CN106506848A - 一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，包括环境采集单元；个体采集单元；安全采集单元；GPRS终端；单片机；控制单元；远程控制客户端；数据管理中心；环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元通过GPRS终端与单片机连接，单片机与控制单元连接，用于根据接收的各采集信息控制控制单元，远程控制客户端和数据管理中心通过网络与单片机连接，远程控制终端采用Android系统的手机。采用智能化控制，方便操作，功耗低，实现家畜养殖环境、家畜个体以及整个养殖区的监控调节，减少人工操作，提高管理的效率，从根本上解决家畜的管理问题，能够对每个家畜个体进行行为监控，进而提高养殖效率，增加养殖收入等。
Description
【技术领域】
本发明属于智慧农业技术领域，具体涉及一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统。
【背景技术】
为了满足现代社会对于畜类肉制品的需求，传统的养殖模式已经无法有效供应，造成供求市场出现不平衡的趋势。因此，对于家畜养殖业而言，需要采用先进的养殖模式，提高家畜养殖效率，扩大养殖规模，将现代的科学技术应用于家畜养殖模式中，从而最大限度的提高家畜养殖效率。
在养殖环境参数中，家畜对温度、湿度、光照以及氨气浓度最为敏感，而这些环境变量往往很不稳定，比如光照在白天和晚上，阴天和晴天会表现出较大差异，家畜饲养需要人工处理，而家畜在某个时段、某个特定区间的光照强度下才能最好的生长，大多数饲养员是根据自己丰富的经验来进行判断，由于人的时间、精力限制，养殖效率不高，且由于奶牛等家畜的养殖对环境的要求较高，工作人员无法频繁的进入养殖区域，从而造成严重的经济损失，传统养殖区采用人工的方式进行安全管理，成本高，而且存在很大的问题，且不能对每个家畜进行行为监控，了解每个家畜的身体情况，进行疾病预防等。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，将远程无线技术、单片机技术和传感器技术应用到家畜养殖过程中，实现非人工操作，家畜饲养者可以通过远程控制的方式。
本发明采用以下技术方案：
一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，包括：用于获取现场环境状况的环境采集单元；用于获取家畜身体状况的个体采集单元；用于进行安全防护的安全采集单元；用于进行信号无线传输的GPRS终端，所述GPRS终端设置有ZigBee模块；用于接收环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元信息的单片机；用于控制启动或关闭各机电设备的控制单元；用于监控和发送用户远程控制操作指令的远程控制客户端；用于监控和接收用户远程控制操作指令的数据管理中心；
所述环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元分别通过GPRS终端与所述单片机连接，所述单片机与所述控制单元连接，用于根据接收的各采集信息控制所述控制单元，所述远程控制客户端和数据管理中心通过网络与所述单片机连接，所述远程控制终端采用Android系统的手机。
优选地，所述单片机为STC12C4052AD。
优选地，环境采集单元包括温度传感器、湿度传感器、雨水传感器、光线传感器和氨气传感器。
优选地，个体采集单元包括用于监测家畜声音的声音传感器、用于识别家畜个体的射频识别标签、用于监测家畜个体体温变化的非接触测温仪和用于监测家畜站立或爬卧的姿态的地磁传感器，以及用于监测家畜运动状态的运动传感器。
优选地，声音传感器采用项圈式声音传感器，射频识别标签采用无源RFID标签，所述声音传感器与无源RFID标签设置成一体，位于同一项圈上，项圈上还设置有用于监测家畜运动状态的运动传感器。
优选地，安全采集单元包括门禁感应器和图像采集设备，门禁感应器设置于养殖区出入口处，用于防止家畜逃串和丢失，图像采集设备用于对整个养殖区进行视频监控。
优选地，控制单元包括换气风机、淋浴喷头、药剂喷头、除粪系统、放料器、饮水器、日光灯、报警器、雨帘和空调。
优选地，每个放料器设置有质量传感器和自动搅拌器，质量传感器用于检测饲料重量后进行自动搅拌放料。
优选地，每个饮水器设置有触控感应器，用于自动给水，饮水器采用围栏式结构，设置有一体式围栏秤，和称重传感器连接用于对单体家畜在饮水时进行称重。
优选地，数据管理中心中还包括校验单元，校验单元用于接收到用户确定发送指令到单片机时，检验用户输入密码是否为预先设定的密码。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明采用智能化控制，功耗低，实现家畜养殖环境、家畜个体以及整个养殖区的监控调节，减少人工操作，提高管理的效率，从根本上解决家畜的管理问题，能够对每个家畜个体进行行为监控，进而提高养殖效率，增加养殖收入等，终端采用Android系统的手机，方便操作人员通过手机实时监控和控制各电气设备；基于无线网络的集传感器、通讯技术、计算机技术等于一体，通过预家畜健康生长所需的适宜环境参数，搭建智能化软件与硬件平台，实现对温度、湿度、氨气等因子的自动监测和控制，基于GPRS远程数据传输技术与ZigBee短距离无线通信技术的智能化设施养殖系统构建的无线家畜养殖智能控制系统对养殖环境参数值进行调控，满足了家畜生长环境的要求，有效提高了畜牧业集约化生产程度，在该系统中数传终端与数据采集模块之间的通信釆用Zig-Bee短距离无线传输技术，数传终端与远程数据管理中心之间的通信采用GPRS远程数据传输技术，这样避免了采用有线方式传输数据而导致大量布线带来的麻烦。
进一步的，本系统通过无线传输对温度，湿度，氨气按其浓度进行自动调节，实现饲料的自动搅拌和喂养，并且能够在饮水时自动称重，以及粪便自动清理，利用无源RFID技术对应每个家畜，了解其身体行为情况，进行病情预警和药剂喷射预防，采用全方位摄像以及门禁系统，实现自动化全天候的安全管理，提高了家畜的存活率，保证了稳定的经济收益，数据管理中心中设置有校验单元，提高整个系统安全性。
进一步的，数据管理中心设置有效验单元，保证了系统的安全性。
综上所述，本系统能根据不同要求设定环境参数的报警范围，也可将系统设置成手动控制或自动控制状态，系统成本低廉、通用性强，因而其在智能化设施养殖环境控制中有着广阔的发展和应用空间。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本发明系统架构示意图。
【具体实施方式】
本发明提供了一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，家畜养殖远程控制中基于ZigBee无线技术应用家畜养殖过程中，实现非人工操作，家畜饲养者可以通过远程控制的方式，并且控制设备可以实现智能化操作，提高了控制的效率，减少了养殖成本。
请参阅图1所示，本发明公开了一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，包括：用于获取现场环境状况的环境采集单元；用于获取家畜身体状况的个体采集单元；用于进行安全防护的安全采集单元；用于进行信号无线传输的GPRS终端，所述GPRS终端设置有ZigBee模块；用于接收环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元信号并进行参数比较的STC12C4052AD单片机；用于控制启动或关闭各机电设备的控制单元；用于监控和发送用户远程控制室内机电设备操作指令的远程控制客户端；用于监控和发送用户远程控制室内机电设备操作指令的数据管理中心；所述环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元通过信号处理模块与单片机连接，所述单片机与所述控制单元连接，所述远程控制客户端和数据管理中心通过网络与所述单片机连接，远程控制终端采用Android系统的手机，方便人员操控。
整个系统采用物联网传感器自动采集环境数据，环境采集单元包括温度传感器、湿度传感器、雨水传感器、光线传感器、氨气传感器；个体采集单元包括用于监测家畜声音的声音传感器、用于识别家畜个体的射频识别标签、用于监测家畜个体体温变化的非接触测温仪、用于监测家畜站立或爬卧的姿态的地磁传感器，运动传感器用于监测家畜的运动；安全采集单元包括门禁感应器和图像采集设备，门禁感应器设置于养殖区出入口处，用于防止家畜逃串和丢失，图像采集设备用于对整个养殖区进行视频监控。
智能软件根据专家数据库自动判断温度、湿度、氨气浓度、光线、下雨情况等环境参数值的高低，将设备核心嵌入在控制风机、淋浴喷头、除粪系统、日光灯、报警器、雨帘和空调等设备自动调节环境温湿度，氨气浓度，配合图像采集设备实现全组动画智能管理。
通过在家畜颈上安装项圈式声音传感器，并将无源RFID标签粘贴在其上，则使用拆卸方便且不易脱落，项圈上还设置有用于监测家畜运动状态的运动传感器，养殖区内设置多组RFID读写器，采用个体信息识别、判断家畜是否处于健康状态，该RFID标签与放料器槽上的RFID识别终端相对应，从而对每头家畜进行身份识别，以便跟踪每头家畜的饮食情况和规律，声音传感器可检测家畜咳嗽声音，进行感冒症状报警，当某头家畜饮食过于频繁或者长期不来饮食时，可推断该家畜可能发生异常情况，RFID识别终端通过无线网络将该家畜的饮食数据信息传送到数据管理中心，并进行报警，提供给工作人员进行二次判断；通过采用RFID技术识别家畜的饮食状况，从而判断家畜的肠胃疾病。例如：个体ID、体温、声音、图像等，实现温湿度调节自动或手动打开或关闭，具有高可靠性和良好的错误检测能力，实现数据采集和自动控制相统一。
具体为：
首先，基于ZigBee无线网络的家畜养殖智能控制系统将设备核心嵌入在养殖设备中，家畜的饮水装置可以实现定时给水的模式。通过定时设备，家畜可以按时得到饮水，而不需要人工进行喂水操作。此外，嵌入式智能控制系统中，添加触控感应器。当家畜需要饮水的时候，可以对设备进行触碰，设备感应器接收触控指令的时候，就会自动给水，从而实现了远程的智能操作，饮水器采用围栏式结构，设置有一体式围栏秤，和称重传感器连接用于对单体家畜在饮水时进行称重。
其次，针对大规模的养殖模式，食物搅拌以及自动喂养；每个放料器设置有质量传感器和自动搅拌器，质量传感器用于检测饲料重量后进行自动搅拌放料，利用智能控制系统，将饲料的原材料进行机器加工，然后通过设备的运输管道，按照等比的指令操作，进行远程饲料运送。并且，根据饲料的量进行合理供给，饲料供给系统中，会采用触控设备，可以实现物料的合理应用，避免了传统的饲料浪费的现象，节约了养殖成本，当氨气传感器监测氨气浓度超标时，气动通风和粪便自动排除装置，当遇到下雨天时，可以控制雨帘落下，当遇到光线不够时，可以控制日光灯开启，增加光照，温湿度超过设定值时候开启换气风机。
最后，在养殖区域内设置病情预警以及防盗预警设备。进行防盗设备的安装，从而在一定程度上实现对养殖场的安全管理。可以实现自动化全天候的防盗系统。此外，对于病情预警的防范也同样重要。其中，对于常见的病情进行资料统计收集，通过设置的药剂喷射装置。定期对养殖场所进行药剂喷射，从而保证养殖场所的安全。
通过架设在养殖区顶部的无线高清摄像机采集实时录制的监控视频资源，获得视觉信息，通过控制高清摄像机的摆放位置，获得最佳的可视效果，每台摄像机上安装GPRS终端，优选ZigBee模块，使每台摄像机作为一个ZigBee网络节点与系统的ZigBee模块相连，从而构成高速无线局域监控网，在养殖区的任何地方都可以建立连接，便于快速安装使用。同时通过无线访问节点与信息中心网络无缝链接，实现视频信息的双向传播，达到无线网和有线网的互联。优选的是，若将养殖区表示成360度圆，则每隔30度架设一个无线摄像头，对家畜进行全方位监控，此时监控死角最小，目标识别效果最佳；
在每台摄像机上固定非接触红外测温仪，并与摄像机共享ZigBee通信单元以减少成本。在视频监控的同时检测家畜的体温，当测量到家畜身体部位体温达到或超过正常值时，非接触红外测温仪通过报警器发出报警信息，系统则会认为家畜在发烧或者身体某部位有炎症病变，并通过高清摄像机保存测温时的当前视频图片，报警和图片信息由无线ZigBee网络传输到数据管理中心和远程控制客户端，工作人员可通过高清图片上家畜的身份标识确定具体个体；实践中，通过该方式对奶牛乳腺炎检测效果良好。
通过数字温度传感器DS18B20检测环境温度，当环境温度低于15℃时，启动空调控制模块对养殖区加热；当温度超过23℃时，空调控制模块的空调制冷；通过闭环控制系统使养殖区内温度始终维系在适宜温度范围；光线传感器采用16位数字输出型环境光强度传感器BH1750FVI，它具备接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性，且可以通过I2C总线接口与CC2530连接，它的高分辨率可以探测较大范围的环境光照强度并转换成数字信号后变送给单片机。
为了便于安全操作管理，数据管理中心中还包括校验单元，校验单元用于接收到用户确定发送指令到单片机时，检验用户输入密码是否为预先设定的密码。
Claims (10)
1.一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于，所述系统包括：
用于获取现场环境状况的环境采集单元；
用于获取家畜身体状况的个体采集单元；
用于进行安全防护的安全采集单元；
用于进行信号无线传输的GPRS终端，所述GPRS终端设置有ZigBee模块；
用于接收环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元信息的单片机；
用于控制启动或关闭各机电设备的控制单元；
用于监控和发送用户远程控制操作指令的远程控制客户端；
用于监控和接收用户远程控制操作指令的数据管理中心；
所述环境采集单元、个体采集单元和安全采集单元分别通过GPRS终端与所述单片机连接，所述单片机与所述控制单元连接，用于根据接收的各采集信息控制所述控制单元，所述远程控制客户端和数据管理中心通过网络与所述单片机连接，所述远程控制终端采用Android系统的手机。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于，所述单片机为STC12C4052AD。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于，所述环境采集单元包括温度传感器、湿度传感器、雨水传感器、光线传感器和氨气传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：所述个体采集单元包括用于监测家畜声音的声音传感器、用于识别家畜个体的射频识别标签、用于监测家畜个体体温变化的非接触测温仪、用于监测家畜站立或爬卧的姿态的地磁传感器，以及用于监测家畜运动状态的运动传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：所述声音传感器采用项圈式声音传感器，所述射频识别标签采用无源RFID标签，所述声音传感器与所述无源RFID标签设置成一体，位于同一项圈上，所述项圈上还设置有用于监测家畜运动状态的运动传感器。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：所述安全采集单元包括门禁感应器和图像采集设备，所述门禁感应器设置于养殖区出入口处，用于防止家畜逃串和丢失，所述图像采集设备用于对整个养殖区进行视频监控。
7.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：所述控制单元包括换气风机、淋浴喷头、药剂喷头、除粪系统、放料器、饮水器、日光灯、报警器、雨帘和空调。
8.根据权利要求7所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：每个所述放料器设置有质量传感器和自动搅拌器，所述质量传感器用于检测饲料重量后进行自动搅拌放料。
9.根据权利要求7所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：每个所述饮水器设置有触控感应器，用于自动给水，所述饮水器采用围栏式结构，设置有一体式围栏秤，和称重传感器连接用于对单体家畜在饮水时进行称重。
10.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的家畜养殖控制系统，其特征在于：所述数据管理中心中还包括校验单元，所述校验单元用于接收到用户确定发送指令到单片机时，检验用户输入密码是否为预先设定的密码。
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