一种养殖舍环境监控系统的制作方法

1.本发明涉及养殖领域，尤其涉及一种养殖舍环境监控系统。


背景技术：

2.随着我国国民经济总量跃居全球第二，居民生活水平也在日益提高，禽畜肉类已经成为餐桌上必不可少的食物，人们对禽畜肉类的消费与日俱增，对无污染、原生态的绿色食品也更加青睐，这无疑对我国目前的禽畜养殖业提出了更高的要求。
3.近年来，禽畜流行性疾病不断爆发和传播，诸多疾病的横行与其养殖环境不断恶化关系密切。导致禽畜类死亡的主要原因之一是禽畜类生存环境无法满足其正常生长需求，同时，环境的恶化还会导致养殖舍内细菌滋生，可能会引起人和禽畜感染病毒，直接对人类健康产生严重威胁。
4.传统的养殖仅靠养殖户经验养殖，无法实现精确数字化养殖。同时，中国现今的畜牧养殖仍以农村个体养殖户养殖为主体，不但养殖技术陈旧，对新管理技术的接收能力有限，而且对养殖环境不够重视，没有科学化的环境监控措施。当养殖环境恶化时，会导致疫情发生和大量的禽畜死亡，严重影响到广大养殖户的养殖效益。
5.随着近年来禽畜养殖技术的快速发展，我国禽畜养殖业的集约化、工业化、现代化程度不断提高，但在禽畜养殖过程中，生产环境的污染已经成为影响禽畜养殖业有序健康生产的重要因素。养殖舍中的温度、湿度、光照强度、有害气体浓度及粪便、饮用水污染等都会对禽畜养殖造成很大的影响。因此，改善禽畜养殖环境，已成为实现禽畜养殖由传统方式向现代化生产方式转变的重要基础。
6.随着禽畜养殖业的不断发展，规模化养殖是一种必然的趋势，尽管现在禽畜养殖仍然以散养为主，如生猪养殖的散养占59％。但不可否认的是，规模化养殖的程度已经呈现逐年上升的趋势，据中国饲料行业信息网统计数据显示，现阶段规模化养殖水平已经达到31％。随着规模化养殖的不断提升，对禽畜养殖环境的监控尤为重要。
7.综上所述，对养殖舍环境监控的目的是为了禽畜生长繁衍的场所能够得到科学的管理，这是禽畜养殖业现代化、智能化的重要前提。基于养殖舍环境参数繁多、系统范围广，存在高度的非线性、时变性和耦合性等特性，导致现有的一般监测方法和调控手段不能达到需求。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种养殖舍环境监控系统。
9.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
10.一种养殖舍环境监控系统，包括传感器模块、现场执行模块、zigbee模块和上位机模块，zigbee模块分别和传感器模块、现场执行模块和上位机模块通信连接。
11.本发明具有以下有益效果：本发明实现了对养殖舍环境参数的实时监控和智能调控，便于用户对养殖舍环境进行及时的检测和管理，有效提升了养殖质量。
12.优选地，所述传感器模块用于采集养殖舍环境数据，包括多组传感器组，传感器组包括温湿度传感器、光照强度传感器、氨气传感器、粉尘传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器、ph传感器、浊度传感器、toc传感器和余氯传感器。
13.该优选方案具有以下有益效果：使用了多种传感器，全方位的监测了养殖舍中会对养殖效果产生影响的各项环境参数，保证了环境监控效果及后续对养殖舍环境进行评估和调控的准确性。
14.优选地，所述现场执行模块用于执行上位机模块发送的环境调节指令，包括控制大型电排风机、湿帘、电灯的控制系统，其中，所述大型电排风机用于调节养殖舍的温度、湿帘用于调节养殖舍的湿度，电灯用于调节养殖舍的光照。
15.该优选方案具有以下有益效果：实现了对养殖舍环境的实施调控，确保了养殖舍各项环境参数能处于适宜禽畜生长的范围内，提升了养殖质量。
16.优选地，所述zigbee模块包括终端节点模块、路由节点模块和协调节点模块，其中，终端节点模块、路由节点模块和协调节点模块依次通信连接，所述终端节点模块用于获取各传感器检测到的环境数据并向所述现场执行模块发送控制指令；所述路由节点模块基于zigbee网络，用于作为所述终端节点模块和协调节点模块之间的网络通信设备；所述协调节点模块用于分配各个节点的网络地址，接收和保存来自传感器的现场环境参数，实现向终端节点传输调控指令、与上位机通信等功能。
17.该优选方案具有以下有益效果：zigbee技术能实现大规模范围的自组网和无线数据传输，而且具有制作成本低，相对简单可靠，网络结构灵活等优点。
18.优选地，所述终端节点模块包括多个终端节点，所述终端结点包括中央处理器模块和电源模块，所述终端节点分别与所述传感器模块、所述现场执行模块和所述路由节点模块通信连接，通过所述传感器模块中的各类传感器进行数据采集，将采集到的环境参数传送至所述终端节点后通过所述中央处理器模块进行a/d转换和数据处理，再通过zigbee网络将数据发送至所述路由节点模块，同时也接收所述路由节点模块发送来的控制指令，再将控制指令传输给所述现场执行模块。
19.该优选方案具有以下有益效果：将各传感器采集的模拟信号转化为了数字信号便于后续步骤对环境数据进行处理，同时还将控制信号传输给了现场执行模块使其能对养殖舍环境参数进行调控。
20.优选地，所述路由节点模块包括多个路由节点，所述路由节点与所述终端结点结构相同，所述路由节点分别与多个所述终端节点和所述协调节点模块通信连接。
21.该优选方案具有以下有益效果：路由节点模块解决了传输距离可能较远和传输过程中可能有阻隔的问题，增加了zigbee网络的通信距离，在数据传输中起到了“桥梁”的作用，路由节点与终端节点结构相同保证了数据收发正常，同时还便于zigbee网络的组建。
22.优选地，工作模式下，所述终端节点模块采集养殖环境参数，并通过协调节点的usb接口将数据传输至上位机，同时接收所述上位机的处理结果，通过所述终端节点发送至所述现场执行模块。
23.优选地，所述上位机模块包括含实时监控模块、数据管理模块、系统管理模块和人工智能处理模块软件功能的电脑；
24.实时监控模块包括养殖舍环境数据采集功能，将采集的环境数据绘制成图表功
能，在采集的环境数据值到达预设阈值后发出警报功能；
25.数据管理模块包括环境数据显示功能，环境数据查询功能，环境数据存储功能；
26.系统管理模块包括用户管理功能，密码管理功能，提示帮助功能，退出系统功能；
27.人工智能处理模块包括对采集的养殖舍环境参数进行智能评价功能，对养殖舍的环境参数进行智能调控功能，并根据智能调控结果生成控制信号经所述zigbee模块传输至所述现场执行模块，对养殖舍环境参数进行调整。
28.该优选方案具有以下有益效果：设置了警报功能防止养殖舍环境参数过于极端导致禽畜生病或死亡现象的发生，数据查询、显示和存储功能保证了用户能准确了解养殖舍环境参数的实时情况，智能评价功能通过对收集的养殖舍环境参数进行分析得到环境评价结果，方便用户了解养殖场总体环境状况，智能调控功能通过对收集的养殖舍环境参数进行分析处理生成控制信号控制现场执行模块中的相应设施从而实现对养殖舍环境参数的智能调控。
29.优选地，所述上位机模块还包括通信模块，用于将所述人工智能模块中的智能评价结果通过互联网上传给云服务器，用户通过移动设备与云服务器连接，实现远程监测养殖舍环境功能。
30.该优选方案具有以下有益效果：通过将智能评价结果上传给云服务器供用户远程查看，便于用户对养殖舍环境进行及时的监测和管理，提升了本发明的灵活性。
附图说明
31.图1是本发明一种养殖舍环境监控系统的结构示意图；
32.图2是本发明实施例中传感器模块结构示意图；
33.图3是本发明实施例中zigbee模块结构示意图；
34.图4是本发明实施例中zigbee模块信息传递示意图；
35.图5是本发明实施例中终端节点模块结构示意图；
36.图6是本发明实施例中协调节点模块结构示意图；
37.图7是本发明实施例中上位机模块功能结构示意图；
38.图8是本发明实施例中云端服务器应用示意图；
39.图9是本发明实施例中用户手机app获取数据流程图；
40.图10是本发明实施例整体结构示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.请参照图1，本发明提供了一种养殖舍环境监控系统，包括传感器模块、现场执行模块、zigbee模块和上位机模块，zigbee模块分别和传感器模块、现场执行模块和上位机模块通信连接。
43.请参照图2，本发明实施例中，传感器模块包括多组传感器组，传感器组包括温湿度传感器、光照强度传感器、氨气传感器、粉尘传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器、ph
传感器、浊度传感器、toc传感器和余氯传感器。
44.养殖环境的温湿度变化对禽畜的生长和发育有着十分重要的影响，对于不同类型的禽畜，最适宜的温湿度也是有差异的，尤其是在蛋鸡生长和产蛋期、母猪妊娠期及奶牛产奶期，适宜的温湿度对禽畜的生产起到了重要作用。湿度过高或者过低会使禽畜体表污秽，有利于各种细菌和病毒的滋生蔓延，这将对禽畜养殖造成无法估量的损失。因此，应选择合适的温湿度传感器检测养殖舍温湿度。
45.光照的强弱直接影响到禽畜生长的好坏，自然光中存在有紫外线，适度的阳光照射能够杀死细菌病毒，保证禽畜生长环境健康，同时还能促进钙、磷的吸收，使禽畜正常生长发育等。因此，应选择光照强度传感器检测禽舍光照强度。
46.氨气是养殖舍内危害最严重的气体之一，其主要是由禽畜排泄物和生长过程中的代谢产生，氨气浓度过高则直接影响动物细胞中的氧气量，并破坏呼吸道粘膜的结构，从而使得动物免疫力下降，引起病菌感染等一系列严重问题。因此，应选择氨气传感器检测养殖舍内氨气浓度。
47.在大规模养殖舍中，禽畜的活动、毛发以及饲料包含大量的粉尘物质(pm10、pm2.5等)，接触或吸入粉尘，对皮肤、角膜、粘膜等产生局部的刺激作用，并产生一系列的病变。如粉尘作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜机能亢进，毛细血管扩张，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜营养供应不足而形成萎缩性鼻炎。长期吸入较高浓度粉尘可引起肺部弥漫性、进行性纤维化为主的全身疾病(尘肺)，严重影响禽畜、饲养场工人和周围邻居的健康和生活。因此，应选择粉尘传感器监测现场粉尘浓度。此外，二氧化碳浓度、硫化氢对生长环境也有影响，故还应增加二氧化碳传感器、硫化氢传感器等。
48.宁缺一天料，不缺一口水。禽畜的一切生理活动，如体温调节、冷热应激、营养运输、废物排泄等，大部分都是在水的参与下完成的。如在通常情况下，一头体重50千克左右的猪，每天约需水8千克～15千克，失水1/3生命受到威胁。为保证禽畜饮用水的质量，本项目拟采取ph传感器、浊度传感器、toc传感器、余氯传感器等来检测水质情况。
49.本发明实施例中，现场执行模块包括控制大型电排风机、湿帘、电灯的控制系统，用于改变养殖舍环境参数。
50.此模块中的各个设施接收来自zigbee模块的弱电控制信号，实现对养殖舍环境参数的自动控制，确保适宜于禽畜生长的养殖舍环境，选择现场执行模块时，应考虑如何与终端节点模块连接，如何最优控制等因素。
51.请参照图3所示，本发明实施例中，zigbee模块包括终端节点模块、路由节点模块和协调节点模块。
52.zigbee技术是无线传感器网络技术的一种，目前应用最为广泛。zigbee是一种协议标准，该协议定义了短距离、低速率的数据传输的无线通信所需的一系列协议。zigbee技术属于wsn技术中的一种，它能实现大规模范围的自组网，实现无线数据传输，而且它具有制作成本低，相对简单可靠，网络结构灵活等特点。
53.请参照图4，在zigbee模块中，终端节点(传感器节点)负责采集家禽养殖环境参数，比如温湿度、二氧化碳浓度等参数，再通过zigbee网络将数据信息汇聚到协调器节点，协调器节点利用usb接口将数据信息传输到上位机(pc)端，协调节点与终端节点之间通过路由器节点实现相互通信，通过人工智能技术对信息进行处理，再将处理后的结果“原路返
回”，即zigbee网络传输到现场控制执行模块，作用被控对象，实现自动调控。
54.请参照图5，本发明实施例中，终端节点模块包括多个终端节点，终端结点包括中央处理器模块和电源模块，终端节点分别与传感器模块、现场执行模块和路由节点模块通信连接，通过传感器模块中的各类传感器进行数据采集，将采集到的环境参数传送至终端节点后通过中央处理器模块进行a/d转换和数据处理，再通过zigbee网络将数据发送至路由节点模块，同时也接收路由节点模块发送来的控制指令，再将控制指令传输给现场执行模块。
55.本发明通过各类传感器进行数据采集，将采集到的环境参数传送至终端节点模块，实现对数据信号的a/d转换和数据处理，对环境参数进行分析和无线收发。即通过zigbee网络将数据发送至协调器节点，同时也接收协调器节点发送来的控制指令。
56.该终端节点模块主要由中央处理器模块、电源模块构成。中央处理器是整个节点硬件设计的核心模块，将直接影响到系统的功能、成本、功耗等诸多问题。考虑到养殖舍复杂环境和装置后续功能的拓展，选择中央处理器时，应优先考虑选择高性能的多核处理器，方便的数据访问，同时具有丰富的外设和外围接口等因素。
57.本发明终端节点的部署环境为禽畜养殖的养殖舍，地理位置一般较偏僻，环境状况较潮湿、污秽，基于安全性和生产成本的考虑，拟采用锂电池给终端节点中央处理芯片供电，同时兼顾为各类传感器供电。故该节点电源模块选择时，应考虑能够完全满足节点设备和各传感器电压的要求，应具有稳定的输出电压且可灵活调整等因素。
58.本发明实施例中，路由节点模块包括多个路由节点，路由节点与终端结点结构相同，路由节点分别与多个终端节点和协调节点模块通信连接，用于增加zigbee网络的通信距离。
59.考虑数据传输距离可能较远或传输过程中可能有阻隔等不利因素，本发明利用路由器节点模块来增加zigbee网络的通信距离，在数据传输过程中起到“桥梁”的作用。为保证数据收发正常和zigbee网络的方便组建，本发明关于路由器节点模块的设置，考虑和终端节点一样。
60.请参照图6，本发明实施例中，协调节点模块分别与多个路由节点和上位机模块通信连接，用于实现组建网络、设置网络参数，分配各个节点的网络地址，接收和保存来自传感器的现场环境参数，实现向终端节点传输调控指令、与上位机通信功能。
61.请参照图7，本发明实施例中，上位机模块包括含实时监控模块、数据管理模块、系统管理模块和人工智能处理模块软件功能的电脑；
62.上位机软件设计主要包括两个部分的工作，一个是人工智能在系统中的应用设计，其次是上位机可视化界面的设计与实现。在本项目中，协调器节点通过串口与上位机连接，将数据传输至上位机，上位机利用人工智能技术，对各个传感器采集的数据进行智能处理，处理后给出控制信号，作用在终端控制执行模块对环境进行智能调控；同时利用专家知识对当前所处的环境做一个智能评估，并将评估的结果上传给云服务器，方便各用户掌握当前禽畜所处环境的优劣，严重时便于人工调控。上位机可视化界面的开发，可以更有效的管理采集到的数据，并且以更加直观的方式显示出来。这样的方式可以更加高效的利用节点的资源，提高网络质量和监测的效果。
63.实时监控模块包括养殖舍环境数据采集功能，将采集的环境数据绘制成图表功
能，在采集的环境数据值到达预设阈值后发出警报功能；
64.数据管理模块包括环境数据显示功能，环境数据查询功能，环境数据存储功能；
65.系统管理模块包括用户管理功能，密码管理功能，提示帮助功能，退出系统功能；打开软件后进入欢迎界面，设定两秒后进入系统安全管理界面，需要访问者输入用户名和密码才可以进入监控系统操作主界面。
66.人工智能处理模块包括对采集的养殖舍环境参数进行智能评价功能，对养殖舍的环境参数进行智能调控功能，并根据智能调控结果生成控制信号经zigbee模块传输至现场执行模块，对养殖舍环境参数进行调整。
67.智能化环境调控模块根据各种传感器采集的数据和智能算法，利用终端控制执行模块对环境进行调控，使禽畜生活在优良的环境中。而智能化环境评价模块就是根据当前数据做智能化处理，对当前环境做一个智能评估，方便用户对养殖环境总体把握，实现远程监测。
68.通过zigbee网络传过来的现场环境信息，一方面经过上位机中的环境调控模块进行智能处理，再将其输出的控制信息经过zigbee网络传输到现场控制执行模块，最后由终端控制执行模块调节养殖舍的环境条件；另一方面现场环境信息经过评价模块智能处理，得到环境评价结果，方便用户对养殖场环境状况进行监控。
69.本发明实施例中，上位机模块还包括通信模块，用于将人工智能模块中的智能评价结果通过互联网上传给云服务器，用户通过移动设备与云服务器连接，实现远程监测养殖舍环境功能。
70.请参照图8，本发明采用云端服务器，实现了智慧养殖，体现了“互联网 ”的思想。利用云端服务器可使供货商、管理者、购买者相互沟通，满足市场需求，使消费具有互动性；优化了消费结构，使消费更具有合理性；扩展了消费范围，使消费具有无边界性；改变了消费行为，使消费具有分享性；丰富了消费信息，使消费具有自主性。养殖场可根据实际情况提供给供货商和购买者部分信息，实现信息共享；亦可根据实际情况，与其他农户或企业合作，共享部分信息，共建生态圈，实现良性循环，并可由此扩大供货渠道和销售渠道。除此之外，云端服务器将养殖舍的情况以清晰明了的方式传递给用户，方便养殖舍的监管。
71.为了使用户可以随时随地的掌握到养殖舍内的环境状况，本发明采用具有移动终端功能的安卓手机客户端，用户可通过手机app对养殖舍环境进行实时远程监测。此设计将大大减少用户养殖所需花费的时间、精力，并且可真正做到对环境的了如指掌。
72.本发明开发的客户端主要包括客户端实时数据的获取功能，采用gprs/3g/4g通信网络访问云端服务器，连接android手机客户端，方便接受养殖舍内的环境数据。针对手机客户端和外部网络之间进行数据交流手段，采取socket传输协议。
73.请参照图9，当手机客户端接收服务器的数据时，需要首先判断socket的状态，如果socket是活跃状态，则采取调用函数的方法从服务器中获取养殖舍环境数据，显示在android手机客户端界面上；如果socket处于关闭状态，则立即跳出数据获取程序，并进入休眠模式，时间设置为t，时间一到，则返回判断socket的状态，如此循环。
74.请参照图10，综上所述，本发明提供了一种养殖舍环境监控系统，该系统通过传感器模块采集与禽畜养殖有关的环境信息，经zigbee模块将信息传送给上位机模块。在上位机中对信息进行处理，并根据采集的信息发出控制信号，通过zigbee模块传输至现场执行
模块控制各种设备对养殖舍环境进行改进，同时根据需要将处理后的信息传送给云端服务器进行储存，用户可通过手机app查看云端服务器上的养殖舍环境信息。
75.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所描述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。