CN107205214A - 一种家禽养殖无线传感器网络监测系统 - Google Patents

一种家禽养殖无线传感器网络监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，包括禽舍环境监测信息收发模块、移动智能终端和远程监测中心，所述的移动智能终端与远程监测中心远程通信连接，禽舍环境监测信息收发模块用于通过无线传感器网络采集禽舍环境监测数据，并将禽舍环境监测数据发送至远程监测中心；所述的远程监测中心用于存储禽舍环境监测数据，并对禽舍环境监测数据与正常阈值进行比较，在禽舍环境监测数据发生异常时发送报警信号至移动智能终端。本发明实现了对禽舍环境监测数据的实时监测。

Description

一种家禽养殖无线传感器网络监测系统
技术领域
本发明涉及家禽养殖领域，具体涉及一种家禽养殖无线传感器网络监测系统。
背景技术
相关技术中的禽舍环境监测多采用人工检测方法，如畜禽舍内氨气浓度的测定，常采用负压空气机采集定量空气，然后将空气压入水中，用盐酸中和，依据盐酸消耗量推导空气中氨气浓度，该过程繁琐费力、误差大、时效性差，且监测范围有限，难以及时掌握禽舍环境信息，因此，及时掌握禽舍环境信息，构建一个无线禽舍环境监测系统显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种家禽养殖无线传感器网络监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，包括禽舍环境监测信息收发模块、移动智能终端和远程监测中心，所述的移动智能终端与远程监测中心远程通信连接，禽舍环境监测信息收发模块用于通过无线传感器网络采集禽舍环境监测数据，并将禽舍环境监测数据发送至远程监测中心；所述的远程监测中心用于存储禽舍环境监测数据，并对禽舍环境监测数据与正常阈值进行比较，在禽舍环境监测数据发生异常时发送报警信号至移动智能终端。
本发明的有益效果为：可实现对空气温、湿度以及氨气浓度等多种禽舍环境指标参数进行实时自动监测、禽舍环境监测数据的远程无线传输和自动报警，提高了家禽养殖的工作效率，有利于有效控制家禽产品的质量安全。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的框图示意图；
图2是本发明远程监测中心的框图示意图。
附图标记：
禽舍环境监测信息收发模块1、移动智能终端2、远程监测中心3、数据存储模块10、数据比较模块20、数据显示模块30、报警模块40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，包括禽舍环境监测信息收发模块1、移动智能终端2和远程监测中心3，所述的移动智能终端2与远程监测中心3远程通信连接，禽舍环境监测信息收发模块1用于通过无线传感器网络采集禽舍环境监测数据，并将禽舍环境监测数据发送至远程监测中心3；所述的远程监测中心3用于存储禽舍环境监测数据，并对禽舍环境监测数据与正常阈值进行比较，在禽舍环境监测数据发生异常时发送报警信号至移动智能终端2。
其中，所述禽舍环境监测数据包括禽舍内的空气温度、湿度、氮气浓度。
优选地，所述的远程监测中心3包括数据存储模块10、数据比较模块20、数据显示模块30、报警模块40。
优选地，所述的禽舍环境监测信息收发模块1包括禽舍环境监测节点和汇聚节点，所述的禽舍环境监测节点用于采集禽舍环境监测数据的禽舍环境监测节点，汇聚节点用于收集禽舍环境监测节点发送的禽舍环境监测数据。
优选地，所述禽舍环境监测节点由处理器模块、无线通信模块、电源管理模块和传感器模块组成，所述处理器模块分别与电源管理模块、无线通信模块、传感器模块相连，所述无线通信模块和传感器模块分别与电源管理模块相连。
本发明上述实施例可实现对空气温、湿度以及氨气浓度等多种禽舍环境指标参数进行实时自动监测、禽舍环境监测数据的远程无线传输和自动报警，提高了家禽养殖的工作效率，有利于有效控制家禽产品的质量安全。
优选地，所述的禽舍环境监测节点发送禽舍环境监测数据至对应的汇聚节点时，通过中继转发节点来实现禽舍环境监测数据的转发，其中中继转发节点在所述的禽舍环境监测节点与对应的汇聚节点之间的禽舍环境监测节点中进行选择，具体为：
(1)获取源节点(即发送禽舍环境监测数据的禽舍环境监测节点)发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的所有数据传输路径；
(2)计算每条数据传输路径的优选值，优选值的计算公式为：
式中，F(Gb)表示源节点发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的第b条数据传输路径Gb的优选值，E1(Gb)表示数据传输路径Gb包含的禽舍环境监测节点数目，E2(Gb)i表示数据传输路径Gb中第i个传感节点具有的邻居节点数目，Qi(Gb)表示数据传输路径Gb中第i个传感节点与数据传输路径Gb中前一跳禽舍环境监测节点的丢包率，LQ为设定的丢包率阈值，α为设定的权值系数；
(3)设定优选数据传输路径数目为Z，按照数据传输路径的优选值从大到小的顺序对所有数据传输路径进行排列，选取前Z条数据传输路径作为源节点发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的优选数据传输路径，将优选数据传输路径上的所有禽舍环境监测节点作为源节点的中继转发节点。
本优选实施例通过上述方式选择禽舍环境监测节点转发禽舍环境监测数据的中继转发节点，使得无线传感器网络的传输宽度有效地限制在中继转发节点的数目之内，实现了对禽舍环境监测数据传输的数据传输路径宽度的约束；
此外，实现了编织多数据传输路径的数据传输，从而能够进一步降低禽舍环境监测数据的通信开销，提高禽舍环境监测信息收发模块1在禽舍环境监测数据传输方面的可靠度。
优选地，所述的禽舍环境监测节点通过中继转发节点发送禽舍环境监测数据至对应的汇聚节点时，中继转发节点依据设定的数据转发策略进行禽舍换件监测数据的转发，具体为：
(1)对每一跳上的中继转发节点按照其与前一跳优选数据传输路径上禽舍环境监测节点的丢包率由小到大的顺序分别进行排序，并分配序列号，设从源节点到汇聚节点之间有k跳通信，Φj是第j跳上的中继转发节点数目，其中1≤j≤k，1≤Φj≤Z，则最小丢包率的中继转发节点的序列号为1，而最大丢包率的中继转发节点的序列号为Φj；
(2)在设定时间窗口Wφ内，每一跳的中继转发节点延迟最优时间将收到的上一跳中继转发节点发送的禽舍环境监测数据包转发给下一跳的中继转发节点，其中，按照下列公式确定最优时间
式中，表示第j跳上序列号为R的中继转发节点收到上一跳中继转发节点(对应的序列号为S)的禽舍环境监测数据包后延迟转发的最优时间，1≤R≤Φj，1≤S≤Φj，INT(·)表示取整函数；
(3)若中继转发节点收到的禽舍环境监测数据包被同一跳上的其他中继转发节点转发时，该中继转发节点取消对同一禽舍环境监测数据包的转发，并将该同一禽舍环境监测数据包从数据发送缓存队列中删除。
本优选实施例中，中继转发节点依据设定的数据转发策略进行禽舍换件监测数据的转发，能够避免同一个禽舍环境监测数据包的多次转发，并且能够避免同一跳的中继转发节点同时转发禽舍环境监测数据包，因此，避免了两跳通信范围内的信道干扰或碰撞，节省了禽舍环境监测数据包转发的通信开销，能够保障禽舍环境监测数据稳定可靠传输。
优选地，源节点按照设定的评测机制定期评测选择的中继转发节点的数据转发可靠性，具体为：
(1)选择中继转发节点后，源节点按照设定的周期评测选择的中继转发节点是否满足下述的数据转发可靠条件：
且
式中，表示源节点的第D跳上第l个中继转发节点在设定周期内收到前一跳中继转发节点的禽舍环境监测数据包的个数，表示源节点的第D跳上第l个中继转发节点的前一跳中继转发节点向其发送禽舍环境监测数据包的个数，表示源节点的第D跳上的中继转发节点失效的数目，表示源节点的第D跳上具有的中继转发节点的数目；
(2)若选择的中继转发节点不满足设定的数据转发可靠条件，源节点重新选取发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的优选数据传输路径，其中优选数据传输路径的数目为Z+1；
(3)选取优选数据传输路径上的所有禽舍环境监测节点作为中继转发节点。
本优选实施例对源节点的中继转发节点进行周期性地评测，当中继转发节点失效或者链路不满足数据传输需求时对中继转发节点进行动态更新，从而实现禽舍环境监测信息收发模块1中无线传感器网络的通信链路的动态维护，能够保障禽舍环境监测数据可靠收发，提高家禽养殖无线传感器网络监测系统的稳定性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，包括禽舍环境监测信息收发模块、移动智能终端和远程监测中心，所述的移动智能终端与远程监测中心远程通信连接，禽舍环境监测信息收发模块用于通过无线传感器网络采集禽舍环境监测数据，并将禽舍环境监测数据发送至远程监测中心；所述的远程监测中心用于存储禽舍环境监测数据，并对禽舍环境监测数据与正常阈值进行比较，在禽舍环境监测数据发生异常时发送报警信号至移动智能终端。
2.根据权利要求1所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，所述禽舍环境监测数据包括禽舍内的空气温度、湿度、氮气浓度。
3.根据权利要求2所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，所述的远程监测中心包括数据存储模块、数据比较模块、数据显示模块和报警模块。
4.根据权利要求1所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，所述的禽舍环境监测信息收发模块包括禽舍环境监测节点和汇聚节点，所述的禽舍环境监测节点用于采集禽舍环境监测数据的禽舍环境监测节点，汇聚节点用于收集禽舍环境监测节点发送的禽舍环境监测数据。
5.根据权利要求4所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，所述禽舍环境监测节点由处理器模块、无线通信模块、电源管理模块和传感器模块组成，所述处理器模块分别与电源管理模块、无线通信模块、传感器模块相连，所述无线通信模块和传感器模块分别与电源管理模块相连。
6.根据权利要求4所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，所述的禽舍环境监测节点发送禽舍环境监测数据至对应的汇聚节点时，通过中继转发节点来实现禽舍环境监测数据的转发，其中中继转发节点在所述的禽舍环境监测节点与对应的汇聚节点之间的禽舍环境监测节点中进行选择，具体为：
(1)获取源节点(即发送禽舍环境监测数据的禽舍环境监测节点)发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的所有数据传输路径；
(2)计算每条数据传输路径的优选值，优选值的计算公式为：
<mrow> <mi>F</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </munderover> <msub> <mi>E</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>E</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msubsup> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>Q</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
式中，F(Gb)表示源节点发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的第b条数据传输路径Gb的优选值，E1(Gb)表示数据传输路径Gb包含的禽舍环境监测节点数目，E2(Gb)i表示数据传输路径Gb中第i个传感节点具有的邻居节点数目，Qi(Gb)表示数据传输路径Gb中第i个传感节点与数据传输路径Gb中前一跳禽舍环境监测节点的丢包率，LQ为设定的丢包率阈值，α为设定的权值系数；
(3)设定优选数据传输路径数目为Z，按照数据传输路径的优选值从大到小的顺序对所有数据传输路径进行排列，选取前Z条数据传输路径作为源节点发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的优选数据传输路径，将优选数据传输路径上的所有禽舍环境监测节点作为源节点的中继转发节点。
7.根据权利要求6所述的一种家禽养殖无线传感器网络监测系统，其特征是，源节点按照设定的评测机制定期评测选择的中继转发节点的数据转发可靠性，具体为：
(1)选择中继转发节点后，源节点按照设定的周期评测选择的中继转发节点是否满足下述的数据转发可靠条件：
<mrow> <mfrac> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>E</mi> <mn>0</mn> <mi>D</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>E</mi> <mi>X</mi> <mi>D</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <msubsup> <mi>E</mi> <mn>0</mn> <mi>D</mi> </msubsup> </mfrac> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow>
且
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式中，表示源节点的第D跳上第l个中继转发节点在设定周期内收到前一跳中继转发节点的禽舍环境监测数据包的个数，表示源节点的第D跳上第l个中继转发节点的前一跳中继转发节点向其发送禽舍环境监测数据包的个数，表示源节点的第D跳上的中继转发节点失效的数目，表示源节点的第D跳上具有的中继转发节点的数目；
(2)若选择的中继转发节点不满足设定的数据转发可靠条件，源节点重新选取发送禽舍环境监测数据至对应汇聚节点的优选数据传输路径，其中优选数据传输路径的数目为Z+1；
(3)选取优选数据传输路径上的所有禽舍环境监测节点作为中继转发节点。
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