CN103297537A - 一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统。该系统通过采集系统中多点布局的采集节点采集鸡舍环境参数，并将数据通过ZigBee无线网络传输至上位机监控系统。同时，本发明的采集系统还包括若干个WiFi摄像头，WiFi摄像头采集的视频信息通过WiFi网络直接发送至上位机监控系统。上位机监控系统读取采集系统所发送的环境参数和视频信息，显示、分析数据并发出控制命令，该控制命令经ZigBee网络发送至下位机控制系统，下位机控制系统根据所接收的控制信息直接控制执行机构。本发明提供的一整套鸡舍环境智能监控的技术，可以很大程度地减少鸡禽养殖和管理的劳动成本，增加养殖户的经济效益。

Description

一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统

技术领域

本发明涉及家禽饲养领域，尤其涉及一种针对全封闭式养殖的育雏鸡舍环境智能监控系统领域。

背景技术

鸡禽业是我国农业中重要的产业之一。随着我国经济的发展，鸡禽养殖业也从原来的小规模、家庭式逐渐向大型化、专业化的养殖方式转变。现阶段，对于绝大多数中小型养殖户，控制鸡舍环境主要是靠养殖户的经验操作。

目前，国内针对鸡禽饲养环境监控系统已经有相当的研究，并且也取得了一定的成果，例如，北京九纯健科技发展有限公司近期推出的养殖场鸡舍猪舍环境综合监控系统，能满足基本的舍内环境参数控制，同时还可实现现场报警和总部监测主机远程控制功能，其不足之处在于每个鸡舍均需配备现场监控PC，直接导致成本过高，难以推广投用。另外，此系统的数据采集部分同样涉及多种传感器和多点布局，以致布线较难，不便扩展新的检测节点。因此，目前对于国内鸡禽养殖户而言，低成本高效率的监控系统是必然的选择。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，在不增加人力的前提下，解决现有传感器布线难、不易扩展和成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种鸡舍环境智能监控系统，主要包括数据采集系统、上位机监控系统、下位机控制系统和无线传输网络。

优选地，所述鸡舍环境智能监控系统还包括手机终端和远程PC，利用手机终端在鸡舍环境出现异常情况时可及时通知养殖户，养殖户也可使用远程PC登陆访问上位机查看鸡舍的环境参数和视频信息。

  所述手机终端包括短信报警和控制模块，所述上位机监控系统接收到的相关环境参数若超过给定的阈值时，则上位机通过GSM网络向养殖户手机发送该参数值，从而实现所述短信报警功能，另外养殖户可以使用手机通过GSM网络向上位机监控系统发送控制命令，及时调控鸡舍环境。

  所述远程PC是通过Internet网络登陆访问上位机读取当前的环境参数和查看视频信息，方便养殖户对鸡舍进行管理。

所述采集系统包括若干采集节点和相应的若干个显示模块，以及若干个WiFi摄像头。

   所述采集节点包括：温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、CH4传感器、H2S传感器和NH3传感器，其功能是将所述各传感器采集鸡舍环境的参数通过无线传输网络发送至所述上位机监控系统。

所述显示模块用于现场显示所述传感器采集到的数据。

所述WiFi摄像头是将视频信息通过无线传输网络中的WiFi网络传输至所述上位机监控系统，用于实时显示鸡舍内部情况。

  优选地，若无线传输网络的距离较远，可在养殖场相应的位置添加若干个ZigBee路由器和若干个WiFi中继器。

  所述上位机监控系统用于显示和储存采集系统所采集的数据以及视频，并通过模糊控制算法综合分析当前采集的参数值，得出控制命令。

   上位机监控系统中设有显示区、存储区和设置区，其中，   所述显示区是用于显示所采集到的温度、湿度，以及氨气、二氧化碳、硫化氢和甲烷的浓度信息，也可用于显示历史采集参数的波形曲线，以及所述WiFi摄像头采集的视频信息。

  所述存储区是用于存储采集到的鸡舍环境参数。

  所述设置区是用以供养殖户设定鸡舍环境的标准参数值，上位机监控系统根据该设定值发出控制命令至下位机控制系统，从而控制执行机构的动作。 

所述下位机控制系统包括微处理器CC2530以及多个执行机构，其功能是CC2530控制多个执行机构如加热装置、增湿装置、通风装置和清粪装置等；所述下位机控制系统接收到来自所述上位机监控系统发出的控制命令并执行相应的操作。

所述无线传输网络中的ZigBee自组织网络是由ZigBee采集终端、路由器和协调器组成，其功能分别为所述采集节点数据的发送、所述上位机监控系统数据的接收和控制命令的发送、所述下位机控制系统控制命令的接收。

优选地，ZigBee自组织网络的特征还在于，使得采集节点出现故障时能够快速愈合和增加新采集节点时能够快速组网，保证数据的稳定无线传输；另外，所述路由器可增加数据无线传输的距离。

  具体地，本发明使用无线传感器网络将采集节点采集到的数据和WiFi摄像头拍摄的鸡舍视频信息发送至上位机监控系统，上位机监控系统显示、分析数据和鸡舍视频信息，并经模糊控制算法得出控制命令，控制命令经ZigBee网络无线传输至下位机控制系统去控制执行机构如加热装置、增湿装置、通风装置和清粪装置。养殖户可以通过远程PC通过Internet网络登录访问上位机，以便查询环境参数和视频信息。另外，养殖户可用手机终端进行管理，若采集系统采集到的环境参数超过设定的阈值时，上位机监控系统将通过GSM网络向养殖户手机发送该参数值用以报警，而养殖户也可以使用手机通过GSM网络向上位机监控系统发送控制命令以控制执行机构的动作，及时调控鸡舍环境。本发明使用无线传输网络技术实现上位机监控系统与下位机控制系统之间的信息传递，避免了环境监测布线的麻烦，实现了养殖户对鸡舍的实时监控。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的鸡舍环境智能监控系统的总体结构图；

 图2为图1的现场实时监控系统的原理结构图；

图3为图2的采集系统的原理结构图；

图4为图3的采集节点的原理结构图； 

图5为本发明实施例协调器数据双向通信的原理结构图； 

图6为本发明实施例上位机监控系统数据处理的流程图； 

图7为图2的上位机监控系统发送控制命令的原理结构图；

图8为本发明实施例下位机控制系统接收执行控制命令的原理图； 

图9为本发明实施例下位机控制系统执行控制命令的流程图； 

图10为图1的手机终端控制的原理结构图； 

图11为图1的远程PC访问上位机监控系统的原理结构图。

图中标记，采集系统100、采集节点110、温度传感器111、湿度传感器112、CO2传感器113、CH4传感器114、H2S传感器115、NH3传感器116、显示模块120、采集节点170、路由器001、WiFi摄像头190、中继器003、采集终端610、无线模块611、协调器620、无线模块621、执行终端630、无线模块631、上位机监控系统200、显示区210、储存区220、设置区230、下位机控制系统300、执行机构310、加热装置311、增湿装置312、通风装置313、清粪装置314、无线数传模块004、手机终端400、短信报警410、控制模块420、Internet路由器005、远程PC500、显示区510、储存区520、系统初始化240、接收数据241、存储数据242、显示数据243、调用模糊控制244、输出控制命令245、系统初始化320、控制命令321、加热控制322、增湿控制323、通风控制324、清粪控制325。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图对本发明的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有经过创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的内容。

   本发明提供一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，在不增加人力的前提下，解决现有传感器布线难、不易扩展和成本高的问题。

参照图1和2，本发明实施例提供的基于无线传感器网络智能鸡舍环境监控系统，包括采集系统100、上位机监控系统200、下位机控制系统300、手机终端400和远程PC500，以及所述采集系统的采集终端610、所述上位机监控系统的协调器620和所述下位机控制系统的执行终端630。

   所述采集系统100是用于采集鸡舍环境参数和视频信息。

   所述上位机监控系统200是用于显示和储存所述采集系统100采集的数据和视频，并使用模糊控制算法对数据进行分析，最终得出控制命令。

  所述下位机控制系统300是用于接受所述上位机监控系统200的控制命令，输出控制信号以控制执行机构310的动作，执行机构310包括加热装置311、增湿装置312、通风装置313和清粪装置314。

所述手机终端400是用于养殖户在鸡舍环境出现异常情况时用于接收短信和发送控制命令，以实现对鸡舍环境的及时管控。

  所述远程PC500是用于养殖户可以通过登陆Internet网络访问上位机监控系统，以查询鸡舍的当前环境参数和视频信息。

  本发明实施例利用无线传输网络实现了鸡舍环境参数从采集、分析到控制的全部过程。具体地，本发明的采集系统利用各种传感器采集鸡舍环境参数，并通过ZigBee网络将数据无线传输至上位机监控系统。同时，采集系统的WiFi摄像头采集鸡舍的视频信息，并通过WiFi网络传输至上位机监控系统。上位机监控系统读取采集系统传输过来的环境参数和视频信息，显示并分析数据，经模糊控制算法得出控制命令，控制命令经ZigBee网络发送至下位机控制系统，下位机控制系统根据所接收的控制信息直接控制执行机构。另外，上位机监控系统支持与养殖户手机进行交互通信，也支持养殖户使用远程PC登录访问上位机监控系统以查看鸡舍信息。因此，本发明很大程度地减少鸡禽养殖和管理的劳动成本，增加养殖户的经济效益。 

  具体地，参见图3和4，本发明的采集系统100由若干采集节点110和显示模块120，以及若干个WiFi摄像头190组成，所述采集节点110采集的环境参数经采集终端610传输至上位机监控系统200。

优选地，所述采集节点110是由CC2530编程实现读取各传感器采集的数据，包括温度传感器111、湿度传感器112、CO2传感器113、CH4传感器114、H2S传感器115和NH3传感器116。

所述显示模块120是由CC2530编程实现的，以便在鸡舍现场实时显示各传感器所采集的环境参数。

  所述WiFi摄像头190是用于采集鸡舍内部的视频信息，并通过中继器003扩展WiFi网络的有效传输距离，最终将视频信息无线传输至所述上位机监控系统200，实现上位机监控系统200实时显示鸡舍的内部情况。

   所述采集终端610是由CC2530编程实现的，用以控制无线模块611定时将来自所述采集节点110的环境参数传输至路由器001，路由器001再将环境参数无线传输至协调器620；所述路由器001是由CC2530编程实现的，用以拓展ZigBee网络数据传输的距离。

  参见图5，所述协调器620是由CC2530编程实现的，用以控制无线模块621接收环境参数并传输至上位机监控系统200，同时，也用以接收来自上位机监控系统的控制命令，并将控制命令无线发送至所述下位机控制系统300。

   所述上位机监控系统200是通过LabVIEW软件编程实现的，系统软件有显示区210、存储区220和设置区230，支持后台调用Matlab编程的模糊控制程序。

所述显示区210用于显现环境参数和视频信息。

所述存储区220用于存储历史采集的波形曲线。

所述设置区230用于养殖户根据鸡禽生长的需求设定最佳的环境参数，主要包括温度、湿度和清粪时间。

  参见图6，上位机监控系统200处理步骤为：

240：系统初始化，所述显示区210清空，养殖户在所述设置区220设置标准参数值，并运行系统；

241：上位机监控系统接受所述采集系统100发送的环境参数和视频信息，接收完成则进行下一步，反之继续接受数据；

242：上位机监控系统将环境参数和视频信息存储，并在所述存储区220绘制温度和湿度历史波形曲线；

243：上位机监控系统在所述显示区210显示采集的温度和湿度和视频信息，对于二氧化碳、甲烷、硫化氢和氨气浓度则直接显示正常或者异常；

244：调用模糊控制程序，对当前环境参数进行智能分析并得出控制命令；

245：上位机监控系统经串口输出控制命令。

参见图7、8，所述协调器620将来自上位机监控系统200的控制命令无线发送至所述路由器001，路由器001再将控制命令无线发送至对应的执行终端630。

  所述执行终端630是通过CC2530编程实现无线模块631接收控制命令，并将控制命令传至所述下位机控制系统300。

优选地，所述下位机控制系统300主要包括CC2530和执行机构310，所述执行机构包括加热装置311、增湿装置312、通风装置313和清粪装置314，均由相应的继电器控制。

   所述下位机控制系统300的工作原理是由CC2530编程实现分析控制命令，输出控制信号，驱动相关继电器控制对应的执行机构。

  参见图9，下位机控制系统的处理步骤为：

320：系统初始化，所有继电器断开，执行机构不工作；

321：下位机控制系统是否接收到控制命令，接收到则进行下一步，反之，则继续接收；

322：判断是否需要启动加热装置，条件是：温度较低；

323：判断是否需要启动增湿装置，条件是：湿度较低；

324：判断是否需要启动通风装置，条件是：温度较高或湿度较高或者有气体浓度超过阈值；

325：判断是否需要启动清粪装置，条件是：定时时间到或者氨气或者硫化氢浓度超过阈值。

   参见图10、11，本发明在功能上还支持手机终端400和远程PC500的服务，分别用于养殖户在鸡舍环境出现异常情况时可进行及时管理和通过所述远程PC500登陆访问查看鸡舍的环境参数和视频信息。

  优选地，所述手机终端400包括短信报警410和控制模块420；。

   所述上位机监控系统200通过RS485接口连接无线数传模块004，所述无线数传模块004安装有一张SIM卡，通过GSM网络与所述手机终端400进行短信收发，从而实现养殖户使用手机与上位机监控系统交互通信。

  具体地，当鸡舍环境出现异常情况时，所述上位机监控系统200自动生成短信报警信息，报警信息通过所述无线数传模块004直接发送至养殖户的手机；另外，养殖户可以通过所述控制模块420向所述上位机监控系统200发送特定的控制信息，经过与传输控制命令相同的路径控制所述执行机构。

优选地，所述远程PC500包括显示区510和存储区520。

所述显示区510是用于显示环境参数和视频信息。

  所述存储区520是用于存储历史环境参数波形曲线。

   所述上位机监控系统200通过Internet路由器005接入Internet网络。

  所述远程PC500则通过Internet网络登陆访问上位机监控系统200读取当前的环境参数和查看视频信息，方便养殖户对鸡舍进行管理。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，包括采集系统、上位机监控系统、下位机控制系统和无线传输网络，其特征在于，采集系统的多个采集节点采集鸡舍环境参数，采集系统的WiFi摄像头获取鸡舍的视频信息，并将环境参数和视频无线传输至上位机监控系统，上位机监控系统存储、显示和分析数据，发送控制命令至下位机控制系统，下位机控制系统执行命令控制执行机构，上述各个模块间通过无线传输网络进行信息的传送。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其特征在于，本系统支持养殖户使用手机终端进行管理，若采集系统采集到的环境参数超过设定的阈值时，上位机监控系统将通过GSM网络向养殖户手机发送该参数值用以报警，而养殖户也可以使用手机通过GSM网络向上位机监控系统发送控制命令以控制执行机构，及时调控鸡舍环境。

3. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其特征在于，本系统支持养殖户使用远程PC对现场进行查看，养殖户通过Internet网络登陆访问上位机读取当前的环境参数和查看视频信息，方便对鸡舍进行管理。

4. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其特征在于，所述采集系统包括多个采集节点和多个WiFi摄像头，一个采集节点包括一个温度传感器、一个湿度传感器、一个CO2传感器、一个CH4传感器、一个H2S传感器和一个NH3传感器。

5. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其特征在于，所述无线传输网络包括ZigBee自组织网络和WiFi网络，其中ZigBee自组网络是由ZigBee采集终端、路由器和协调器自组织形成网络，使得采集节点出现故障时能够快速愈合和增加新采集节点时能够快速组网，保证数据的稳定无线传输，WiFi网络将鸡舍视频信息无线传输至上位机；另外，WiFi中继器和所述路由器可增加数据无线传输网络的通信距离。

6. 根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其特征在于，所述下位机控制系统包括微处理器CC2530以及多个执行机构，上位机监控系统发送的控制命令通过无线传输网络传输至下位机控制系统，下位机控制系统中的CC2530解析控制命令并通过继电器控制执行机构如加热装置、增湿装置、通风装置和清粪装置的动作。

7.根据权利要求6所述的下位机控制系统还包括一种清粪装置，其特征在于，清粪装置有两种工作方式即定时清粪和自动清粪，定时清粪是指养殖户在上位机监控系统设定清粪装置的运行时间点，则清粪装置会在设定的时间点自行启动；自动清粪是指上位机监控系统接收到的H2S和NH3浓度若超过阈值，则上位机监控系统发送控制命令至下位机监控系统来启动清粪装置。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的鸡舍环境智能监控系统，其上位机监控系统是由LabVIEW和Matlab混合编程实现的，其特征在于，系统软件使用LabVIEW温度计控件显示温度、仪表控件显示湿度、采用指示灯控件表示各气体浓度是否超过阈值，使用Matlab程序实现模糊控制算法，该算法参照养殖户设定的标准值分析鸡舍环境参数，得出控制命令。

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