一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统及其工作方法，该系统包括监测执行模块、数据传输模块、上位机监测平台1以及移动终端；监测执行模块设置在畜禽舍内，包括监测模块6及执行模块；数据传输模块为ZigBee无线传感网络；上位机监测平台1包括实时显示模块、数据存储模块、控制模块及报警模块；该系统的工作方法包括信息采集，数据融合，模糊控制及指令输出几个步骤，其中数据融合步骤采用最优加权数据融合算法，本发明专利技术的优点在于：该系统以物联网技术和模糊控制技术为支撑，充分利用ZigBee无线传感网络、TCP/IP网络和移动通信网络，提出了一种智能化的畜禽舍环境监控系统；系统利用SIM900A模块和上位机监测平台1实现了手机终端对于ZigBee网络监控数据的访问。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种畜禽养殖
，特别涉及一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统及其工作方法。
技术介绍
利用新兴的物联网技术和人工智能技术推动畜禽养殖产业的发展，将是一项前景远大的工程，是实现农业信息化的重要组成部分。随着畜禽养殖规模化发展，一个畜禽养殖公司可能在国内甚至国外有若干分散的养殖场，为了方便管理，就必须借助于互联网，管理者只需通过计算机或手机就能随时了解各养殖场乃至某台环境调控设备的运转情况，并对它们实行有效监控，这是畜禽舍环境监控系统的发展趋势，也是当今世界信息化的发展趋势。我国畜禽养殖的规模化起始于20世纪90年代，与国外发达国家相比起步较晚，对畜禽舍环境监控系统的研究虽然取得了一定成果，但市场上成熟的畜禽舍环境监控产品还很鲜见。王丽丽等人针对大中型畜禽舍环境监测的诸多问题提出了一种分布式、低成本且智能化的禽舍环境监控解决方案，研究设计了基于RS-485总线的分布式禽舍环境监控测系统，该系统以多个多功能单片机控制器设计监测节点，并以个人计算机为监控服务器，成功实现了对畜禽舍内温度和氨气浓度的实时监测，但由于是有线监测，该系统存在布线复杂和维护困难的问题。2013年，吉林农业大学邹丽娜利用AT89S51单片机完成了畜禽舍环境的无线实时监控，主要监测温湿度与氨气3个环境因子，且实现了环境调控设备的自动化控制，但是系统并未实现畜禽舍环境的远程监控。实施范围较小。2014年，浙江大学吴武豪利用单片机C8051F410+Si4432也成功实现了畜禽舍主要环境因子的实时监控，且成功的将监测数据接入以太网，为远程监控打下基础。目前国内外在畜禽舍环境监控系统方面的研究大多还停留在局域网范围内，且存在布线复杂、维护困难、无法实现远程监控等缺点。影响畜禽健康生长和产能的环境因子很多，主要包含：温度，湿度、光照还有氨气浓度；温度是畜禽舍内最为重要的环境因子之一，畜禽对温度较敏感；出于养殖成本的考虑，一般畜禽舍的养殖密度较大，而成年畜禽的正常体温较高，且自身辐射热量巨大。在夏季高温时期，很难控制畜禽舍在适宜温度，易造成畜禽伤亡；湿度对于成年畜禽的影响和畜禽舍的温度相关密切，在高温和低温时，相对湿度过高或过低，会对畜禽的身体健康产生不利影响；氨气是畜禽舍主要的有毒气体，它由畜禽舍粪便分解产生，当氨气浓度高于一定浓度时，会诱发各类呼吸道疾病，同时也会对工作人员的身体健康造成伤害。温度、湿度和氨气耦合性较强，都是通过风机和湿帘加以控制，风机可以影响温度、湿度和氨气浓度，湿帘可以影响温度和湿度。除上述三个环境因子外，光照也是一个较为重要的环境因子，光照过强会使畜禽过于情绪化而烦躁不安，造成啄癖、神经质等。光照过低会使畜禽的采食量降低从而影响其生产能力及生长速度。但光强与温湿度、氨气浓度、风机、湿帘之间基本无关，相对独立，只与光强有关。尽管国内外有很多相关研究，目前还未有针对上述环境因子的理想监控系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够实现畜禽舍温度、湿度、光照及氨气浓度的无线实时采集，并实现相关环境调控设备的自动化控制以及远程监控，最终达到将畜禽舍主要环境因子控制在适宜范围内，使畜禽舍环境始终保持相对适宜、减少畜禽热应激，达到使畜禽健康成长的目的的基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统及其工作方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一种技术方案为：一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其创新点在于：包括监测执行模块、数据传输模块、上位机监测平台以及移动终端；所述监测执行模块设置在畜禽舍内，包括实时监测畜禽舍内环境因子的监测模块以及改善畜禽舍内环境的执行模块；所述检测模块包括温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器，每一种都具有多个，依据畜禽舍环境监测要求排布在畜禽舍内，所述执行模块为设置在畜禽舍内的湿帘、风机和日光灯，所述湿帘和风机分设在畜禽舍头尾两端，日光灯均匀布置于畜禽舍顶部；所述数据传输模块为设置在监测执行模块以及上位机监测平台之间的用于两者之间信息交互的ZigBee无线传感网络，包括监测节点、控制节点、路由节点、协调节点及外围电路；所述监测节点与监测模块相连，用于采集信息；所述控制节点与执行模块相连，用于传输控制信号；所述路由节点用来实现对采集到的信息及时有效地转发、处理和分析；所述协调节点是整个网络的中心；所述上位机监测平台对监测模块上传的信息进行分析、显示、存储以及控制，并根据分析结果下发控制信号并控制执行模块，包括实时显示模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及报警模块，所述数据处理模块包括一模糊控制器，由监测模块收集到的温度信号、湿度信号及氨气浓度信号在该控制器内依次经过模糊化、模糊控制规则推理、反模糊化，输出可由执行模块执行的精确值；所述移动终端通过连接在上位机监测平台上的ATK-SIM900A模块实现对于畜禽舍实时监控数据的查询及对畜禽舍内异常情况的报警。进一步的，所述ZigBee无线传感网络主控芯片为CC2530，所述外围电路选取基于CC2530芯片的SZ2模块，所述监测模块连接在SZ2模块上。进一步的，所述ZigBee无线传感网络与上位机监测平台之间连接有TCP/IP型网关，该网关与ZigBee无线传感网络之间无线连接，与上位机监测平台之间同时支持WiFi无线连接和RJ45接口有线连接。进一步的，所述数据存储模块采用MicrosoftAccess数据库存储监测模块上传的异常数据，所述异常数据采用按种类独立存储的方式进行存储。进一步的，所述光照传感器采集的光强信号在上位机监测平台内利用阈值法对其进行单独控制。进一步的，所述控制模块包括自动控制模式以及手动控制模式。本专利技术的另一种技术方案为一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统的工作方法，其创新点在于：包括以下步骤：步骤一：信息采集：温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器按照一定的频率采集畜禽舍内的温度信号、湿度信号、氨气浓度信号及光强信号，并由ZigBee无线传感网络将其上传到上位机监测平台；步骤二：数据融合：对于同一环境因子，在畜禽舍内分布多个同类型传感器，在不同位置对舍内的环境数据进行实时监测，在步骤(1)中同一时间同类型传感器上传的信号为由较多信号组成的信号组，该信号组在上位机数据处理模块内首先根据最优加权数据融合算法进行处理，最终得出一个环境因子估算值，各类型传感信号都经过该步骤转换成对应的环境因子估算值；步骤三：数据控制：禽舍环境的模糊控制器采用三输入双输出的多维模糊控制算法，以温度估算值，湿度估算值，氨气浓度估算值为输入，以风机出风量和湿帘出水量为输出；模糊控制器对步骤(2)中计算出的各环境因子估算值进行模糊化处理，根据隶属度函数计算出其对应的变量论域上的隶属度值作为输入，然后根据模糊规则控制表中的模糊规则确定输出；光强信号估算值在数据处理模块中利用阈值法对其进行单独控制；步骤四：指令输出：在模糊控制器内对该模糊输出量反模糊化，并将反模糊化后的精确值作为控制器输出量，即风机出风量和湿帘出水量，并由ZigBee无线传感网络下发至风机和湿帘，控制其工作。进一步的，所述步骤二中优加权数据融合算法的具体步骤是：(1)根据各监测节点的历史测量数据，计算得出监测系统中n个同类型传感器的方差分别是同时假定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：包括监测执行模块、数据传输模块、上位机监测平台以及移动终端；所述监测执行模块设置在畜禽舍内，包括实时监测畜禽舍内环境因子的监测模块以及改善畜禽舍内环境的执行模块；所述检测模块包括温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器，每一种都具有多个，依据畜禽舍环境监测要求排布在畜禽舍内，所述执行模块为设置在畜禽舍内的湿帘、风机和日光灯，所述湿帘和风机分设在畜禽舍头尾两端，日光灯均匀布置于畜禽舍顶部；所述数据传输模块为设置在监测执行模块以及上位机监测平台之间的用于两者之间信息交互的ZigBee无线传感网络，包括监测节点、控制节点、路由节点、协调节点及外围电路；所述监测节点与监测模块相连，用于采集信息；所述控制节点与执行模块相连，用于传输控制信号；所述路由节点用来实现对采集到的信息及时有效地转发、处理和分析；所述协调节点是整个网络的中心；所述上位机监测平台对监测模块上传的信息进行分析、显示、存储以及控制，并根据分析结果下发控制信号并控制执行模块，包括实时显示模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及报警模块，所述数据处理模块包括一模糊控制器，由监测模块收集到的温度信号、湿度信号及氨气浓度信号在该控制器内依次经过模糊化、模糊控制规则推理、反模糊化，输出可由执行模块执行的精确值；所述移动终端通过连接在上位机监测平台上的ATK‑SIM900A模块实现对于畜禽舍实时监控数据的查询及对畜禽舍内异常情况的报警。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：包括监测执行模块、数据传输模块、上位机监测平台以及移动终端；所述监测执行模块设置在畜禽舍内，包括实时监测畜禽舍内环境因子的监测模块以及改善畜禽舍内环境的执行模块；所述检测模块包括温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器，每一种都具有多个，依据畜禽舍环境监测要求排布在畜禽舍内，所述执行模块为设置在畜禽舍内的湿帘、风机和日光灯，所述湿帘和风机分设在畜禽舍头尾两端，日光灯均匀布置于畜禽舍顶部；所述数据传输模块为设置在监测执行模块以及上位机监测平台之间的用于两者之间信息交互的ZigBee无线传感网络，包括监测节点、控制节点、路由节点、协调节点及外围电路；所述监测节点与监测模块相连，用于采集信息；所述控制节点与执行模块相连，用于传输控制信号；所述路由节点用来实现对采集到的信息及时有效地转发、处理和分析；所述协调节点是整个网络的中心；所述上位机监测平台对监测模块上传的信息进行分析、显示、存储以及控制，并根据分析结果下发控制信号并控制执行模块，包括实时显示模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及报警模块，所述数据处理模块包括一模糊控制器，由监测模块收集到的温度信号、湿度信号及氨气浓度信号在该控制器内依次经过模糊化、模糊控制规则推理、反模糊化，输出可由执行模块执行的精确值；所述移动终端通过连接在上位机监测平台上的ATK-SIM900A模块实现对于畜禽舍实时监控数据的查询及对畜禽舍内异常情况的报警。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：所述ZigBee无线传感网络主控芯片为CC2530，所述外围电路选取基于CC2530芯片的SZ2模块，所述监测模块连接在SZ2模块上。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：所述ZigBee无线传感网络与上位机监测平台之间连接有TCP/IP型网关，该网关与ZigBee无线传感网络之间无线连接，与上位机监测平台之间同时支持WiFi无线连接和RJ45接口有线连接。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所述数据存储模块采用MicrosoftAccess数据库存储监测模块上传的异常数据，所述异常数据采用按种类独立存储的方式进行存储。5.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所述光照传感器采集的光强信号在上位机监测平台内利用阈值法对其进行单独控制。6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小萍，陈厚军，徐海黎，瞿畅，邵建新，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32