羊养殖智能化系统研究

李卫卫刘成忠

（1.甘肃农业大学工学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃兰州 730070）

羊养殖智能化系统研究

李卫卫1刘成忠2

（1.甘肃农业大学工学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学信息科学技术学院，甘肃兰州 730070）

为了养殖场的智能化管理、羊肉安全提供可靠的数据及减少人工劳动力，开发出通过WEB界面、后台数据设计、各种传感器和执行元件对养殖场的环境进行监控和测量的系统。该系统通过ZigBee技术进行组网通信上传到WEB服务器中，用户可以通过Web界面，对养殖厂的环境、羊只和办公进行详细的操作，实现采集与办公一体化，可以提高羊养殖场的管理效率和生产能力，为以后发展和研究提供便利。

ZigBee；智能化养殖场；数据库

随着智能技术的发展，养殖场也逐渐向智能化、信息化和安全化的方向发展。肉羊的生长周期长达6个月，规模正在不断扩大，这就使得智能化系统不仅要对养殖场的环境因素进行采集，还要与办公平台结合起来。国内有许多学者在不断研究智能化系统，如姜荣昌［1］研究了畜舍养殖厂环境的无线监测和查询；毕春光等［2］设计出了利用ZigBee技术测量兔舍温度的设计；李浩［3］研究了利用RFID识别奶牛个体体征信息，并设计出奶牛精养饲料计划；白忠贺［4］研究了使用FRID通过物联网对肉品追溯的系统。这些系统只是采集一些环境因素和个体因素，没有和智能办公平台结合。故本文提出一种采集信息（主要是体重）和办公平台结合起来的系统。

1 采集系统的设计

采集系统是由五大部分组成，分别为数据采集节点，执行节点、无线通信、数据库和Web设计界面。数据采集节点是各种环境传感器和个体识别节点组成。控制节点主要来控制羊养殖场各个可执行的电磁阀开关和电动机。无线通信是通过ZigBee技术将数据传输到数据库中，数据库是用来存放由采集节点采集的数据、生成羊只档案和办公数据，并通过Web服务器显示到用户界面上。智能化羊养殖厂系统整体框架如图1所示。

1.1 采集节点及执行节点的设计

数据采集节点主要由两部分组成：环境监测和个体监测。环境监测是监测羊场中各个指标（温湿度，氨气，光照和二氧化碳）是否符合羊生长的环境，并通过CC2530节点传输到协调节点中进而传输到数据库中，并与用户设定的数据比较；个体监测主要监测羊只每天的生长状况，本文主要对个体体重做出说明。

图1 整体框架图

为了保证羊体的健康，对羊的个体监测主要有羊的运动量、羊体表温度、饲养量和每天体重增长量。RFID射频识别技术，又称RFID，通过利用射频技术来识别目标信息并读取，读取过程中具有快速、准确且无需与目标接触的特点［5］。把RFID的标签打在羊耳中，RFID读写器连接到单片机，进行与单片机通信，作为单片机识别羊个体的电子标签。羊的运动量传感器和羊体表温度固定到羊的颈部来测量羊的运动量和体温，把数据到传送到单片机节点中，实时监测羊的运动量和体温。在羊场特定的位置设定若干饲养装置如图2所示，当羊到达测量装置的位置时，RFID自动识别电子耳标，如果识别到此羊已经进过食且达到上限，自动门则不会打开，否则自动门打开。首先，第1个自动门打开，测量羊进入时的重量，进食前的体重记为X1；然后，第2个自动门打开，羊进入饲料点进食，等待羊采食完毕之后，出口的第2个自动门打开，测量出羊进食后的重量，记为X2；最后，出口的第1个自动门打开，羊完成采食的过程，当次采食量为X=X2-X1。羊在每天会多次进行采食，从而测得羊每天进食的总量和每天体重增长量，作为追溯数据和成本价的依据。

图2 饲养装置

执行节点根据养殖实时的参数和用户在数据库中设定的参数，来进行详细的调节。如用户设定养殖场的温度不大于30℃，当温度大于30℃时，吹风机开始工作。执行节点本系统主要控制吹风机、抽风机、窗帘电动机、水电子磁阀等。

1.2 采集数据传输设计

本系统以CC2530为主控芯片，把各个节点用树型的方式组成ZigBee无线网络系统。在树型无线网络系统有3种节点，分别是终端节点、路由节点和协调节点［6］。羊养殖场智能控制系统无线网连接结构图如图3所示。

图3 无线网络结构图

终端节点主要负责采集环境参数和羊体参数，在闲时可以进行休眠来降低功耗。终端节点首先把传感器和终端节点初始化；其次，搜索可用网路并加入向路由节点发送本节点的物理地址，等待路由节点确定，路由节点确定完之后绑定节点成功；再者，节点接收到路由节点绑定成功信号之后，采集本节点测量的数据和进行误差的初步处理并向路由节点发送处理好的数据，等待发送成功的回执信号；最后，根据实际需要决定终端节点是否进入休眠状态。

路由节点主要负责由终端节点发送的数据向协调节点过渡的作用，路由节点可以直接采集各类参数，本文路由节点不参与数据采集，不可以进入休眠状态。路由节点的工作过程：首先，路由节点在初始化完成后，加入网络并向协调节点发送本路由节点的物理地址并请求转发数据；其次，等协调节点允许给路由节点转发数据之后，下达终端节点可以发送数据命令；最后，接收终端节点数据，并转发，如果转发成功则等待下次终端节点请求发送数据命令，否则等一段时间再次转发。

协调节点是整个数据传输的中心点，主要负责网络的建立和转发路由节点发送的数据，协调节点没有数据采集功能，也不可以进入休眠。协调器的工作过程：首先进行初始化，建立网络群并监听是否有节点加入；其次，监听到路由节点请求入网指令，则下达入网允许并允许发送数据；再者，接收到路由节点数据，并检验数据的有效性；最后，将收到的路由节点的数据通过串口发送到数据库中。

2 智能办公平台的设计

本系统的数据库使用的软件是SQL Sever 2014，采用B/S模式（浏览器/服务器模式）的数据应用系统，这种模式是由数据库层、WEB服务器层和WEB浏览器3层组成的。相比C/S，有方便、开发简单、维护简单等优点。

2.1 办公平台数据库设计

数据库主要为了生成羊只档案和智能办公数据，是网站的核心部分，本系统根据养殖厂养殖环节的办公需要，主要分为羊只管理、羊舍管理、药物管理、疾病预防、饲料管理，人事管理、通知管理和环境监测等八部分，养殖场人员可分场主、饲养人员、技术人员和兽医人员，故在数据库中设计了五大类角色，并设定不同权限，实现办公的智能化。

2.2 Web界面设计

Web界面是人机交互界面，本系统Web界面采用的是C#语言来进行编写的，Web界面可分为登陆界面、信息管理界面和养殖场监控界面。登陆界面不仅对养殖场信息安全有保障，还可以区分登陆人员的权限。信息管理界面分为人事管理界面和羊只信息管理界面，人事管理界面主要针对场主开放，主要管理养殖厂人员变动问题；羊只信息管理界面主要负责显示羊的各种信息，并可以添加和修改羊只档案信息。养殖监控界面是收集养殖场环境信息和控制执行节点的界面。同时，系统具有移动访问办公的功能，Web界面总体框架图如图4所示，部分界面如图5所示。

图4 WEB总体框架图

图5 WEB界面之羊异常登记界面

3 结语

本文系统设计的羊养殖场是以CC2530无线单片机为主控元件，使用多种传感器采集养殖厂环境参数，利用无线通信组网技术对数据传输和控制节点，将这些数据和办公平台良好地结合在一起，在管理层使用B/S模式，同时可以实现移动办公。本系统可以基本可以实现羊场管理的信息化，提高养殖场各项工作的效率和质量，创造明显的经济和社会效益，为追溯数据的研究提供依据。故本系统可以满足智能一体化养殖场基本的要求，为规模化养殖的智能化提供良好的思路。

［1］姜荣昌.畜舍养殖环境监测系统的设计与实现［D］.哈尔滨：东北农业大学，2013.

［2］毕春光，刘欣伟，任东波.基于ZigBee和GPRS网络的兔舍无线温度监测系统设计［J］.湖北农业科学，2014（18）：4434-4436.

［3］李浩.基于物联网技术的奶牛饲喂策略研究［D］.上海：上海交通大学，2014.

［4］白忠贺.基于物联网技术的肉品追溯系统研究［D］.南京：南京邮电大学，2013.

［5］何杰.RFID在原生态养殖中的应用研究［J］.现代农村科技，2015（6）：44-45.

［6］吴玉厚，姚金梅，陈士忠.基于ZigBee技术无线传感器网络节点研究［J］.沈阳建筑大学学报（自然科学版），2012（4）：735-741.

Research on Sheep Breeding Intelligent System

Li Weiwei1Liu Chengzhong2
（1.College of Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070；2.College of Information Science and Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070）

In order to realize intelligent management of livestock farms,provide reliable data for mutton safety,and reduce labor force,the intelligent system that can monitor and measure the environment of livestock farm through Web interface,backend data design,all kinds of sensors and actuators was developed.The measured and monitored environment parameters can be uploaded to the Web server through ZigBee-based networking.Thus,the users can manage the farm environment,sheep and office work through the Web interface.This system that integrates data collecting and office work was developed to improve management efficiency and productivity of sheep farms,so as to facilitate development of sheep farms and future research.

ZigBee；intelligent farm；database

TP393.09；S818.9

A

1003-5168（2017）04-0062-03

2017-03-11

李卫卫（1992-），男，硕士，研究方向：农业信息化。

刘成忠（1969-），男，博士，副教授，研究方向：智能决策支持系统。