基于物联网的掌上智能智控鸡舍设计

纪云烽，刘丽华，孙菲阳，司钧文，房明琪，胡毓

(辽宁科技学院 电气与信息工程学院 ，辽宁 本溪 117004)

近年随着外来资本纷纷投入养殖业，他们带来了资金多元化的理念，但同时产生我们现有自动化水平、管理水平跟不上等一系列问题。基于这些问题，结合当今畜牧畜禽业环境控制灵活性差、人力投入成本高、效率低下、质量不均等情况，导致养殖业成为我国农业发展的障碍，无法实现家禽养殖优质、高效、生态与安全的效果，为此本文介绍了最新设计的智能智控鸡舍。此鸡舍利用Zigbee组网技术，WIFI技术、传感器技术、物联网技术，对温湿度、有毒气体、声音分贝大小等进行实时监测，并且还可以统计装置每日的产蛋量，为养殖人员提供决策性依据，大大提高了养殖效率，具有商业化、智能化、一体化。

1 系统设计方案

文章所设计的基于物联网的智能智控鸡舍的设计包括软件模块和硬件模块两部分，并严格遵循物联网的三层设计结构。感知层是用各种传感器，来实现感知水位、压力、噪声的变化；传输层的设计考虑到传感器之间的通信，利用了ZigBee通讯协议建立各硬件的联系。同时应用层还需要配套的APP来显示具体信息。具体方案如下：

1.1 系统的模块设计

1)硬件模块

(1)核心处理器部分：采用微控制器STM32F407系列，集成度高，具有超强的性能。

(2)供电部分：考虑系统的实际部署，系统采用220V市电作为电源总输入，配合一个反激式开关电源实现220V-5V的电压变化。

(3)传感器部分

水位传感器：采用红外光学原理，通过光学传递对待检测的水位进行判别，从而将液位信号转换为电信号进行输出，只需要对一个单片机IO口进行初始化即可。

压力传感器：薄膜片式压力传感器，由于其特殊的构造，该传感器具有及其灵敏的测量能力，用于鸡蛋的计数〔1〕。

噪声传感器：选用PG-760ZY串口噪声模块，与压力传感器模块类似，直接输出噪声数据，实现对鸡舍的噪声实时监控。

(4)单片机〔2〕：使用STM32单片机，是嵌入式系统的核心部分，拥有极高的I/O利用率，具有高性能、低成本、低功耗的功能。

(5)WIFI传输;选用ESP8266模块，获取鸡舍内的信息。

图1 硬件模块设计总图

2)软件模块

采用Android语言〔3〕开发，后台数据库基于SQLite数据库搭建。包括实时环境监测、自动控制与报警、实时数据显示、大数据分析、智能交互等五部分。

(1)实时环境监测〔4〕:实时显示各种传感器数值，不同数据颜色表示不同的监测状况，以水位传感器为例，当水位在合理范围之内时，监测数据正常表示水位值，呈现灰色。一旦水位线达到阂值时，数据颜色变为红色，并触发安全报警系统，提醒养殖人员。

(2)自动化设备控制:各种传感器的监测都有自己单独的开关，打开的时候这一类传感器检测，关闭的时候这一类传感器不监测且不发出警报。自动化设备控制不同的自动化设备控制器，取代传统的电控方式，实现灯光控制、自动清粪等。

(3)实时数据显示:通过手机App实时展示鸡棚内各种环境信息。

(4) 大数据分析:根据手机APP，对水位、噪声、产蛋量等数据进行分析，实现对鸡舍的自动化管理，手机界面设计如图2所示。

图2 手机APP界面设计图

(5)智能交互:通过互联网和大数据的支持实现智能推送。

3)软硬件通信设计

本文所设计的基于物联网的智能智控鸡舍具有WIFI通讯和ZIGBEE通讯两种方式，为了满足WIFI通讯，选用ESP8266模块，并在内部设置TCP/IP协议栈；为了实现ZIGBEE自组织网通信，选用CC2530ZIGBEE模块，实现点到点的通讯，该模块灵活性高，覆盖范围强，并提供安全性高的AES-128加密算法。采用这两种技术，更好地实现了硬软件之间的通信。

图3 中控系统框图

1.2 功能描述

1)主要功能

(1)利用传感器技术实现温湿度监测、有毒气体检测、压力检测、分贝监测环境并进行实时监控〔5〕。

(2)采用监测系统，监测一段时间周期的产蛋量并进行大数据分析，通过对各类鸡的产蛋数据和销售数据进行分析，从而实现对养鸡品种的精确推荐和最大利润化。

(3)采用Zigbee组网作为传感器和中控通讯的方式。与TCP/IP协议依托的以太网或者WIFI所不同的是，Zigbee是一种近距离、复杂度较低、传输速度快、成本极低的无线通讯方式。

2)辅助功能

(1)实现水环境调控报警，电机设备自动调控。

(2)自动监测有害气体浓度，当有害气体浓度超标时自行启动清粪。

2 结束语

基于物联网的掌上智能智控鸡舍系统通过这些功能的实现，可以在不同位置了解鸡舍环境参数，以及蛋鸡生产质量，及时预警,提高鸡舍饲养管理水平，应用前景广阔。自动化技术与物联网技术的有效结合，是畜禽养殖业领域里的一场革命，实现了劳动密集型产业向产业化、智能控制方向发展，智能化将会使物联网技术走向更深远的道路、形成更大的突破！