CN104038563A - 养殖场动态环境监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业信息技术领域，公开了一种养殖场动态环境监测装置及系统。该装置包括：定位单元、巡测单元、通信单元和至少一个传感器；其中，所述定位单元接收卫星信号确定当前监测位置；所述巡测单元包括计时器、驱动电机、路障检测单元和循迹单元，所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元分别连接所述驱动电机，根据计时信号、路障信号和轨迹信号控制所述驱动电机的驱动方向和距离；所述至少一个传感器连接所述通信单元，将监测信息发送给接收端。本发明通过可自动移动的监测装置可以对养殖场任意区域进行动态监测，因而不再需要维护和管理大量的定点设备，解决了大规模禽类养殖场环境监测复杂、难以实现的问题。

Description

养殖场动态环境监测装置及系统

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，具体涉及一种养殖场动态环境监测装置及系统。

背景技术

禽类农产品的产量、质量与禽类的生长环境息息相关，在理想状况下，养殖户需要根据环境监测数据实时调整饲养方式和养殖环境。但目前，对于绝大多数中小型养殖户来说，专门的监测系统成本太高且复杂不适宜投入，中小禽类养殖场环境监测主要靠养殖户经验操作，耗费了大量的精力，且难以精确、连续地监测信息。

而对于大型养殖户来说，目前虽采用了一些自动化、机械化手段，但现有的监测方式大多只能定点设置监测单元，监测区域越大需要设置的设备越多，大量设备的连接、养护、统一控制等都需要大量的投入。因此在现有技术中，环境监测系统的使用过程中，仍然存在大规模养殖信息管理复杂、传感器维护和故障诊断困难、监测点设置不够灵活、布线混乱、禽类生长异常反馈滞后、数据存储成本高等问题；加上定点监测单元可以监测的范围有限，也造成了一定的资源浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何高效动态地对养殖场环境进行监测。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种养殖场动态环境监测装置，包括：定位单元、巡测单元、通信单元和至少一个传感器；其中，所述定位单元接收卫星信号确定当前监测位置；所述巡测单元包括计时器、驱动电机、路障检测单元和循迹单元，所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元分别连接所述驱动电机，根据计时信号、路障信号和轨迹信号控制所述驱动电机的驱动方向和距离；所述至少一个传感器连接所述通信单元，将监测信息发送给接收端。

优选地，所述装置中，所述定位单元、所述通信单元、所述传感器以及所述巡测单元中的所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元均集成在主控板上。

优选地，所述装置中，所述定位单元为GPS接收器。

优选地，所述装置中，所述至少一个传感器包括温湿度传感器、风速传感器、H2S传感器、NH3传感器、视频监测单元及传感器运行检测器。

优选地，所述装置还包括电源，所述电源包括电池、电源分配单元以及电量不足报警器，所述电池连接所述电源分配单元和所述电量不足报警器，所述电源分配单元分别连接各用电组件。

优选地，所述装置还包括显控单元。

优选地，所述显控单元为电容式触摸屏。

优选地，所述装置中，所述路障检测单元为设置在机体左右两侧的超声波传感器。

优选地，所述装置中，所述循迹单元包括在底盘前沿左中右分别固定的三个红外线传感器。

在本发明的另一方面，还同时提供一种养殖场动态环境监测系统，所述系统包括至少一个如上所述监测装置，以及接收端装置；其中，所述接收端装置包括云存储器和PC终端，所述云存储器通过无线方式耦接所述监测装置的通信单元，接收所述监测信息并存储；所述PC终端通过互联网耦接所述云存储器，选取调用所述云存储器中的数据并对数据进行处理分析，生成监测报告。

本发明通过可自动移动的监测装置可以对养殖场任意区域进行动态监测，因而不再需要维护和管理大量的定点设备，解决了大规模禽类养殖场环境监测复杂、难以实现的问题。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中养殖场动态环境监测装置及相应系统的结构示意图；

图2是本发明的一个优选实施例中监测装置进行巡测的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的养殖场环境监测主要依靠定点监测实现，定点监测需要设置和管理大量的监测单元，在监测区域较大或监测项目较多时，很难实现动态高效的监控。为解决现有技术的不足，本发明的一个实施例中提供了一种养殖场动态环境监测装置，如图1的结构图所示，该装置包括：定位单元、巡测单元、通信单元和至少一个传感器；其中，所述定位单元接收卫星信号确定当前监测位置；所述巡测单元包括计时器、驱动电机、路障检测单元和循迹单元，所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元分别连接所述驱动电机，根据计时信号、路障信号和轨迹信号控制所述驱动电机的驱动方向和距离；所述至少一个传感器连接所述通信单元，将监测信息发送给接收端。

在本发明的优选实施例中，定位单元、通信单元、传感器以及巡测单元中的计时器、路障检测单元和循迹单元均集成在主控板上。主控板同时还集成了底板、微处理器芯片、存储器和数模转换器，主要实现对监测装置任务的全局处理、数据融合、信息提取、状态监控与维护，是整个监测装置的调度中心。在底板上提供有4线RS-232串口、移动通信接口和10M/100M自适应以太网接口；优选地，通信单元通过移动通信接口与4G网卡连接，将采集的传感器数据通过移动通信4G网络传送至云存储器，实现远程接收端对传感器数据的获取。所述微处理器芯片匹配32位嵌入式微处理系统，优选地，采用Atmel AT91RM9200微处理器芯片内核为工业级200MIPS ARM920T，具有16kB的指令和16kB的数据高速缓存，内部有128kB的只读存储器，外部总线包括SDRAM接口、FLASH接口、SRAM控制器、USB设备、主控制器接口、10/100M以太网接口、电源管理器、实时时钟、系统时钟、同步串行控制器、6通道定时/计数器、6通道的USART、两线制接口、SPI接口、多媒体卡接口和GPIO等。所述存储器包括SRAM存储器、FLASH存储器和EPROM存储器；所述SRAM存储器用于存储监测装置运行过程中的临时数据；所述FLASH存储器用于存储监测装置运行所需原始数据，以及在网络出现故障而无法及时将采集的数据传送至云存储器时、临时存储所采集的各类环境信息和相对应的采集时间；所述EPROM存储器用于掉电数据保存和配置数据储存。

定位单元优选为GPS接收器，用于接受GPS卫星信号，从而获得监测装置所属禽类养殖场的地理位置信息。至少一个传感器包括温湿度传感器、风速传感器、H₂S传感器、NH₃传感器及传感器运行检测器等。各类传感器用于接收各类环境信息；传感器运行检测器用于全时段实时检测各个传感器运行状况，当传感器出现故障时，检测器发出报警声音，同时经主控板通过移动通信4G网络向接收端发送传感器故障信息，便于技术人员及时进行维修。传感器还可包括视频监测单元，优选为带有全向云台的球形摄像机，可以远程操控、调焦和调节像素，便于及时反馈禽类生长状态，提高应对疾病等的能力。

所述巡测单元还可包括方向控制器以及万向轮，将采集点位置、采集频率等输入方向控制器后，可控制监测装置按指定要求移动到指定采集点进行信息采集。

监测装置还包括电源，进一步包括电池、电源分配单元以及电量不足报警器，可为监测装置的各组件提供能量支撑。所述电源分配单元为电源转换器，可将电池电压转换成不同的工作电压，分别供给不同的用电组件，保证各组件的工作状态。所述电量不足报警器用于在电量不足时发出报警声音，同时经主控板通过移动通信4G网络向接收端发送电量不足报警信息。监测装置还可包括显控单元，优选为电容式触摸屏，不仅用于显示各类实时环境数据，还可通过触屏键盘按钮发送指令，修改检测、巡航参数。

进一步地参见图1，上述监测装置还可以与接收端装置一起组成养殖场动态环境监测系统。接收端装置包括云存储器、PC终端等，所述云存储器通过移动通信4G网络接收主控板发出的各类环境信息和对应的采集时间，并进行存储；所述PC终端通过互联网与云存储器连接，选取调用云存储器中的数据并对数据进行处理分析，生成信息曲线，实现对养殖场现场环境的实时动态监测。进一步地，PC终端可通过移动通信网络向监测终端发送指令从而实现对各个传感器、视频监测单元和巡测单元的调度与管理。

更进一步地，使用上述监测装置进行禽类养殖场环境信息采集、监测的过程如下：

传感器运行检测器对各类传感器进行全时段、实时检测。若运行异常，检测器发出报警声音，同时经主控板通过移动通信4G网络向PC终端发送传感器故障信息，通知技术人员进行维修；若运行正常，各类传感器采集相关环境信息。采集的信息实时、动态地显示在本机显示屏上。同时，主控板将GPS定位模块采集的位置信息、视频监测单元采集的视频信息、传感器采集的环境信息汇总成时间序列形式记录，通过移动通信4G网络高速传至云存储器。若网络宕机，可临时存储至FLASH存储器，待网络恢复后将FLASH存储器中的信息传至云存储器。PC终端通过互联网与云存储器连接，选取调用云存储器中的数据并对数据进行处理分析，生成信息曲线。采集器运行期间，可按照巡测单元中预设的采集点和采集频率等要求，自动到各个采集点进行信息采集。技术人员、管理人员可以通过传感器触屏键盘或利用PC终端通过移动通信网络对监测装置发送指令，实现对各个传感器、视频监测单元和巡测单元的调度与管理。

特别地，如图2所示，监测装置进行巡测的过程如下：

巡测单元的计数器开始计时，根据系统时钟提供的时间信息，判断本采集点信息采集时间是否达到规定要求，若不满足则继续原地采集、传输数据；若满足，则清零计时器，启动驱动电机，驱动装置移动到下一个信息采集点。

在移动途中，为避免障碍物对监测装置造成伤害，实时进行全程障碍检测。路障检测单元为设置在机体左右两侧的超声波传感器(包括超声波发生器和接收器)，由超声波发生器发出超声波信号，当遇到障碍物时信号反射，被接收器收到。当监测装置与障碍物间距离达到临界值时，启动驱动电机进行避障。以左侧检测到障碍为例，万向轮右转α角度行进，记录右转行进距离s，当避开障碍后，万向轮左转2α角度，行进相同距离s后，可使监测装置回到设定的巡测路径上。

在确保避障的基础上，监测装置还可启动循迹单元，保证监测装置顺利行进到指定采集点。循迹单元包括在底盘前沿左中右分别固定的三个红外线传感器，根据红外传感器反馈的电平信号高低判断当前行进方向是否偏移。以深色地面，白色规划路径为例，正常行进时，只有中部红外线传感器反馈高电平信号；若左侧红外传感器反馈高电平信号，表明发生右偏，需左转；若右侧红外传感器反馈高电平信号，表明发生左偏，需右转。因此，根据循迹单元的传感器电平信号相应调整驱动电机(以及万向轮)，可以保证监测装置行进在正确的路径上。在移动同时还可利用定位单元进行目的地判断，通过判断、制动，准确到达目的地后开始下一次采集的计时，并相应进行数据采集与传输。

本发明通过可自动移动的监测装置可以对养殖场任意区域进行动态监测，因而不再需要维护和管理大量的定点设备，解决了大规模禽类养殖场环境监测复杂、难以实现的问题。此外，通过传感器运行检测器，解决传感器维护和故障诊断困难的问题；通过巡测单元和移动通信4G网络的应用，解决监测点设置不够灵活、布线混乱等问题；通过视频监测单元，解决禽类生长异常反馈滞后的问题；通过云存储器的应用解决数据存储成本高的问题。本发明结构简单，成本低，操作简便，能大大减少人工劳动强度，提高信息采集效率。

虽然以上结合优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该理解，本发明所述的方法和系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，在不背离由所附权利要求书限定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明作出各种修改、增加、以及替换。

Claims (10)

1.一种养殖场动态环境监测装置，其特征在于，所述装置包括：定位单元、巡测单元、通信单元和至少一个传感器；其中，

所述定位单元接收卫星信号确定当前监测位置；

所述巡测单元包括计时器、驱动电机、路障检测单元和循迹单元，所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元分别连接所述驱动电机，根据计时信号、路障信号和轨迹信号控制所述驱动电机的驱动方向和距离；

所述至少一个传感器连接所述通信单元，将监测信息发送给接收端。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述定位单元、所述通信单元、所述传感器以及所述巡测单元中的所述计时器、所述路障检测单元和所述循迹单元均集成在主控板上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述定位单元为GPS接收器。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述至少一个传感器包括温湿度传感器、风速传感器、H2S传感器、NH3传感器、视频监测单元及传感器运行检测器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源，所述电源包括电池、电源分配单元以及电量不足报警器，所述电池连接所述电源分配单元和所述电量不足报警器，所述电源分配单元分别连接各用电组件。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括显控单元。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述显控单元为电容式触摸屏。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述路障检测单元为设置在机体左右两侧的超声波传感器。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述循迹单元包括在底盘前沿左中右分别固定的三个红外线传感器。

10.一种养殖场动态环境监测系统，其特征在于，所述系统包括至少一个如权利要求1-9中任一项所述监测装置，以及接收端装置；其中，

所述接收端装置包括云存储器和PC终端，所述云存储器通过无线方式耦接所述监测装置的通信单元，接收所述监测信息并存储；所述PC终端通过互联网耦接所述云存储器，选取调用所述云存储器中的数据并对数据进行处理分析，生成监测报告。