CN103312802A - 基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统 - Google Patents

Abstract

基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统，属于物联网应用技术领域。基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统，能为肉牛养殖管理者提供每头肉牛实时养殖环境状况，帮助了解整个养殖场的风力、温度、湿度、CO₂浓度、氨气、沼气浓度等，对紧急情况进行预警，降低了肉牛养殖人员的人力成本。从长远来看，此系统能帮助科研人员建立肉牛养殖环境与肉牛品质与产量的关系模型，构建肉牛安全生产质量追溯系统，从而帮助养殖人员改进养殖方法，提高肉牛的品质与质量。

Description

基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统

技术领域

本发明属于物联网应用技术领域，具体涉及基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统。

背景技术

据报道我国现有肉牛存栏头数1.054亿头，2010年度牛肉产量达到555万吨，是世界第三大牛肉生产国。但牛肉人年均产量只有5千克左右，低于美国42千克，巴西40千克。在我国1983年之前黄牛都是用来使役的，随着机械化程度的逐步提高，1983年国家解除了禁杀耕牛令之后，肉牛产业才有了较快的发展，牛肉年产量从1980年的26.9万吨增长到2008年的613万吨，人均年占有牛肉从1980年的0.47公斤增长到2008年的4.8公斤。与发达国家比较，我国肉牛产业发展起步较晚，实际上还处在初级阶段水平。目前，我国高档牛肉主要依赖于进口，年进口量3万吨左右。在发达国家人们以牛肉为其主要肉食品，优质牛肉因其胆固醇含量低，营养丰富，特别是辅酶Q10、不饱和脂肪酸和铁的含量丰富，风味独特，香嫩多汁，有益于人体健康而倍受人们青睐。

发达国家的社会发展规律证明，进入小康社会后，牛肉市场出现旺销形势，当人均年收入超过1500美元的时候，优质牛肉的需求量大幅度增加。随着我国人民生活水平和综合素质的不断提高，以及科学健康饮食习惯的形成，对高档牛肉的需求急剧增加。

肉牛养殖环境对提高肉牛质量有重要的影响，而大规模肉牛养殖场环境的实时监测，纯粹依靠人力手工是不可能达到的。目前，还没有一套成熟的系统能够监测肉牛养殖环境。

发明内容

本发明的目的在于提供基于物联网的肉牛养殖环境监测方法与系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，该方法的步骤如下：

1）在每头肉牛耳朵上打上一个射频识别标签（RFID）耳标，用于识别区分每头肉牛；

2）在肉牛养殖环境中，部署RFID读卡器，读取进入感知区域内的肉牛耳标，并进行识别定位；

3）在肉牛养殖环境中，布置环境监测节点用于监测肉牛的养殖环境；

4）肉牛在养殖环境中，通过RFID对肉牛进行实时识别定位；定期通过环境检测节点采集该肉牛所处环境信息；

5）环境监测节点通过无线自组网，与一汇聚点进行通信，将监测数据发送至汇聚点；

6）汇聚点通过网关与服务器连接，服务器接入Internet，远程客户端可通过Internet访问服务器。

在布置RFID读卡器时，要考虑读卡器的读取范围与多读卡器的相互干扰，采用改进的模拟退火方法对读卡器的部署位置进行优化，提高读卡器的覆盖范围、减少读卡器间的相互干扰。RFID读卡器通过WiFi与路由器连接，该路由器连接至服务器。

所述环境监测节点能实时监测养殖场中的风力、温度、湿度、CO₂浓度、氨气、沼气浓度。环境监测节点构成的无线自组网为分布式的对等网状网络，采用私有路由协议，能够充分利用网络中的路由冗余，组网速度耗时为零，所有的设备上电即可工作，拥有灵活的休眠技术，所有的组网设备都可以休眠，有同步和异步两种休眠模式。

二、一种基于物联网的肉牛养殖环境监测系统。该系统包含若干肉牛耳标、多个RFID读卡器、若干环境监测节点，以及服务器软件与客户端软件。RFID读卡器对进入自己感应区域内的肉牛进行识别定位，并上报至服务器，服务器根据业务逻辑需求，请求肉牛所处环境的监测数据；环境监测节点通过无线自组网构成通信网络，将数据传输至汇聚点，汇聚点通过网关与服务器连接；在服务器上可对每头肉牛养殖环境数据进行显示、分析与评估；远程客户端软件通过Internet访问服务器。其特征在于：

所述环境监测节点由风力传感器、温度传感器、湿度传感器、CO₂浓度传感器、氨气浓度传感器、沼气浓度传感器、无线通信模块及监测板构成；监测板上预留有接口与外部LED指示、蜂鸣器进行连接，便于调试，在实际应用中可不连接；

所述服务器软件包括7部分：RFID读卡器的优化部署部分采用Matlab编写，用于RFID读卡器的优化放置位置选择；RFID数据读取部分采用C语言来编写，感知肉牛是否进入该RFID读卡器感知域内；RFID数据处理部分采用Java语言编写，处理肉牛养殖环境的业务逻辑；环境监测节点感知采集数据程序采用C语言编写；无线通信模块路由传输数据程序采用C语言编写；服务器显示分析数据部分采用Java编写；服务器绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警采用Java编写；

所述客户端软件包括3部分：数据网络接收用于和服务器端进行数据接收；数据显示对接收的数据进行各种格式的显示；绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警。客户端软件均采用Java语言编写。

本发明具有的有益效果是：基于物联网的肉牛养殖环境监测系统，能为肉牛养殖管理者提供每头肉牛实时养殖环境状况，帮助了解整个养殖场的风力、温度、湿度、CO₂浓度、氨气、沼气浓度等，对紧急情况进行预警，降低了肉牛养殖人员的人力成本。从长远来看，此系统能帮助科研人员建立肉牛养殖环境与肉牛品质与产量的关系模型，构建肉牛安全生产质量追溯系统，从而帮助养殖人员改进养殖方法，提高肉牛的品质与质量。在本系统中，RFID读卡器、肉牛耳标以及传感器模块采用特制外壳包装，不释放任何有害物质，对环境几乎没有影响。

附图说明

图1是本发明的整体结构图

图2是本发明的RFID结构图

图3是本发明的环境监测节点结构图

图4是服务器端软件的结构图

图5是客户端软件的结构图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明做进一步说明。

如图1所示，描述了本发明的整体结构。在肉牛养殖环境监测区域，每个RFID读卡器有多个天线，读卡器之间、天线之间存在干扰，采用改进的模拟退火方法对读卡器及天线的部署位置进行优化，提高读卡器的覆盖范围、减少读卡器间的相互干扰，优化部署采用Matlab编程实现；环境监测节点由风力传感器、温度传感器、湿度传感器、CO₂浓度传感器、氨气浓度传感器、沼气浓度传感器、无线通信模块及监测板构成。各传感器监测的数据经处理后，通过无线通信模块把数据发送出去。无线自组网为分布式的对等网状网络，采用私有路由协议，能够充分利用网络中的路由冗余，设备上电即可工作，拥有灵活的休眠技术，所有的组网设备都可以休眠，有同步和异步两种休眠模式。环境检测数据传输至汇聚点，该汇聚点通过网关与服务器连接，负责把监测数据上传至服务器。服务器端对每头肉牛的监测数据进行统计分析，并提供各种图形化显示，对异常情况进行预警，给出养殖建议。系统提供当前环境检测网络的实时拓扑图，便于观察各监测点的情况。客户端通过Internet对监测情况进行访问，获得数据进行相应显示与分析处理。

如图2所示，是本发明的RFID结构图。每个RFID阅读器可连接4个天线，RFID阅读器采用ImpinjSpeedway R420，每个阅读器可连接4个天线，天线采用Intermec UHF RFID天线。RFID阅读器实时读取肉牛耳标，对肉牛进行识别定位；根据业务逻辑需求，实时跟踪监测每头肉牛的养殖环境情况，保证肉牛科学的养殖环境，为肉牛品质提供有效保障。

如图3所示，是本发明的环境监测节点结构。环境监测节点由风力传感器、温度传感器、湿度传感器、CO₂浓度传感器、氨气浓度传感器、沼气浓度传感器、无线通信模块及监测板构成；监测板上预留有接口与外部LED指示、蜂鸣器进行连接，便于调试，在实际应用中可不连接。检测节点采用PIC18F4550微处理器，接收各传感器监测的数据，经转换处理后发送至无线射频模块；无线射频模块采用CC2430芯片，将数据进行变频、扩频以及调制后发送出去；各传感器通过I/O接口与PIC18F4550微处理器进行连接；电源为2节干电池供电，为环境检测节点提供能量。

如图4所示，是服务器端软件结构。RFID数据读取部分采用C语言来编写，感知肉牛是否进入该RFID读卡器感知域内；RFID数据处理部分采用Java语言编写，处理肉牛养殖环境的业务逻辑；环境监测节点感知采集数据程序采用C语言编写；无线通信模块路由传输数据程序采用C语言编写；服务器显示分析数据部分采用Java编写；服务器绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警采用Java编写。

如图5所示，是客户端软件结构。数据网络接收用于和服务器端进行数据接收；数据显示对接收的数据进行各种格式的显示；绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警。客户端软件均采用Java语言编写。

Claims (6)

1.基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，其特征在于所述方法步骤如下：

1）在每头肉牛耳朵上打上一个射频识别标签（RFID）耳标，用于识别区分每头肉牛；

2）在肉牛养殖环境中，部署RFID读卡器，读取进入感知区域内的肉牛耳标，并进行识别定位；

3）在肉牛养殖环境中，布置环境监测节点用于监测肉牛的养殖环境；

4）肉牛在养殖环境中，通过RFID对肉牛进行实时识别定位；定期通过环境检测节点采集该肉牛所处环境信息；

5）环境监测节点通过无线自组网，与一汇聚点进行通信，将监测数据发送至汇聚点；

6）汇聚点通过网关与服务器连接，服务器接入Internet，远程客户端可通过Internet访问服务器。

2.根据权利1所述的基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，其特征在于每个RFID读卡器连接多个天线，在布置RFID读卡器时，要考虑读卡器的读取范围与多读卡器间以及多天线间的相互干扰，采用改进的模拟退火方法对读卡器及天线的部署位置进行优化，提高读卡器的覆盖范围、减少读卡器间的相互干扰。

3.根据权利1所述的基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，其特征在于所述RFID读卡器通过WiFi与路由器连接，该路由器连接至服务器。

4.根据权利1所述的基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，其特征在于环境监测节点能实时监测养殖场中的风力、温度、湿度、CO₂浓度、氨气、沼气浓度。

5.根据权利1所述的基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，环境监测节点构成的无线自组网为分布式的对等网状网络，采用私有路由协议，能够充分利用网络中的路由冗余，组网速度耗时为零，所有的设备上电即可工作，拥有灵活的休眠技术，所有的组网设备都可以休眠，有同步和异步两种休眠模式。

6.基于物联网的肉牛养殖环境监测系统，该系统包含若干肉牛耳标、多个RFID读卡器、若干环境监测节点，以及服务器软件与客户端软件。环境监测节点通过无线自组网构成通信网络，将数据传输至汇聚点，汇聚点通过网关与服务器连接；在服务器上可对数据进行显示、分析与评估；远程客户端软件通过Internet访问服务器。其特征在于：

所述环境监测节点由风力传感器、温度传感器、湿度传感器、CO₂浓度传感器、氨气浓度传感器、沼气浓度传感器、无线通信模块及监测板构成；监测板上预留有接口与外部LED指示、蜂鸣器进行连接，便于调试，在实际应用中可不连接；

所述服务器软件包括7部分：RFID读卡器的优化部署部分采用Matlab编写，用于RFID读卡器的优化放置位置选择；RFID数据读取部分采用C语言来编写，感知肉牛是否进入该RFID读卡器感知域内；RFID数据处理部分采用Java语言编写，处理肉牛养殖环境的业务逻辑；环境监测节点感知采集数据程序采用C语言编写；无线通信模块路由传输数据程序采用C语言编写；服务器显示分析数据部分采用Java编写；服务器绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警采用Java编写；

所述客户端软件包括3部分：数据网络接收用于和服务器端进行数据接收；数据显示对接收的数据进行各种格式的显示；绘制图形用于对数据进行直观显示，并对养殖情况进行预警。客户端软件均采用Java语言编写。

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