基于OneNET的雞舍環(huán)境遠程監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計

欽盼琛　任柳清　劉欣

摘要：針對目前蛋雞養(yǎng)殖業(yè)人工投入量大的不足，結(jié)合中移物聯(lián)OneNET云平臺提出一套物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)。監(jiān)控終端通過各傳感器實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過WIFI模塊上傳至OneNET監(jiān)測中心，用戶可通過訪問監(jiān)測中心，實現(xiàn)對雞舍數(shù)據(jù)的監(jiān)測與控制，為養(yǎng)殖戶提供一種操作簡便、運行穩(wěn)定的監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：OneNET云平臺；雞舍環(huán)境；遠程監(jiān)控；實時控制

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）11-0092-03

雞蛋產(chǎn)量和質(zhì)量是影響蛋雞養(yǎng)殖戶收益的重要因素[1]。科學(xué)研究與大量實踐證明，溫濕度和光照強度這兩個環(huán)境因素，對蛋雞的健康生長和產(chǎn)蛋質(zhì)量及數(shù)量起著至關(guān)重要的作用，有害氣體含量等也有不可忽視的影響[2]。在低溫環(huán)境中，雞的采食量較大，但雞會將較多的能量用來使體溫保持正常而非用來產(chǎn)肉。在適宜的環(huán)境溫度下，雞就可將養(yǎng)分用于生長而非用來調(diào)節(jié)體溫。雞在高溫環(huán)境下，采食量會下降，并且飼料利用率也比較差；明亮的光照可刺激雛雞活動，這樣產(chǎn)下的雞蛋平均重可增加10%，且蛋殼堅固，極少有小蛋，降低光照可以使雞保持安靜而減少雞的活動，導(dǎo)致雞的增重率增加[3]；此外，雞舍內(nèi)糞便堆積、養(yǎng)殖密度過大等容易造成雞舍內(nèi)有害氣體濃度過高，若不及時通風(fēng)降低有害氣體濃度，不僅會影響雞只健康、降低產(chǎn)蛋率，甚至?xí)斐呻u只患病、死亡等。采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化的雞舍環(huán)境監(jiān)測管理設(shè)備，實時監(jiān)測雞舍環(huán)境參數(shù)，及時調(diào)整雞舍的溫濕度、光照強度，改善蛋雞養(yǎng)殖環(huán)境，能避免因養(yǎng)殖環(huán)境問題而造成的經(jīng)濟損失，并提高產(chǎn)蛋的質(zhì)量和數(shù)量、提高養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。

采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)，可以實現(xiàn)雞舍環(huán)境管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和智能化，能解決有線方式布線困難、更新維護成本高的問題[4]。針對傳統(tǒng)雞舍人工監(jiān)控的不足，現(xiàn)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)應(yīng)用于雞舍環(huán)境管理，該系統(tǒng)能實時監(jiān)測雞舍的相應(yīng)環(huán)境參數(shù)，判斷雞只的生活環(huán)境是否適宜，并自動做出相應(yīng)處理；養(yǎng)殖戶可以使用智能手機或者電腦等終端設(shè)備遠程查看、設(shè)置相關(guān)參數(shù)，且可遠程手動控制相關(guān)設(shè)備；該系統(tǒng)可同時監(jiān)測多個養(yǎng)殖場的環(huán)境信息。雞舍環(huán)境的遠程監(jiān)測和調(diào)控，使雞舍環(huán)境保持適宜的同時，大大的減少人工監(jiān)測管理耗費，能有效提高養(yǎng)殖戶的工作效率和經(jīng)濟效益。

系統(tǒng)的設(shè)計是以STM32系列芯片作為處理器，控制各個模塊的工作，實時監(jiān)測雞舍環(huán)境參數(shù)、雞舍內(nèi)一定程度的溫度與光照強度自動調(diào)控；監(jiān)控系統(tǒng)把傳感器數(shù)據(jù)傳送到OneNET云平臺，養(yǎng)殖戶可以通過登錄云平臺查看雞舍環(huán)境參數(shù)，同時可遠程設(shè)置相關(guān)參數(shù)、手動操作控制風(fēng)扇與補光燈啟停。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，由信息監(jiān)控終端、OneNET 平臺以及控制監(jiān)測中心三部分組成[5]。其中，信息監(jiān)控終端負責(zé)傳感器數(shù)據(jù)采集，補光燈、風(fēng)扇及報警控制，OneNET平臺負責(zé)接收監(jiān)控終端上傳的數(shù)據(jù)信息及向監(jiān)控終端發(fā)送用戶指令信息。監(jiān)控中心采用B/S架構(gòu)模式，用戶依靠手機或者電腦等終端設(shè)備可以在任意地點通過訪問網(wǎng)頁的方式，實現(xiàn)對雞舍環(huán)境的實施監(jiān)測與調(diào)控。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

監(jiān)控終端主控選擇STM32F103系列芯片，工作主頻 72 MHz，內(nèi)部集成了定時器、SPI 接口、USART 串口、I2C 接口等功能，外接各個功能模塊，硬件框圖如圖2所示，主要由電源模塊、風(fēng)扇及驅(qū)動模塊、補光燈模塊、溫濕度傳感器、光照傳感器、有害氣體傳感器、蜂鳴器報警模塊、WIFI模塊等組成。

采用DHT12數(shù)字溫濕度傳感器模塊采集溫度和濕度信息。DHT12數(shù)字式溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器，它具有完全互換、成本低、長期穩(wěn)定、相對濕度和溫度測量、超長信號傳輸距離、數(shù)字信號輸出、精確 校準(zhǔn)、功耗極低、標(biāo)準(zhǔn)單總線數(shù)字接口、標(biāo)準(zhǔn)I2 C總線數(shù)字接口、通信方式可自由選擇等優(yōu)點，應(yīng)該領(lǐng)域廣泛。其溫度測試范圍：-20℃～60℃；濕度測試范圍：20%RH～95%RH。

采用BH1750FVI亮度傳感器采集光照強度信息。BH1750FVI亮度傳感器為16位數(shù)字輸出型環(huán)境光強度傳感器集成電路，其輸入光范圍1-65535lx，完全適用與環(huán)境光照的檢測。它還具有接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性、光源依賴性弱、受紅外線影響很小、通過降低功率功能，實現(xiàn)低電流化等優(yōu)點。

有害氣體濃度監(jiān)測采用MQ-2氣體傳感器。氣敏傳感器能夠檢測氣體的特定成分或者濃度， 然后將其轉(zhuǎn)換成電信號。MQ-2氣體傳感器使用在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）這種氣敏材料。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在甲烷、丙烷、丁烷等氣體時，傳感器的電導(dǎo)率會隨空氣中相應(yīng)氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ2傳感器合理的工作環(huán)境溫度為-20℃～+55℃，其靈敏度高、探測范圍廣，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。其本身材料成本低，穩(wěn)定性強，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器[6]。其探測濃度范圍如表1所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要由監(jiān)控終端軟件的設(shè)計和監(jiān)測中心軟件設(shè)計組成。

3.1 監(jiān)控終端軟件設(shè)計

監(jiān)控終端軟件流程圖如圖3所示。

監(jiān)控終端開機后，先對模塊進行初始化，設(shè)定數(shù)據(jù)采集的 I /O 接口、模塊的休眠時間等。

3.2 監(jiān)測中心軟件設(shè)計

監(jiān)測中心基于OneNET云平臺，即中國移動物聯(lián)網(wǎng)云平臺。該平臺是一個開放的云平臺，提供了豐富的智能硬件開發(fā)工具和可靠的服務(wù)，助力各類終端設(shè)備迅速接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理等完整的交互流程。

OneNET資源管理層次結(jié)構(gòu)如圖4所示。產(chǎn)品是指用戶手上的真實設(shè)備在OneNET上對應(yīng)的虛擬名稱，是用戶在OneNET上最上層的云端資源。每個產(chǎn)品包含設(shè)備、APIKEY、觸發(fā)器及應(yīng)用四個主要內(nèi)容。設(shè)備是指作為數(shù)據(jù)節(jié)點的監(jiān)測終端，APIKEY是用于對OneNET進行操作的鑒權(quán)以及權(quán)限控制，在使用OneNET Restful API時，HTTP請求消息的頭域必須攜帶該APIKey字段，OneNET會依據(jù)APIKey字段判別該用戶是否具有對應(yīng)操作的權(quán)限。數(shù)據(jù)流如傳感器溫度、空氣濕度、光照強度、有害氣體濃度等數(shù)據(jù)。觸發(fā)器即指定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)點滿足觸發(fā)條件的要求時，進行相應(yīng)的請求，OneNET提供的觸發(fā)器可以保證在有害氣體濃度到達一定閾值時，通過郵件或其他URL方式發(fā)送警告信息，及時提醒養(yǎng)殖戶進行相應(yīng)措施。應(yīng)用則是OneNET向用戶提供的相應(yīng)的人機交互界面，直觀的向用戶展示傳感器數(shù)據(jù)并提供直接的指令操作。

4 實驗結(jié)果

通過將該系統(tǒng)布置于模擬雞舍，對其功能進行驗證。

如圖5所示，通常情況下，雞舍的光照強度在31lux附近，較暗的光照強度可以使肉雞減少活動，使雞的增重率大大提升。而對于蛋雞來說，適度時長的光照可以增加雞蛋的產(chǎn)量，高達296lux的補光燈完全滿足了增產(chǎn)的需要。

5 結(jié)束語

通過試驗結(jié)果可以看出，系統(tǒng)結(jié)合雞舍環(huán)境監(jiān)測的客觀需求，基于中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司打造的OneNET免費開放平臺，能夠很好地實現(xiàn)雞舍環(huán)境數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。該系統(tǒng)多種數(shù)據(jù)訪問形式能夠方便監(jiān)管人員隨時隨地了解雞舍環(huán)境情況并做出相應(yīng)操作，同時免費開放的服務(wù)平臺，降低了技術(shù)開發(fā)的難度、成本以及用戶的使用成本，并且憑借 OneNET 平臺在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的設(shè)備連接、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)安全及大數(shù)據(jù)分析等平臺級服務(wù)，將會適應(yīng)未來大規(guī)模的現(xiàn)代化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1] 胡少昶，Dr. Dhia Alchalabi.雞舍的環(huán)境管理[J].國外畜牧學(xué)：豬與禽，2003（4）：27-29.

[2] 李麗華.蛋雞體溫與生產(chǎn)性能參數(shù)動態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3] 趙振雙.怎樣提高雞蛋的產(chǎn)量[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012（7）：196.

[4] 王歡，李驊，尹文慶，等.基于無線傳輸?shù)碾u舍環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，39（1）：175-182.

[5] 陳爾奎，張敏，尹曉鋼，等.基于OneNET的礦山綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].煤炭技術(shù)，2017，36（9）：195-197.

[6] 黃煌.基于MQ2傳感器的環(huán)境檢測[J].新校園：上旬，2015（11）：52.