1. 概述

1.1. 背景

隨著人口的增長和社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口不斷增多，人們收入不斷提高，對家禽產(chǎn)品的需求也急劇增加。目前全球家禽行業(yè)正在迅速發(fā)展，尤其在發(fā)展中國家發(fā)展迅猛。

我國隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，規(guī)?；仪蒺B(yǎng)殖發(fā)展迅速。養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，家禽生產(chǎn)發(fā)生了質(zhì)的變化，逐步發(fā)展成為一個獨立產(chǎn)業(yè)。改革開放二十年來，我國肉類產(chǎn)量以每年10%以上的速度遞增;奶類和禽蛋也以突飛猛進的速度增長，年遞增率均在10%以上。1986年,我國的禽蛋產(chǎn)量首次超過美國，1991年，我國的肉類總產(chǎn)量首次超過美國，從1991年開始，我國肉類產(chǎn)量和禽蛋總產(chǎn)量連續(xù)幾年保持世界第一。家禽業(yè)在發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟中的作用越來越為各級政府所重視，在許多地方被列為支柱產(chǎn)業(yè)，成為農(nóng)民收入的重要來源。家禽業(yè)養(yǎng)殖方式和養(yǎng)殖規(guī)模發(fā)生了重大變化。過去的家禽業(yè)多為分散經(jīng)營，在農(nóng)村中僅作為副業(yè)生產(chǎn)。近十多年來，規(guī)模化家禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為一個獨立行業(yè)。

殖業(yè)的迅猛發(fā)展，滿足了人們對肉蛋奶的需求，并對發(fā)展我國的經(jīng)濟，提高城鄉(xiāng)居民生活水平做出了較大貢獻，但養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展同時已經(jīng)造成我國新的環(huán)境污染問題。家禽楊業(yè)業(yè)產(chǎn)生的污染物主要有糞便，污水，和惡臭三個方面，家禽糞便中與大量的病原微生物、致病菌、寄生蟲卵并可滋生蚊蠅，惡臭氣體中含有大量硫化氫。氨、醇、甲烷等多種有機物質(zhì)，嚴重影響了空氣質(zhì)量，這些氣體刺激認出呼吸道，一起呼吸道疾病導致家禽生產(chǎn)力下降

同時養(yǎng)殖往往受養(yǎng)殖品種、飼料種類和質(zhì)量、疫病、生長環(huán)境和管理水平等因素的影響，致使中國養(yǎng)殖業(yè)一直發(fā)展不強大。所以科學養(yǎng)殖顯得尤為重要，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合起來，能讓養(yǎng)殖戶在第一時間感知到養(yǎng)殖環(huán)境及牲畜生長變化，從而及時作出補救。一方面，使牲畜的生長環(huán)境一直保持在最佳狀態(tài)，保證牲畜身體健康生長速度。兩一方面，遠程監(jiān)控，自動化控制，大大降低人工成本。

1.2. 建設(shè)目標

物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在養(yǎng)殖生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)中的具體應(yīng)用。具體講就是運用各類傳感器，廣泛采集大田種植、設(shè)施園藝、家禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流等相關(guān)信息;通過建立數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換方法，集成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的多尺度(個域、視域、區(qū)域、地域)傳輸;最后將獲取的海量農(nóng)業(yè)信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的過程監(jiān)控、科學管理和即時服務(wù)，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的目標。

養(yǎng)牛產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)主要受養(yǎng)殖品種、飼料種類和質(zhì)量、疫病、生長環(huán)境和管理水平等因素的影響。其中環(huán)境因素所起的作用約占20%-30%。圈舍環(huán)境因素包括溫度、濕度、噪聲、光照、有害氣體等。環(huán)境因素對養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)的重要影響作用已被國內(nèi)外大量的科學實驗和生產(chǎn)實踐所證實。

基于物聯(lián)網(wǎng)的家禽智能養(yǎng)殖系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，圍繞設(shè)施化家禽養(yǎng)殖場生產(chǎn)和管理環(huán)節(jié)，通過智能傳感器在線采集養(yǎng)殖場環(huán)境信息(二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度等)，同時集成改造現(xiàn)有的養(yǎng)殖場環(huán)境控制設(shè)備，實現(xiàn)家禽養(yǎng)殖的智能生產(chǎn)與科學管理。養(yǎng)殖戶可以通過手機、PDA、計算機等信息終端，實時掌握養(yǎng)殖廠環(huán)境信息，及時獲取異常報警信息，并可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，遠程控制相應(yīng)設(shè)備，實現(xiàn)健康養(yǎng)殖、節(jié)能降耗的目的。

2. 項目整體設(shè)計

2.1. 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)分為終端應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理平臺、網(wǎng)絡(luò)傳輸和自動采集/終端控制四部分。

系統(tǒng)示意圖

2.2. 物聯(lián)網(wǎng)拓撲圖

家禽圈舍物聯(lián)網(wǎng)拓撲圖

2.3. 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)

一、 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)將采用B/S架構(gòu)，B/S是Brower/Server的縮寫，客戶機上只要安裝一個瀏覽器(Browser)，如Netscape Navigator或Internet Explorer，就可以操作系統(tǒng)。

B/S最大的優(yōu)點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件。只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零維護，系統(tǒng)的擴展性強。

二、 系統(tǒng)設(shè)計模式

系統(tǒng)將采用MVC模式設(shè)計，及模型(model)-視圖(view)-控制器(controller)，MVC模式是用一種業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業(yè)務(wù)邏輯。MVC設(shè)計模式具有耦合性低、重用性高、生命周期成本低、可維護性高、有利軟件工程化管理等優(yōu)點。

Model：負責當前應(yīng)用的數(shù)據(jù)獲取與變更及相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。

View：負責顯示信息。

Controller：負責收集轉(zhuǎn)化用戶的輸入。

2.4. 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)將采用J2EE、EJB等基于JAVA的跨平臺技術(shù)。數(shù)據(jù)庫采用MY SQL。

2.5. 系統(tǒng)運行環(huán)境

一、服務(wù)器端

1、操作系統(tǒng)：Linux系統(tǒng);

2、數(shù)據(jù)庫：MYSQL。

二、用戶端

1、系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，支持安裝模式的客戶端應(yīng)用擴展;

2、PC端支持WindowsXP及以上版本操作系統(tǒng)，支持主流瀏覽器(包括：IE、360、搜狐等);

3、智能終端，支持安卓Android系統(tǒng)，支持4.0以上版本。

2.6. 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計原則

1、應(yīng)用系統(tǒng)需采用模塊化設(shè)計，單一模塊出現(xiàn)故障應(yīng)不影響其他模塊的正常工作。同時，可以方便的增加新的應(yīng)用系統(tǒng);

2、系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮用戶使用便捷的因素，因此要求系統(tǒng)支持互聯(lián)網(wǎng)、手機等多種應(yīng)用模式和方式;

3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計時應(yīng)考慮數(shù)據(jù)接口的安全性和統(tǒng)一性，一方面要保證數(shù)據(jù)的相對安全，一方面還要為以后增加新的應(yīng)用系統(tǒng)提供便捷的數(shù)據(jù)接口。同時，數(shù)據(jù)要建立冗余機制。

2.7. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用原則

a) 實用性

針對目前養(yǎng)殖環(huán)境指標監(jiān)測困難、手段落后等缺點，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時監(jiān)測大棚種植信息，真正做到精準監(jiān)測、精細生產(chǎn)和科學管理?？紤]到系統(tǒng)用戶的大眾性，軟件應(yīng)具有易學易用的特點。用戶通過培訓能夠獨立對系統(tǒng)進行維護、調(diào)整和擴展，最大限度減少對系統(tǒng)開發(fā)商的技術(shù)依賴。

b) 適應(yīng)性

系統(tǒng)采用技術(shù)成熟、成本易控制的傳感、視頻、智能手機等其他設(shè)備為信息輸入端，信息通過互聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等有序集成。以種植環(huán)境信息實時采集、后臺自動運算與傳輸為基礎(chǔ);從而實現(xiàn)以自動監(jiān)測、遠程控制、視頻控制為一體的綜合管理平臺。

c) 共享性

為經(jīng)營農(nóng)業(yè)的企業(yè)提供信息管理平臺數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)管理信息共享和生產(chǎn)調(diào)度指揮，做到數(shù)字化管理，提升精耕細作管理水平，并為種植戶提供生產(chǎn)和農(nóng)資信息服務(wù)。

3. 物聯(lián)網(wǎng)組成

3.1. 監(jiān)測體系

3.1.1. 環(huán)境信息采集儀器

本系統(tǒng)針對目前家禽養(yǎng)殖舍環(huán)境指標監(jiān)測困難、手段落后等缺點, 將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到家禽養(yǎng)殖領(lǐng)域，以終端模塊作為物聯(lián)網(wǎng)的感知層。采集養(yǎng)殖舍內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳和光照度等環(huán)境參數(shù)，并通過監(jiān)控攝像頭，可實時查看家禽生長信息，利用以太網(wǎng)、GPRS、3G/4G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，實時將大棚環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)揭怨芾碥浖脚_為核心的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，實現(xiàn)大棚內(nèi)環(huán)境信息的實時監(jiān)測。即使種植農(nóng)戶身在外地也可以通過互聯(lián)網(wǎng)、手機實時查看大棚里信息。

根據(jù)圈舍實際情況，在圈舍安裝無線空氣溫濕度傳感器，安裝無線氨氣傳感器，安裝無線硫化氫傳感器等。實時采集圈舍空氣溫濕度、氨氣、硫化氫等環(huán)境信息。

3.1.2. 視頻監(jiān)控

作為家禽管理生產(chǎn)的人員而言，僅僅數(shù)值化的物物相聯(lián)并不能完全營造牛的最佳生長條件。視頻與圖像監(jiān)控提供了更直觀的表達方式。家禽生長環(huán)境的不均勻性決定了信息獲取上的先天性弊端，而很難從單純的技術(shù)手段上進行突破。視頻監(jiān)控的引用，直觀地反映了家禽生長的實時狀態(tài)，引入視頻圖像與圖像處理，既可直觀反映家禽的生長態(tài)勢，也可以側(cè)面反映出家禽生長的整體狀態(tài)及營養(yǎng)水平?？梢詮恼w上提供更加科學的家禽養(yǎng)殖決策理論依據(jù)。

安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，通過光端機、光纜等傳輸設(shè)備將高清視頻信息傳輸至監(jiān)控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)管理生產(chǎn)的人員在監(jiān)控中心實時監(jiān)測家禽的飼料剩余量。

采用視頻監(jiān)控技術(shù)，可直觀反映家禽的生長環(huán)境和動態(tài)，通過觀察視頻畫面可以在線監(jiān)控家禽的行為，對于突發(fā)情況的處理提供了依據(jù)。

圈舍安裝視頻監(jiān)控，實現(xiàn)無死角化監(jiān)控。通過分布式布置監(jiān)控設(shè)備實現(xiàn)對整個圈舍的監(jiān)控管理，在監(jiān)控機房加裝網(wǎng)絡(luò)硬盤刻錄機視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。使家禽管理人員通過電腦視頻畫面就能直觀的看到家禽。

3.1.3. 環(huán)境智能控制系統(tǒng)

環(huán)境智能控制器實現(xiàn)風機、水閥、濕簾、補光等設(shè)備的全自動化監(jiān)控和管理。根據(jù)實際需求，在圈舍分別配置智能控制器。

采集環(huán)境參數(shù);

查看設(shè)備實時運行狀態(tài);

遠程自動化管控設(shè)備;

智能分析，實現(xiàn)智能控制。

設(shè)備自帶觸摸屏，通過點擊系統(tǒng)按鈕、或者操作鼠標即可實現(xiàn)對種植設(shè)備的遠程自動化控制。通過對設(shè)備所采集的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)進行計算分析，生成設(shè)備的控制指令，再通過通訊鏈路傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備控制器中，即可實現(xiàn)自動生產(chǎn)。如自動通風、供水等。

通過在圈舍加裝的智能設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，再遠程傳輸數(shù)據(jù)至家禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)平臺，進行數(shù)據(jù)過程分析、統(tǒng)計分析，最終用戶通過PC或智能手機即可隨時隨地實現(xiàn)實時監(jiān)控、遠程控制等。

3.2. 家禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)軟件

家禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)監(jiān)測、報警、控制、數(shù)據(jù)輸出等一體化管理平臺。通過在線監(jiān)測家禽生長的環(huán)境信息，調(diào)控圈舍的生長環(huán)境條件，以實現(xiàn)家禽的健康生長和繁殖，從而提高家禽的生產(chǎn)率，節(jié)省人工成本，提高家禽肉質(zhì)品質(zhì)。

系統(tǒng)主要功能包括：圈舍實時數(shù)據(jù)展示，數(shù)據(jù)整合，圈舍舍智能控智制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)整合分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上報和預警等功能。

1、智能監(jiān)控系統(tǒng)：自動監(jiān)控、手動監(jiān)控、視頻監(jiān)控、監(jiān)控信息采集等功能。自動監(jiān)控，系統(tǒng)可按養(yǎng)殖區(qū)域、品種、傳感器名稱自動采集空氣溫濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、光照強度等環(huán)境參數(shù)，并自動生成變化曲線圖。數(shù)據(jù)以圖表、數(shù)字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環(huán)境數(shù)據(jù)。

2、手動監(jiān)控：可選擇養(yǎng)殖區(qū)域所有傳感器的同時手動即時數(shù)據(jù)采集。

3、視頻監(jiān)控：多通道同屏展示，可遠程操作攝像頭角度、變焦、變倍、光圈等參數(shù)。

4、自動控制：可以遠程設(shè)定風機、水閥、天窗、濕簾等電氣設(shè)施的工作狀態(tài)。

5、預警提醒：設(shè)定各傳感器參數(shù)報警區(qū)間閥值。系統(tǒng)監(jiān)控圈舍內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，跟設(shè)定的正常范圍比較，異常的自動報警。

6、用戶管理：可查看所有系統(tǒng)登錄賬戶的情況及登錄記錄以及新增不同權(quán)限用戶。

7、信息查詢：包括歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)對比分析、歷史數(shù)據(jù)備份、報警信息查詢、設(shè)備狀態(tài)查詢、用戶日志查詢。

3.3. 家禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

隨著智能手機的普及，移動互聯(lián)網(wǎng)已取代傳統(tǒng)的PC互聯(lián)網(wǎng)。移動互聯(lián)網(wǎng)的主要載體是手機或平板，但要真正實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)還必須通過手機應(yīng)用程序(即APP)，開發(fā)APP版家禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，使管理員可以隨時隨地用手機對圈舍的管理和監(jiān)控，方便管理。

APP系統(tǒng)主要功能包括：圈舍實時數(shù)據(jù)展示，數(shù)據(jù)整合，圈舍智能控智器、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)上報和預警等功能。

1、智能監(jiān)控包括自動監(jiān)控、手動監(jiān)控、視頻監(jiān)控、監(jiān)控信息采集等功能。自動監(jiān)控可按養(yǎng)殖區(qū)域、品種、傳感器名稱自動采集空氣溫濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、光照強度等環(huán)境參數(shù)，并自動生成變化曲線圖。數(shù)據(jù)以圖表、數(shù)字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環(huán)境數(shù)據(jù)。

2、手動監(jiān)控可選擇養(yǎng)殖區(qū)域所有傳感器的同時手動即時數(shù)據(jù)采集。

3、視頻監(jiān)控：多通道同屏展示，可遠程操作攝像頭角度、變焦、變倍、光圈等參數(shù)。

4、自動控制：可以遠程設(shè)定風機、水閥、天窗、濕簾等電氣設(shè)施的工作狀態(tài)。

5、預警提醒：設(shè)定各傳感器參數(shù)報警區(qū)間閥值。系統(tǒng)監(jiān)控圈舍內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，跟設(shè)定的正常范圍比較，異常的自動手機報警。

6、用戶管理：可查看所有系統(tǒng)登錄賬戶的情況及登錄記錄以及新增不同權(quán)限用戶。

7、信息查詢：包括歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)對比分析、歷史數(shù)據(jù)備份、報警信息查詢、設(shè)備狀態(tài)查詢、用戶日志查詢。

3.4. 家禽養(yǎng)殖生產(chǎn)管理系統(tǒng)

家禽養(yǎng)殖生產(chǎn)管理系統(tǒng)，基于Android開發(fā)的移動智能終端，用于圈舍管理，管理員通過本終端，記錄日常喂養(yǎng)飼料、喂水、疫苗接種、出糞、死亡、淘汰等現(xiàn)場信息，提交以后，數(shù)據(jù)直接傳到家禽養(yǎng)殖生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺。