胎兒的正常發(fā)育，造成胎兒出生體重低，出生后生長(zhǎng)緩慢。對(duì)于不同種類(lèi)豬而言，其適宜的生長(zhǎng)溫度范圍也不同，比如種公豬為17～21 ℃；妊娠種母豬為18～21 ℃；哺乳仔豬為29～33 ℃。

由于大型養(yǎng)豬場(chǎng)涉及的監(jiān)控參數(shù)較多，同時(shí)需要采取的措施較多，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，各種監(jiān)控困難接踵而來(lái)。為此，本文開(kāi)發(fā)了一個(gè)大型養(yǎng)豬場(chǎng)高效管理系統(tǒng)，它可對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)的養(yǎng)殖環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)及相關(guān)聯(lián)動(dòng)控制。

2 養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件整體設(shè)計(jì)

整合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)建立生豬生長(zhǎng)全過(guò)程智能監(jiān)控系統(tǒng)，其功能包括視頻監(jiān)控功能、自動(dòng)水簾降溫功能、自動(dòng)風(fēng)機(jī)換氣功能、恒溫?zé)犸L(fēng)功能及信息化管理功能。

2.1 養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

圖2為大型養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可以對(duì)大型養(yǎng)豬場(chǎng)各個(gè)地點(diǎn)的豬舍進(jìn)行監(jiān)控。由圖2 可知，各個(gè)豬舍中的各類(lèi)傳感器和攝像頭可廣泛采集各種數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)金B(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)中心，以對(duì)獲取的大量生豬養(yǎng)殖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理及顯示。

所建設(shè)的養(yǎng)豬場(chǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)生豬養(yǎng)殖的全過(guò)程監(jiān)控、科學(xué)管理和即時(shí)服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)養(yǎng)豬業(yè)集約、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的目標(biāo)。具體的系統(tǒng)功能包括視頻監(jiān)控功能、環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能、環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備遠(yuǎn)程控制功能和報(bào)警功能，分別敘述如下：

第一，視頻監(jiān)控功能可以實(shí)時(shí)地傳送活動(dòng)圖像信息到用戶(hù)客戶(hù)端。同時(shí)，客戶(hù)端還可以控制前端攝像機(jī)，改變攝像角度、方位、鏡頭焦距等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大范圍的觀察和近距離的特寫(xiě)；

第二，通過(guò)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和設(shè)備控制，可對(duì)現(xiàn)有豬場(chǎng)設(shè)備如水簾、風(fēng)機(jī)、加熱器等進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；

第三，利用報(bào)警功能，用戶(hù)可根據(jù)需求在智能平臺(tái)上設(shè)置閾值，當(dāng)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)閾值的時(shí)候，系統(tǒng)可以進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

2.2 大型養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的Web服務(wù)設(shè)計(jì)

圖3所示是大型養(yǎng)豬場(chǎng)智能化管理平臺(tái)系統(tǒng)所包含的功能模塊。它包括登錄管理、系統(tǒng)首頁(yè)顯示、公告中心、信息總覽、地理位置、特殊操作和用戶(hù)注冊(cè)等。其中，信息總覽是本系統(tǒng)的核心模塊，它包括用戶(hù)管理、配置管理、監(jiān)控管理、文章管理和智能管理。

登錄管理模塊主要實(shí)現(xiàn)管理員登錄功能。成功登錄后，系統(tǒng)可發(fā)送短信及郵件提醒。系統(tǒng)首頁(yè)模塊主要包括圖文導(dǎo)讀、公司新聞、產(chǎn)品介紹、聯(lián)系方式和專(zhuān)題網(wǎng)站5個(gè)部分。公告中心模塊主要實(shí)現(xiàn)后臺(tái)編輯相關(guān)文章內(nèi)容的展示。地理位置模塊主要實(shí)現(xiàn)代表養(yǎng)殖區(qū)域的紅色標(biāo)注的百度地圖展示。

信息總覽模塊的主要功能包括監(jiān)控管理、配置管理、用戶(hù)管理和智能管理。監(jiān)控管理包括圖像監(jiān)控、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)控。其中，圖像監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)以圖片形式對(duì)豬舍進(jìn)行監(jiān)控；視頻監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)以視頻播放的形式對(duì)豬舍進(jìn)行監(jiān)控；環(huán)境監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)綜合性監(jiān)控，包括設(shè)備控制及視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)控；設(shè)備監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理，包括攝像頭、網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)、繼電器及其它水電氣設(shè)備（如燈、風(fēng)扇等）。

配置管理是大型養(yǎng)豬場(chǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要模塊，它主要實(shí)現(xiàn)區(qū)域配置、豬棚配置、豬舍配置和設(shè)備配置功能。區(qū)域配置主要實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)區(qū)域的增刪改查配置；豬棚配置主要實(shí)現(xiàn)對(duì)豬棚的增加、刪除、修改和查找配置；豬舍配置主要實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍的增加、刪除、修改和查找配置；設(shè)備配置主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的增刪改查配置。

用戶(hù)管理主要包括個(gè)人信息管理與用戶(hù)列表及操作管理。個(gè)人信息主要實(shí)現(xiàn)對(duì)管理員信息的查看及修改，包括頭像修改、密碼修改和基本信息修改；用戶(hù)列表主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)基本信息的查看、修改及賬號(hào)凍結(jié)和解凍等操作。文章管理主要實(shí)現(xiàn) “系統(tǒng)首頁(yè)”和“公告中心”內(nèi)容的編輯。智能管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)指定的豬棚設(shè)定相應(yīng)的自動(dòng)化管理模式。

特殊操作模塊包括權(quán)限管理、角色管理、用戶(hù)管理和日志管理。權(quán)限管理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)的權(quán)限進(jìn)行查詢(xún)及編輯操作；角色管理主要負(fù)責(zé)對(duì)角色的增加刪除修改查找和為指定角色分配權(quán)限；用戶(hù)管理主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)角色授予的編輯及清空權(quán)限的操作；日志管理主要實(shí)現(xiàn)管理員有關(guān)寫(xiě)操作的記錄。另外，用戶(hù)注冊(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)注冊(cè)新的管理員，但新管理員并沒(méi)有任何權(quán)限，需要超級(jí)管理員后臺(tái)授予相關(guān)權(quán)限。

2.3 養(yǎng)豬管理平臺(tái)主要數(shù)據(jù)庫(kù)表格設(shè)計(jì)

養(yǎng)豬場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中，各種數(shù)據(jù)匯集到智能養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)信息平臺(tái)所在的數(shù)據(jù)服務(wù)中心，該中心可以使用Oracle、MySQL及MS SQL Server等數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)建立所涉及的主要數(shù)據(jù)表格包括用戶(hù)表（Adminuser）、網(wǎng)關(guān)表（Gateway）、傳感器表（Sensor）、傳感器數(shù)據(jù)表（Sensor_Data）和控制命令表（Controlorder）。各個(gè)表格之間用主鍵外鍵之間的關(guān)系進(jìn)行聯(lián)系，這些表格的詳細(xì)信息分別介紹如下。

用戶(hù)表如表1所列，用戶(hù)表（Adminuser）由一個(gè)主鍵和九個(gè)信息字段組成，主要用來(lái)保存用戶(hù)的各種基本信息。其中Userid為用戶(hù)表的主鍵，用來(lái)唯一標(biāo)示用戶(hù)表中用戶(hù)的信息。

網(wǎng)關(guān)表如表2所列，網(wǎng)關(guān)表（Gateway）由一個(gè)主鍵和九個(gè)信息字段組成，主要用來(lái)保存網(wǎng)關(guān)的各種基本信息。其中Gatewayid為網(wǎng)關(guān)表的主鍵，用來(lái)唯一標(biāo)示網(wǎng)關(guān)表中網(wǎng)關(guān)的信息，User_way是對(duì)應(yīng)用戶(hù)表在網(wǎng)關(guān)表上的外鍵，表示這個(gè)網(wǎng)關(guān)屬于哪個(gè)用戶(hù)，其他字段的信息在下面表中有備注。

表3是傳感器表，傳感器表（Sensor）由一個(gè)主鍵和七個(gè)信息字段組成，主要用來(lái)保存?zhèn)鞲衅鞯母鞣N基本信息。其中Sensorid為傳感器表的主鍵，用來(lái)唯一標(biāo)示傳感器表中傳感器的信息，Sensor_user是對(duì)應(yīng)用戶(hù)表在傳感器表上的外鍵，表示這個(gè)傳感器屬于哪個(gè)用戶(hù)，Sensor_ways是對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)表在傳感器上的外鍵，表示這個(gè)傳感器屬于哪個(gè)網(wǎng)關(guān)。

表4是傳感器數(shù)據(jù)表，傳感器數(shù)據(jù)表（Sensor_Data）由一個(gè)主鍵、兩個(gè)外鍵和二個(gè)信息字段組成，主要用來(lái)保存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)的各種基本信息。Isensor是傳感器數(shù)據(jù)的主鍵，用來(lái)唯一表示傳感器數(shù)據(jù)的唯一信息。其中Igateway是對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)表在傳感器數(shù)據(jù)表上的外鍵，表示這個(gè)傳感器屬于哪個(gè)網(wǎng)關(guān)。由于整個(gè)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的操作頻繁，且操作過(guò)程主要依靠數(shù)據(jù)所屬的網(wǎng)關(guān)（Gateway）、傳感器（Sensor）等信息來(lái)查詢(xún)，所以在兩列Igateway， Isensor上建立索引。如果數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)增刪改過(guò)于頻繁，系統(tǒng)會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間來(lái)維護(hù)索引，從而降低了效率，所以數(shù)據(jù)表中不宜建立太多索引。

表5為控制命令表，控制命令表（Controlorder）由一個(gè)主鍵和十個(gè)信息字段組成，主要用來(lái)保存命令表的各種基本信息。其中Ccontrolid為命令表的主鍵，用來(lái)唯一標(biāo)示命令表中傳感器的信息，Order_user是對(duì)應(yīng)用戶(hù)在命令表上的外鍵，表示這個(gè)命令屬于哪個(gè)用戶(hù)。Order_dayways是對(duì)應(yīng)命令在命令表上和網(wǎng)關(guān)相關(guān)的外鍵，表示這個(gè)命令屬于哪個(gè)網(wǎng)關(guān)。Order_sensor是對(duì)應(yīng)命令在命令表上和傳感器相關(guān)的外鍵，表示這個(gè)命令屬于哪個(gè)網(wǎng)關(guān)的相關(guān)傳感器。其它字段的信息在表中有備注。

2.4 MySQL的安裝及配置

MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)被用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及處理。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)具體的安裝步驟包括7個(gè)部分，分別敘述如下：

（1）在安裝過(guò)程中可選Typical安裝方式，該方式可以安裝MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的常用程序，滿(mǎn)足一般程度的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用；

（2）點(diǎn)擊Developer Components前面的X號(hào)，選擇下拉列表中的第二項(xiàng)：“This feature， and all subfeatures， will be installed on local hard drive”，點(diǎn)擊Next，確認(rèn)選項(xiàng)無(wú)誤后，點(diǎn)擊install開(kāi)始安裝；

（3）在安裝過(guò)程中，點(diǎn)擊Next，再點(diǎn)擊Next，在紅框內(nèi)的選擇打鉤，意思是現(xiàn)在就配置MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，然后點(diǎn)擊finish完成配置步驟；

（4）在隨后的MySQL配置助手首頁(yè)，點(diǎn)擊Next。然后，選取Detailed Configuration選項(xiàng)來(lái)進(jìn)行MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例的詳細(xì)配置，并點(diǎn)擊Next；

（5）在數(shù)據(jù)庫(kù)連接并發(fā)數(shù)配置中，配置頁(yè)面選擇能同時(shí)連接到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的最大數(shù)目。數(shù)據(jù)庫(kù)連接的配置有Decision Support（DSS）/OLAP（20個(gè)左右連接）、 Online Transaction Processing （OLTP）（500個(gè)左右連接）和 Manual Setting（手動(dòng)設(shè)置連接數(shù)目）三個(gè)選項(xiàng)， 可在這里選擇第一個(gè)選項(xiàng)，并點(diǎn)擊Next進(jìn)入另一個(gè)配置頁(yè)面；

（6）點(diǎn)擊Next進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)用途選項(xiàng)。MySQL服務(wù)器的用途包括 Multifunctional Database （通用多功能型）、 Transactional Database Only （專(zhuān)注于事務(wù)處理型）和Non-Transactional Database Only （非事務(wù)處理型），這里選擇第一個(gè)通用多功能型，點(diǎn)擊Next。這一步為innodb數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例選擇一個(gè)存儲(chǔ)空間，默認(rèn)為存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的安裝目錄下，不用修改，點(diǎn)擊Next；

（7）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信配置可啟用TCP/IP。如果啟用了TCP/IP，就可以通過(guò)IP， 在網(wǎng)絡(luò)上訪問(wèn)到此MySQL服務(wù)器，默認(rèn)端口是3306。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的配置包括字符集的配置、操作系統(tǒng)相關(guān)配置和數(shù)據(jù)庫(kù)安全配置，分別敘述如下：

（1）在數(shù)據(jù)庫(kù)字符配置頁(yè)面中，有三種字符配置選項(xiàng)：Standard Character Set（西文字符）、Best Support For Multililngualism （UTF8字符）和 Manual Selected Default Character Sec/Collation（手動(dòng)選擇一個(gè)字符集）。這里配置的字符集就是指在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，如果沒(méi)有指定字符集，就采用這里設(shè)置的默認(rèn)字符集；如果指定了，則以創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)指定的字符集為準(zhǔn)。如果整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)都用一個(gè)字符集的話，可以在這里設(shè)定好，然后每次建數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表的時(shí)候就不用指定了。這里手動(dòng)選擇UTF8，并點(diǎn)擊Next；

（2）在Windows操作系統(tǒng)相關(guān)配置頁(yè)面中，第一項(xiàng)是選擇是否安裝成為Windows的一項(xiàng)服務(wù)，如果勾選了，則可以通過(guò)Windows的控制面板→ 管理工具→服務(wù)來(lái)開(kāi)啟或停止MySQL服務(wù)器。選項(xiàng)“Launch the MySQL Server automatically”是開(kāi)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)此服務(wù)；另一選項(xiàng)是選擇是否將BIN目錄加到Windows的PATH變量中去，如果勾選了，則可以通過(guò)dos控制臺(tái)直接執(zhí)行MySQL命令；

（3）在數(shù)據(jù)庫(kù)安全選項(xiàng)配置頁(yè)面中，第一項(xiàng)是為MySQL服務(wù)器的root帳戶(hù)設(shè)置密碼，需要輸入兩遍。下面的Enable root access from remote machines意思是是否允許root帳戶(hù)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)訪問(wèn)，如有需要可以勾選這個(gè)選項(xiàng)；但一般而言處于安全策略，不要勾選這個(gè)選項(xiàng)。另外一個(gè)選項(xiàng)為創(chuàng)建一個(gè)匿名賬號(hào)，出于安全考慮，不要勾選。

所有配置都已準(zhǔn)備好了后，點(diǎn)擊Execute執(zhí)行配置后的安裝操作。在使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，可使用dos命令 “net stop mysql”與“net start mysql”重新啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用“mysql –u root -p”登錄MySQL后，使用“show global variables”命令可查看數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)變量配置。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

在大型養(yǎng)豬場(chǎng)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們選取了大型養(yǎng)豬場(chǎng)中一個(gè)大約500平方米的豬舍來(lái)進(jìn)行硬件的安裝，所需的硬件配置如表6所列。根據(jù)所監(jiān)控豬舍數(shù)目的變化，設(shè)備配置的數(shù)目可進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。

3.1 設(shè)備介紹

無(wú)線繼電器PC控制盒可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)對(duì)各路電器設(shè)備的電源的“開(kāi)”或“關(guān)”進(jìn)行無(wú)線方式控制，它擺脫了有線繼電器需要拉很長(zhǎng)電線的制約。PC智能控制盒通過(guò)使用RS 232接口同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。通過(guò)標(biāo)配的無(wú)線遙控模塊，可以發(fā)射無(wú)線信號(hào)來(lái)控制可視距離1 000米范圍內(nèi)的無(wú)線繼電器設(shè)備。與PC智能盒進(jìn)行無(wú)線通信的設(shè)備為無(wú)線繼電器控制終端，它也被稱(chēng)為C型控制盒。C型控制盒為無(wú)線繼電器電路控制部分，該終端使用250 V AC 10 A優(yōu)質(zhì)繼電器，可以單獨(dú)控制功率為2 500 W的設(shè)備。

氨氣傳感器用來(lái)測(cè)量環(huán)境中氨氣的濃度。在監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用MQ137氣體傳感器來(lái)測(cè)量氨氣的濃度。MQ137的氣敏材料是二氧化錫，其電導(dǎo)率隨氨氣濃度的變化而變化，加上適當(dāng)溫度補(bǔ)償，可以測(cè)出相對(duì)準(zhǔn)確的氨氣含量。同時(shí)，硫化氫傳感器用來(lái)測(cè)量環(huán)境中硫化氫的濃度。所開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)利用MQ136氣體傳感器來(lái)測(cè)量空氣中硫化氫氣體的濃度。

養(yǎng)豬場(chǎng)溫濕度數(shù)據(jù)是通過(guò)SHT11系列單芯片傳感器來(lái)獲取的。SHT11傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是一款溫濕度復(fù)合傳感器。該產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括溫度傳感器、濕度傳感器、運(yùn)算放大器、校準(zhǔn)寄存器、A/D轉(zhuǎn)換器和串口接口等。該傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

本監(jiān)控系統(tǒng)所使用的CO2傳感器為紅外吸收型二氧化碳傳感器，它具有測(cè)量范圍寬、靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。所使用的光照傳感器模塊采用光敏電阻，該傳感器的測(cè)量范圍為0～1 400 W/m2，可對(duì)全光譜進(jìn)行檢測(cè)， 傳感器的輸出為線性電壓信號(hào)。

3.2 網(wǎng)關(guān)制作

監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所使用的網(wǎng)關(guān)設(shè)備是由常見(jiàn)的嵌入式設(shè)備來(lái)進(jìn)行組裝的，該嵌入式設(shè)備上可運(yùn)行Android、Debian或Ubuntu等Linux操作系統(tǒng)。所使用的硬件設(shè)備擁有多個(gè)USB接口和多個(gè)RS 232串口，可用來(lái)進(jìn)行多種傳感器的數(shù)據(jù)收集和多種設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

用串口線連接PC控制盒和網(wǎng)關(guān)，并將PC控制盒接上電源。圖5所示是養(yǎng)豬場(chǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備及其連接方式示意圖，其中USB線一端的轉(zhuǎn)串口接口連接PC控制盒，USB線的另一端通過(guò)USB接口連接網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)PC控制盒發(fā)送控制命令給無(wú)線繼電器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備、加熱設(shè)備和送水設(shè)備的自動(dòng)開(kāi)閉。網(wǎng)關(guān)采用自動(dòng)識(shí)別程序，能自動(dòng)識(shí)別新接入的串口。

同時(shí)，ZigBee傳感器基站也通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線連接到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)通過(guò)基站收集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并使用Httppost方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。Httppost是客戶(hù)端與Web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的一種方法。Httppost數(shù)據(jù)傳輸方式把提交的數(shù)據(jù)放置在Http包的包體中。理論上，利用Httppost所傳輸數(shù)據(jù)的大小是不受限制的，但實(shí)際各個(gè)Web服務(wù)器會(huì)對(duì)post提交數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行限制，Apache、IIS6都有各自的配置。當(dāng)Web服務(wù)器接收到來(lái)自Httppost方式發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，專(zhuān)門(mén)的Web服務(wù)程序會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將其存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

大型養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)中心接收網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的傳感器及視頻數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理后，通過(guò)Web服務(wù)器向用戶(hù)展示。同時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)Android手機(jī)客戶(hù)端或者PC客戶(hù)端對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行控制，控制命令通過(guò)Web服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給安裝在養(yǎng)豬場(chǎng)豬舍中的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)通過(guò)RS 232或者RS 485串口向繼電器設(shè)備發(fā)送控制命令來(lái)實(shí)現(xiàn)通電電路打開(kāi)和關(guān)閉，進(jìn)而控制設(shè)備的運(yùn)行。本系統(tǒng)運(yùn)用了模塊劃分的方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要模塊的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分別介紹如下：

4.1 系統(tǒng)登錄界面

管理員需要輸入賬號(hào)、密碼及驗(yàn)證碼，經(jīng)后臺(tái)驗(yàn)證通過(guò)后才算登錄成功。成功登錄后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給管理員發(fā)送郵件提示。登錄界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

4.2 養(yǎng)豬場(chǎng)的地圖顯示

圖7所示是養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)地理位置顯示界面。通過(guò)地圖可顯示養(yǎng)豬場(chǎng)不同地點(diǎn)養(yǎng)殖區(qū)的分布，可選擇局部區(qū)域或者大范圍區(qū)域進(jìn)行查看。用戶(hù)點(diǎn)擊紅點(diǎn)可看到該養(yǎng)殖區(qū)的基本信息，并可進(jìn)入該養(yǎng)殖區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控管理。

4.3 靜態(tài)數(shù)據(jù)管理

圖8所示是靜態(tài)數(shù)據(jù)管理界面，通過(guò)區(qū)域管理模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)、養(yǎng)殖區(qū)、設(shè)備等靜態(tài)信息的基本管理，包括增加、刪除、修改和查詢(xún)等操作。

4.4 傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理及動(dòng)態(tài)顯示界面

圖9所示是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控頁(yè)面，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊可對(duì)收集的各種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)報(bào)表的方式顯示實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)控信息以及網(wǎng)關(guān)下屬傳感器組成比例等信息。報(bào)表方式有折線圖、時(shí)序分布圖和餅狀圖等。同時(shí)，用戶(hù)通過(guò)查看報(bào)表可更直觀地了解養(yǎng)豬場(chǎng)的實(shí)時(shí)環(huán)境信息。

4.5 養(yǎng)豬場(chǎng)視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控如圖10所示，用戶(hù)進(jìn)入養(yǎng)殖區(qū)域管理界面后，點(diǎn)擊Web頁(yè)面的相關(guān)連接，可以通過(guò)控制攝像頭查看豬舍現(xiàn)場(chǎng)視頻，觀察豬的生長(zhǎng)情況。同時(shí)，還可以對(duì)遠(yuǎn)程攝像頭作出一些控制，比如上下左右的移動(dòng)和拍攝存儲(chǔ)等。

4.6 設(shè)備的手動(dòng)控制及智能化控制管理界面

養(yǎng)豬場(chǎng)設(shè)備的手動(dòng)控制如圖11所示。用戶(hù)通過(guò)查看養(yǎng)豬場(chǎng)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)分析后，如發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境因素不在合適的范圍內(nèi)時(shí)，可主動(dòng)對(duì)遠(yuǎn)端的相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行控制。

通過(guò)圖11所示的管理界面，還可實(shí)現(xiàn)溫濕度調(diào)節(jié)、光照調(diào)節(jié)及加強(qiáng)空氣流通性等。例如，當(dāng)溫度過(guò)高的時(shí)候，對(duì)風(fēng)扇、水簾（電磁閥）進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍的降溫處理；當(dāng)空氣中的有害氣體成分過(guò)高時(shí)，對(duì)門(mén)窗，風(fēng)扇等進(jìn)行控制，加強(qiáng)空氣的流通性等。

同時(shí)，為了避免對(duì)豬舍環(huán)境調(diào)節(jié)的不精確性，以及人工監(jiān)控的不足，還可以通過(guò)設(shè)置“智能模式”來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)環(huán)境的智能化調(diào)節(jié)。通過(guò)設(shè)置傳感器的參數(shù)，并啟用該模式，服務(wù)器將會(huì)傳輸相關(guān)的配置參數(shù)到不同的網(wǎng)關(guān)，并將智能化控制參數(shù)存儲(chǔ)到網(wǎng)關(guān)的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)中。網(wǎng)關(guān)根據(jù)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)控制命令管理表格中的參數(shù)，對(duì)各自收集的數(shù)據(jù)做出分析處理，在無(wú)須人工干涉的情況下，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能控制，達(dá)到養(yǎng)豬場(chǎng)生長(zhǎng)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

5 Android手機(jī)客戶(hù)端監(jiān)控管理

手機(jī)客戶(hù)端的用法主要是根據(jù)使用者的習(xí)慣來(lái)設(shè)計(jì)的。手機(jī)客戶(hù)端頁(yè)面大致有歡迎頁(yè)面、登錄頁(yè)面、區(qū)域顯示頁(yè)面、個(gè)人信息頁(yè)面、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)頁(yè)面、控制調(diào)節(jié)頁(yè)面、圖像監(jiān)控頁(yè)面和警報(bào)分析頁(yè)面等。

為了開(kāi)發(fā)大型養(yǎng)豬場(chǎng)智能化管理平臺(tái)手機(jī)客戶(hù)端并實(shí)現(xiàn)其主要功能，需要實(shí)施以下幾個(gè)主要步驟。包括搭建軟件開(kāi)發(fā)框架、收集程序開(kāi)發(fā)資料、手機(jī)客戶(hù)端和服務(wù)端交互、手機(jī)客戶(hù)端顯示數(shù)據(jù)、手機(jī)客戶(hù)端控制設(shè)備、播放實(shí)時(shí)視頻及警報(bào)分析等，具體分別敘述如下：

（1）搭建Android開(kāi)發(fā)環(huán)境，安裝JDK，在系統(tǒng)中運(yùn)行Java程序，并進(jìn)行簡(jiǎn)單試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境是否搭建成功；

（2）收集跟需求相關(guān)的開(kāi)發(fā)資料，了解每個(gè)流程使用的組件，熟悉每個(gè)組件，搭建手機(jī)客戶(hù)端的基本框架；

（3）使用JSON字符串，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端和服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互，并對(duì)字符串進(jìn)行相關(guān)的解析；

（4）手機(jī)客戶(hù)端接收來(lái)自服務(wù)端的傳感器數(shù)據(jù)，解析后顯示在手機(jī)客戶(hù)端中；

（5）使用手機(jī)客戶(hù)端對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的開(kāi)關(guān)功能；

（6）使用手機(jī)客戶(hù)端查看當(dāng)前攝像頭所拍攝到的實(shí)時(shí)環(huán)境信息；

（7）根據(jù)養(yǎng)豬場(chǎng)區(qū)的各種信息，對(duì)場(chǎng)區(qū)的各種警報(bào)因素進(jìn)行分析，并使用圖表的方式進(jìn)行顯示。

5.1 手機(jī)客戶(hù)端登錄頁(yè)面

手機(jī)登錄頁(yè)面如圖12所示，用戶(hù)登錄后，可以從這個(gè)頁(yè)面進(jìn)入功能操作頁(yè)面。主要功能模塊包括數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)、控制調(diào)節(jié)、圖像監(jiān)控和警報(bào)分析。其中，數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)頁(yè)面如圖13所示，它可以顯示當(dāng)前登錄用戶(hù)所管理豬舍的實(shí)時(shí)環(huán)境信息。

5.2 控制調(diào)節(jié)與圖像監(jiān)控

豬舍設(shè)備的控制調(diào)節(jié)頁(yè)面如圖14所示?？刂普{(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)是基于手機(jī)與服務(wù)器之間的命令交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手機(jī)發(fā)送設(shè)備控制命令到Web服務(wù)器，其進(jìn)一步將命令發(fā)送給管理特定設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“打開(kāi)”或者“關(guān)閉”，從而控制豬舍的生長(zhǎng)環(huán)境。

養(yǎng)豬場(chǎng)手機(jī)客戶(hù)端圖像監(jiān)控頁(yè)面如圖15所示。當(dāng)管理人員出門(mén)在外時(shí)，可以通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地由Android客戶(hù)端登錄服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控管理。當(dāng)觸摸特定攝像頭旁邊的“進(jìn)入”按鈕時(shí)，也可以看到特定攝像頭所監(jiān)控豬舍的實(shí)時(shí)環(huán)境圖像信息。

6 結(jié) 語(yǔ)

本論文運(yùn)用C編程技術(shù)、Java編程技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)及數(shù)據(jù)融合技術(shù)，開(kāi)發(fā)了大型養(yǎng)豬場(chǎng)健康養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)。本監(jiān)控系統(tǒng)包括Web服務(wù)器端及智能手機(jī)客戶(hù)端。Web服務(wù)器端的開(kāi)發(fā)是基于Java EE企業(yè)級(jí)平臺(tái)及使用Struts、Hibernate和Spring三大框架來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其可實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、自動(dòng)水簾降溫、自動(dòng)風(fēng)機(jī)換氣、恒溫?zé)犸L(fēng)及信息化管理功能。同時(shí)，通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端，還可實(shí)現(xiàn)大型養(yǎng)豬場(chǎng)的遠(yuǎn)程智能化管理；包括豬舍環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、豬舍設(shè)備實(shí)時(shí)控制和豬舍生長(zhǎng)環(huán)境實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。

由此可見(jiàn)，該大型養(yǎng)豬場(chǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及推廣，對(duì)提高豬場(chǎng)的豬產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益具有顯著的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]歐楊虹，孫正國(guó).大型養(yǎng)豬場(chǎng)糞污零排放處理模式的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013， 41（12）：5370-5372.

[2]陳業(yè)勤，邢樹(shù)文，倪曉榕，等.大型養(yǎng)豬場(chǎng)污染物資源化利用及產(chǎn)業(yè)循環(huán)技術(shù)[J].畜牧與飼料科學(xué)， 2013， 34（10）：88-91.

[3]甘源，華利忠，熊祺琰，等.集成聯(lián)合用藥、隔離早期斷奶（SEW）和“三點(diǎn)式”生產(chǎn)體系培育豬氣喘病陰性群[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014， 42（7）：197-201.

[4]帥起義.現(xiàn)代化養(yǎng)豬場(chǎng)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011， 27（4）：102-105.

[5]林代炎，葉美鋒，吳飛龍，等.規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)糞污循環(huán)利用技術(shù)集成與模式構(gòu)建研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2010，29（2）：386-391.

[6]張俊莉.農(nóng)村規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)豬病復(fù)雜的原因與對(duì)策[J].畜牧與飼料科學(xué)， 2009，30（3）：79-80.

[7]韓寶龍，倪偉.基于WSN豬場(chǎng)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014， 35（1）：260-263.