1. 概述

1.1. 背景

隨著人口的增長和社會經濟的發(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。

我國隨著農村產業(yè)結構調整，規(guī)?；仪蒺B(yǎng)殖發(fā)展迅速。養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，家禽生產發(fā)生了質的變化，逐步發(fā)展成為一個獨立產業(yè)。改革開放二十年來，我國肉類產量以每年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,我國的禽蛋產量首次超過美國，1991年，我國的肉類總產量首次超過美國，從1991年開始，我國肉類產量和禽蛋總產量連續(xù)幾年保持世界第一。家禽業(yè)在發(fā)展農村經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業(yè)，成為農民收入的重要來源。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)多為分散經營，在農村中僅作為副業(yè)生產。近十多年來，規(guī)?；仪蒺B(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，已經成為一個獨立行業(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)展同時已經造成我國新的環(huán)境污染問題。家禽楊業(yè)業(yè)產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，嚴重影響了空氣質量，這些氣體刺激認出呼吸道，一起呼吸道疾病導致家禽生產力下降

同時養(yǎng)殖往往受養(yǎng)殖品種、飼料種類和質量、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，將物聯網技術與養(yǎng)殖業(yè)結合起來，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. 建設目標

物聯網是物聯網技術在養(yǎng)殖生產、經營、管理和服務中的具體應用。具體講就是運用各類傳感器，廣泛采集大田種植、設施園藝、家禽水產養(yǎng)殖、農產品物流等相關信息;通過建立數據傳輸和格式轉換方法，集成無線傳感器網絡、電信網和互聯網，實現農業(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業(yè)信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現農業(yè)產前、產中、產后的過程監(jiān)控、科學管理和即時服務，進而實現農業(yè)集約、高產、高效、優(yōu)質、生態(tài)和安全的目標。

養(yǎng)牛產業(yè)生產主要受養(yǎng)殖品種、飼料種類和質量、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)生產的重要影響作用已被國內外大量的科學實驗和生產實踐所證實。

基于物聯網的家禽智能養(yǎng)殖系統(tǒng)利用物聯網技術，圍繞設施化家禽養(yǎng)殖場生產和管理環(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)，同時集成改造現有的養(yǎng)殖場環(huán)境控制設備，實現家禽養(yǎng)殖的智能生產與科學管理。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，并可以根據監(jiān)測結果，遠程控制相應設備，實現健康養(yǎng)殖、節(jié)能降耗的目的。

2. 項目整體設計

2.1. 物聯網網絡架構

系統(tǒng)總體架構分為終端應用、數據處理平臺、網絡傳輸和自動采集/終端控制四部分。

系統(tǒng)示意圖

2.2. 物聯網拓撲圖

家禽圈舍物聯網拓撲圖

2.3. 系統(tǒng)設計架構

一、 系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)將采用B/S架構，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)設計模式

系統(tǒng)將采用MVC模式設計，及模型(model)-視圖(view)-控制器(controller)，MVC模式是用一種業(yè)務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務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)務邏輯。MVC設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：負責當前應用的數據獲取與變更及相關的業(yè)務邏輯。

View：負責顯示信息。

Controller：負責收集轉化用戶的輸入。

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。數據庫采用MY SQL。

2.5. 系統(tǒng)運行環(huán)境

一、服務器端

1、操作系統(tǒng)：Linux系統(tǒng);

2、數據庫：MYSQL。

二、用戶端

1、系統(tǒng)采用B/S架構，支持安裝模式的客戶端應用擴展;

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. 物聯網設計原則

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

2、系統(tǒng)設計時應考慮用戶使用便捷的因素，因此要求系統(tǒng)支持互聯網、手機等多種應用模式和方式;

3、系統(tǒng)數據庫設計時應考慮數據接口的安全性和統(tǒng)一性，一方面要保證數據的相對安全，一方面還要為以后增加新的應用系統(tǒng)提供便捷的數據接口。同時，數據要建立冗余機制。

2.7. 物聯網技術采用原則

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，利用物聯網技術，實時監(jiān)測大棚種植信息，真正做到精準監(jiān)測、精細生產和科學管理。考慮到系統(tǒng)用戶的大眾性，軟件應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、調整和擴展，最大限度減少對系統(tǒng)開發(fā)商的技術依賴。

b) 適應性

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

c) 共享性

為經營農業(yè)的企業(yè)提供信息管理平臺數據采集，實現管理信息共享和生產調度指揮，做到數字化管理，提升精耕細作管理水平，并為種植戶提供生產和農資信息服務。

3. 物聯網組成

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, 將物聯網技術應用到家禽養(yǎng)殖領域，以終端模塊作為物聯網的感知層。采集養(yǎng)殖舍內空氣溫度、空氣濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳和光照度等環(huán)境參數，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、GPRS、3G/4G等網絡技術作為物聯網的網絡層，實時將大棚環(huán)境參數傳輸到以管理軟件平臺為核心的物聯網應用層，實現大棚內環(huán)境信息的實時監(jiān)測。即使種植農戶身在外地也可以通過互聯網、手機實時查看大棚里信息。

根據圈舍實際情況，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

作為家禽管理生產的人員而言，僅僅數值化的物物相聯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。

安裝高清網絡攝像機，通過光端機、光纜等傳輸設備將高清視頻信息傳輸至監(jiān)控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現管理生產的人員在監(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，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。

圈舍安裝視頻監(jiān)控，實現無死角化監(jiān)控。通過分布式布置監(jiān)控設備實現對整個圈舍的監(jiān)控管理，在監(jiān)控機房加裝網絡硬盤刻錄機視頻網絡服務器。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)境智能控制器實現風機、水閥、濕簾、補光等設備的全自動化監(jiān)控和管理。根據實際需求，在圈舍分別配置智能控制器。

采集環(huán)境參數;

查看設備實時運行狀態(tài);

遠程自動化管控設備;

智能分析，實現智能控制。

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

通過在圈舍加裝的智能設備進行數據采集，再遠程傳輸數據至家禽養(yǎng)殖物聯網平臺，進行數據過程分析、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實時監(jiān)控、遠程控制等。

3.2. 家禽養(yǎng)殖物聯網管理系統(tǒng)軟件

家禽養(yǎng)殖物聯網管理系統(tǒng)是基于物聯網技術，實現監(jiān)測、報警、控制、數據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，調控圈舍的生長環(huán)境條件，以實現家禽的健康生長和繁殖，從而提高家禽的生產率，節(jié)省人工成本，提高家禽肉質品質。

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

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，并自動生成變化曲線圖。數據以圖表、數字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環(huán)境數據。

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據采集。

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。

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

5、預警提醒：設定各傳感器參數報警區(qū)間閥值。系統(tǒng)監(jiān)控圈舍內溫度、濕度等環(huán)境參數，跟設定的正常范圍比較，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限用戶。

7、信息查詢：包括歷史數據查詢、歷史數據對比分析、歷史數據備份、報警信息查詢、設備狀態(tài)查詢、用戶日志查詢。

3.3. 家禽養(yǎng)殖物聯網管理系統(tǒng)

隨著智能手機的普及，移動互聯網已取代傳統(tǒng)的PC互聯網。移動互聯網的主要載體是手機或平板，但要真正實現移動互聯網還必須通過手機應用程序(即APP)，開發(fā)APP版家禽養(yǎng)殖物聯網管理系統(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：圈舍實時數據展示，數據整合，圈舍智能控智器、視頻監(jiān)控、數據統(tǒng)計分析系統(tǒng)、數據上報和預警等功能。

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，并自動生成變化曲線圖。數據以圖表、數字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環(huán)境數據。

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據采集。

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。

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

5、預警提醒：設定各傳感器參數報警區(qū)間閥值。系統(tǒng)監(jiān)控圈舍內溫度、濕度等環(huán)境參數，跟設定的正常范圍比較，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限用戶。

7、信息查詢：包括歷史數據查詢、歷史數據對比分析、歷史數據備份、報警信息查詢、設備狀態(tài)查詢、用戶日志查詢。

3.4. 家禽養(yǎng)殖生產管理系統(tǒng)

家禽養(yǎng)殖生產管理系統(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、淘汰等現場信息，提交以后，數據直接傳到家禽養(yǎng)殖生產管理系統(tǒng)平臺。