基于NB-IoT的豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王紅軍 曲培新

摘要：

在肉豬的養(yǎng)殖過(guò)程中，起決定性因素的是環(huán)境因素。為豬仔創(chuàng)造一個(gè)適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，本文提出一種基于NB-IoT的豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用NB-IoT模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器及STM32微控制器等設(shè)備來(lái)完成對(duì)豬舍環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控。通過(guò)中國(guó)電信NB-IoT基站將采集到的環(huán)境信息實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境的監(jiān)控與管理的目的。該文主要對(duì)豬舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)模塊進(jìn)行分析，以期NB-IoT在養(yǎng)豬業(yè)的應(yīng)用提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：

NB-IoT;監(jiān)控系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：

TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

A

文章編號(hào)：

1672-9129（2020）15-0202-02

引言：伴隨著養(yǎng)豬業(yè)的市場(chǎng)化的加快，生豬的養(yǎng)殖周期越來(lái)越短，豬肉價(jià)格在市場(chǎng)上出現(xiàn)大起大落的跌漲現(xiàn)象將逐漸消失。安全、優(yōu)質(zhì)、高效的豬肉和豬肉制品仍將繼續(xù)是國(guó)內(nèi)食品消費(fèi)的主流，以后我國(guó)的養(yǎng)豬產(chǎn)業(yè)一定會(huì)逐步走向規(guī)模化、自動(dòng)化和智能化，實(shí)現(xiàn)可靠、質(zhì)優(yōu)和量足的發(fā)展目標(biāo)。在肉豬養(yǎng)殖中，影響生產(chǎn)水平和質(zhì)量的四個(gè)決定性因素分別是品種、飼料、防疫和環(huán)境。它們之間總是相互作用和制約，但養(yǎng)殖戶常常忽視環(huán)境因素的影響，而且隨著養(yǎng)殖業(yè)的集約化發(fā)展，當(dāng)基本解決了品種、飼料、防疫三個(gè)問(wèn)題后，對(duì)于養(yǎng)豬起決定作用將是環(huán)境因素。豬舍的環(huán)境因素主要包括溫濕度、二氧化碳、光照強(qiáng)度、有害氣體濃度等。為了更好地精細(xì)化管理，為豬仔的生長(zhǎng)提供良好的生活環(huán)境，研究和設(shè)計(jì)一種豬舍環(huán)境的監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。

1NB-IoT技術(shù)和特點(diǎn)

在各類新的應(yīng)用技術(shù)的推動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為科技發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，窄帶物聯(lián)網(wǎng)），它是伴隨新的業(yè)務(wù)場(chǎng)景迅速發(fā)展，因其具有支持低功耗設(shè)備、能夠在廣域網(wǎng)范圍進(jìn)行蜂窩數(shù)據(jù)連接，通常也被叫作LPWAN[1]。該技術(shù)具有部署靈活、海量連接、超低功耗、深度覆蓋、安全、穩(wěn)定、低成本等特點(diǎn)[2]。NB-IoT功耗僅主要使用在小數(shù)據(jù)量和小速率中，功耗為2G的十分之一，模塊最起碼的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)5年以上;同時(shí)，模塊在體積上可以做的更小，成本也有望降低。最后，數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸。NB-IoT自身能夠根據(jù)協(xié)議將所收集的數(shù)據(jù)可上傳至云端，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與存儲(chǔ)等功能。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)關(guān)鍵是傳感器的選擇、以及NB-IoT模塊的選擇以及控制模塊的設(shè)計(jì)。利用溫濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等組成基本的數(shù)據(jù)采集部分，通過(guò)STM32單片機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作目的。

控制模塊設(shè)計(jì)本文在設(shè)計(jì)時(shí)選擇STM32單片機(jī)作為微控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境參數(shù)的采集和控制，STM32單片機(jī)首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊（溫濕度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器、NH3傳感器和H2S傳感器）采集數(shù)據(jù)，然后完成數(shù)據(jù)的信息的發(fā)送，當(dāng)下位機(jī)接收到服務(wù)器發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)時(shí)，STM32單片機(jī)根據(jù)控制命令來(lái)控制繼電器的開(kāi)關(guān)，以此達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（噴霧設(shè)備、加濕設(shè)備、熱風(fēng)爐設(shè)備、補(bǔ)光設(shè)備等）執(zhí)行的目的?？刂颇K結(jié)構(gòu)框圖如圖1。

3面臨的技術(shù)問(wèn)題

目前，受NB-IoT基站的數(shù)量限制，豬舍氣體環(huán)境的復(fù)雜性，再加上現(xiàn)有傳感器的局限性，綜合考慮，有以下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題亟待解決：

（1）受豬舍環(huán)境因素的影響，測(cè)的數(shù)據(jù)易受到外界的干擾。下一步考慮采用系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提高信息準(zhǔn)確性和全面性，降低信息的不確定性。

（2）考慮到豬舍氣體環(huán)境的復(fù)雜性，空氣粉塵較多，下一步需要對(duì)傳感器采取一定的保護(hù)措施。

4結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)畜禽環(huán)境監(jiān)控要素，是提高畜禽養(yǎng)殖的有效手段。本文搭建了NB-IoT平臺(tái)，借助于各種傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)微控制器的通信接口將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云端服務(wù)器，STM32微控制器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作等，最終實(shí)現(xiàn)豬舍環(huán)境的統(tǒng)一監(jiān)控與管理，從而可以有效提高管理水平。在物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，不僅要考慮軟硬件設(shè)備和傳輸途徑外，還應(yīng)該根據(jù)豬場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，有利于資源的合理利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱鵬.NB-IOT技術(shù)在智慧停車系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].信息與電腦，2018（8）：160-161+164

[2]張建強(qiáng)，張高毓.區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J].電信科學(xué)，2018（Z1）：104-110

[3]李剛.基于LPWAN技術(shù)布局物聯(lián)網(wǎng)[J].上海信息化：2017（9）：66-69

作者簡(jiǎn)介：王紅軍（1986一），男，河南平頂山人，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能信息處理。

通訊作者：曲培新（1977一），男，河南南陽(yáng)人，碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。