基于物聯(lián)網(wǎng)技術的蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

陳創(chuàng)業(yè)，陳 蕊 ,胡天讓，張旭紅，李先山，孔 祥，陳立濤

(1.甘肅畜牧工程職業(yè)技術學院，甘肅 武威 733006；2.甘肅省慶陽市寧縣畜牧獸醫(yī)局，甘肅 慶陽 745200)

1 蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體功能

1.1 系統(tǒng)功能的目標

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境的溫度、濕度進行動態(tài)監(jiān)測，當環(huán)境的溫度和濕度與預期設定的上下限不符時，系統(tǒng)能夠發(fā)出警報，提醒用戶應該調節(jié)蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境的溫度和濕度，以滿足生產的需要。對于出現(xiàn)任何影響環(huán)境不穩(wěn)定性的因素，都能在第一時間通過系統(tǒng)發(fā)出報警提示，以便用戶對蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境的溫度和濕度及時調控。

1.2 系統(tǒng)結構組成

蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由三個結構層次組成，分別為感知層、傳輸層與應用層[1]。其中，感知層的主要作用是對外界環(huán)境信息進行感知，使用溫濕度傳感器對感知層進行構建，以便實時感知蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)，并生成數(shù)據(jù)庫，便于傳輸層傳輸環(huán)境參數(shù)。

傳輸層通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)等將感知層采集到的飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)傳輸至后臺，同時將應用層的控制信息傳達至感知層，使蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在運行時能實時動態(tài)地傳輸環(huán)境參數(shù)。

應用層的功能是，從傳輸層接收到數(shù)據(jù)后讀取飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)，并進行對照；在與額定設置的參數(shù)對比后，如果飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)超過設置的上下限，系統(tǒng)將會發(fā)出報警。應用層也能夠通過網(wǎng)頁或APP等傳輸模式，將讀取的飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)直接傳輸至管理員，后者能夠根據(jù)應用層最終讀取到的參數(shù)，做出是否調整蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境的決策。

2 蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成

2.1 傳感器設計

構建蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)必然離不開硬件，而傳感器是其中最重要的組成部分。在設計傳感器時，最常使用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。此類傳感器屬于復合型傳感器。首先，其擁有功能十分強大的數(shù)字模擬技術，能夠穩(wěn)定且可靠地傳輸飼養(yǎng)環(huán)境參數(shù)，并具有極快的響應速度；其次，該傳感器能夠在復雜的環(huán)境中運用，具有較強的環(huán)境抗干擾能力；最后，該傳感器的采購成本較為低廉。總而言之，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器很適合用來構建蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

在設計傳感器時，會將傳感器與總控制系統(tǒng)連接到構件傳感層[2]。傳感器能夠直接通過總控制系統(tǒng)發(fā)出的指令采集環(huán)境的溫度和濕度，還可以根據(jù)使用需求設計感應的間隔時間，使最終傳輸?shù)臏貪穸刃畔⒛芘c蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境中的動態(tài)變化保持一致。

2.2 網(wǎng)絡設計

網(wǎng)絡設計是使蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將其功能真正表達出來的最終部分。在監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)后，傳感器需要通過傳輸系統(tǒng)將它們傳輸至控制中心，最終通過聯(lián)網(wǎng)真正實現(xiàn)管理員對雞舍的實時監(jiān)測。由于蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境與監(jiān)控室之間有一定的距離，進行網(wǎng)絡設計時通常會考慮用無線網(wǎng)絡實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的傳輸。一般而言，系統(tǒng)設計會在農場地區(qū)建立單簇無線傳感系統(tǒng)，通過協(xié)調器調節(jié)傳感系統(tǒng)內部的網(wǎng)絡信號。為了便于操作，經常會考慮借助手機移動端來傳輸環(huán)境參數(shù)，因此設計手機移動端也是系統(tǒng)設計中的一部分內容。在完成網(wǎng)絡協(xié)調器的功能設計后，再對系統(tǒng)總體功能進行分解，便于構建系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖，同時優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖內部結構，最終完成網(wǎng)絡的設計。

3 軟件設計

3.1 建立數(shù)據(jù)庫

構建蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的配套軟件也是系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)之一。首先，建立數(shù)據(jù)庫(圖1)。該數(shù)據(jù)庫的主要功能是能將環(huán)境監(jiān)測時感知到的參數(shù)(或數(shù)據(jù)）進行儲存和更新。建立數(shù)據(jù)庫時，需要從系統(tǒng)溫濕度傳感的數(shù)據(jù)量角度考慮，分別建立用戶表、飼養(yǎng)員表與環(huán)境溫濕度監(jiān)測表。通過建立獨立的數(shù)據(jù)并對其進行分層，能夠實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)處理，也可避免存儲混亂而丟失數(shù)據(jù)信息或者響應不及時的問題。

圖1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫建立后，向各類表內輸入數(shù)據(jù)并進行測試，觀察是否能夠達到使用的要求，系統(tǒng)在運行時是否會出現(xiàn)邏輯上的錯誤。如果未發(fā)生以上問題，可以查看所建立的數(shù)據(jù)表格，完成整體建設任務。

3.2 APP開發(fā)

蛋雞環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的APP是面向用戶的最終功能層[3]。在開發(fā)時，要考慮不同用戶的要求，設計時主要使用Java語言進行腳本設計，其中包括傳感器的編號、接收環(huán)境探測數(shù)據(jù)的時間等。APP界面主要顯示蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境中的溫度與濕度，以便能實時動態(tài)地顯示傳感器所接收到的數(shù)據(jù)，也能夠通過管理員發(fā)出的功能指令在系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)的傳輸。

在開發(fā)APP時，要盡量簡化APP界面的功能，避免設計過于復雜，導致操作時發(fā)生功能選擇錯誤；在設計APP內部功能時，要給管理員留出一些權限，方便他們設置一些基礎功能，使整體功能的設計和構建具有合理性，最終實現(xiàn)調控蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境溫度和濕度的目的。

APP開發(fā)結束后，系統(tǒng)的整體功能全部實現(xiàn)。如果在運行時出現(xiàn)內部執(zhí)行問題，可以通過初始化網(wǎng)絡程序檢測系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境。在日常運行中，系統(tǒng)應始終保持高效狀態(tài)，避免在使用過程中出現(xiàn)參數(shù)傳輸延時或參數(shù)顯示錯誤的情況。

4 結語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術設計的蛋雞飼養(yǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測飼養(yǎng)環(huán)境的溫度和濕度，并動態(tài)顯示在管理員的手機移動端，便于管理員與預期設置參數(shù)進行對比，及時發(fā)現(xiàn)問題。

本系統(tǒng)的設計利用物聯(lián)網(wǎng)技術將現(xiàn)代智能控制和畜牧業(yè)生產緊密結合起來，該系統(tǒng)不受地域、時間的限制，可提高生產效率，降低勞動成本，從而為現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)和智能控制技術的應用及跨行業(yè)技術互補提供可靠的技術支持。