CN108153356A - 一种基于物联网的智能养殖控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物养殖领域，具体涉及一种基于物联网的智能养殖控制系统及方法。包括传感器数据采集单元采集环境数据、多功能接线盒数据处理单元对数据编码处理、物联网控制器数据分析单元对环境数据解码分析、远程服务器单元用于存储数据。实现了远程可视化调控。每个控制器都保持网络连接，可以将栏舍内传感器参数数据以及控制参数实时上传至远程服务器。便于远程可视化调控。采用触摸式操作，最大程度上简化了操作难度，易于用户上手操作使用，提升了用户交互体验。同时提高了底层软件开发效率和降低了后期维护难度。本发明符合实际应用需求，适合畜禽养殖智能化精准管理。可应用于现代化，智能化畜禽养殖场景。
Description
技术领域
本发明涉及动物养殖领域，具体涉及一种基于物联网的智能养殖控制系统及方法。
背景技术
随着信息时代的到来，互联网技术影响着人民生活的方方面面。伴随在畜禽养殖场景中设备的机械化，自动化水平不断提升，由传统的养殖模式向更为集约化，高效化的现代养殖模式进行转化的需求越发迫切。
在传统的养殖场景下，饲养员往往凭借个人经验与习惯对养殖栏舍中的风机、水帘、卷帘等设备进行管控。其后果是，场部间，甚至栏舍间设备控制的方案差异大。而且对于栏舍内部的环境数据，没有监控与记录，容易出现管理漏洞，场部不仅需要安排大量人员进行夜班巡查，而且在设备出现故障时无法及时做出反应，影响生产成绩。
规模化畜禽养殖业已成为畜禽养殖的趋势，且对饲养环境的整体要求较之散养更为严格。国内外市场上具有各种品牌的养殖环控器产品，但硬件上普遍应用嵌入式单片机作为主控，搭配各类传感器探头，通信模块，显示屏等配套模块。软件部分整合一套环境控制逻辑，通过实时采集栏舍内部传感器数据，执行逻辑进行设备控制，从而达到环境控制的目的。但是现有技术存在以下技术问题：
1、普遍没有连接网络，单机运行，配套的上层软件往往需要额外购买，无法进行远程监控；
2、某些产品控制参数逻辑较为复杂，配合按键及LCD屏的交互方式，用户使用上体验不佳；
3、软件更新困难，往往需要更换单片机芯片。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提出一种基于物联网的智能养殖控制系统，具体包括：传感器数据采集单元、多功能接线盒数据处理单元、物联网控制器数据分析单元、远程服务器单元；
传感器数据采集单元，采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至数据处理单元；
多功能接线盒数据处理单元，接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
物联网控制器数据分析单元，获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据解码分析处理；
远程服务器单元，用于存储分析处理后的养殖环境数据。
进一步地，所述系统采用至少一种软件语言编写研发。
进一步地，所述系统可以实现对养殖栏舍内设备远程可视化调控。
进一步地，所述系统为自动环控。
进一步地，所述环境数据包括栏舍内外温度、湿度、氨气浓度和光照强度。
进一步地，
所述物联网控制器数据分析单元包括：人机界面程序单元和后台控制程序单元；
人机界面程序单元和后台控制程序单元通过约定的协议实现数据交互；
所述约定的协议以socket长连接方式自定义的协议进行通信。
进一步地，所述人机界面程序单元包括：设备操作模块、数据展示操作模块、参数设置模块、历史数据查询模块、异常检测模块；
设备操作模块，用于在触摸屏上直接开启或关闭指定的设备；
数据展示操作模块，用于展示传感器数据采集单元采集的环境数据以及设备参数；
参数设置模块，用于设置养殖栏舍内各设备自动运行的逻辑参数；
历史数据查询模块，用于查询至少一周的传感器数据采集单元采集到的环境数据；
异常检测模块，用于检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
进一步地，所述后台控制程序单元包括：数据读取模块、智能逻辑模块、数据上传模块、控制信号输出模块；
数据读取模块，用于读取多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据；
智能逻辑模块，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；
数据上传模块，用于向远程服务器单元上传分析处理后的养殖栏舍内环境数据；
控制信号输出模块，用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于物联网的智能养殖控制方法，具体包括如下步骤：
S1，采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至数据处理单元；
S2，接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
S3，获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据解码分析处理；
S4，存储分析处理后的养殖环境数据。
进一步地，所述方法还包括：
于步骤S3中，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；
用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制；
于步骤S3后，检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、实现了远程可视化调控。每个控制器都保持网络连接，可以将栏舍内传感器参数数据以及控制参数实时上传至远程服务器。便于远程可视化调控。
2、提升了用户交互体验，采用触摸式操作，最大程度上简化了操作难度，易于用户上手操作使用。
3、提高了底层软件开发效率。
4、降低了后期维护难度。
本发明符合实际应用需求，适合畜禽养殖智能化精准管理。可应用于现代化，智能化畜禽养殖场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明系统框架示意图；
图2为本发明物联网控制器数据分析单元构架示意图；
图3为本发明方法步骤示意图；
图4为本发明控制流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
如图1所示，一种基于物联网的智能养殖控制系统，所述系统包括：传感器数据采集单元、多功能接线盒数据处理单元、物联网控制器数据分析单元、远程服务器单元；
传感器数据采集单元，用于采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至多功能接线盒数据处理单元；
多功能接线盒数据处理单元，用于接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
物联网控制器数据分析单元，用于获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据进行解码分析处理；
远程服务器单元，用于存储分析处理后的养殖环境数据。
在本实施方式中，所述系统采用至少一种软件语言编写研发。
在本实施方式中，所述系统可以实现对养殖栏舍内设备远程可视化调控。
在本实施方式中，所述系统为自动环控。
在本实施方式中，所述环境数据包括栏舍内外温度、湿度、氨气浓度和光照强度。
在本实施方式中，如图2所示，所述物联网控制器数据分析单元使用7寸或10寸电阻屏；
所述物联网控制器数据分析单元包括人机界面程序单元和后台控制程序单元；
人机界面程序单元和后台控制程序单元通过约定的协议实现数据交互；
所述约定的协议以socket长连接方式自定义的协议进行通信。
在本实施方式中，所述人机界面程序单元包括：设备操作模块、数据展示操作模块、参数设置模块、历史数据查询模块、异常检测模块、当前运行状态模块；
设备操作模块，用于在触摸屏上直接开启或关闭指定的设备；用户可以使用本功能直接在触摸屏上开启或关闭指定的设备，达到代替手动开关的目的，是智能逻辑模块的补充部分。
数据展示操作模块，用于展示传感器数据采集单元采集的环境数据以及设备参数；
参数设置模块，用于设置养殖栏舍内各设备自动运行的逻辑参数；智能模式设置养殖栏舍内风机，卷帘，水帘等环控设备自动运行的逻辑参数；
历史数据查询模块，用于查询至少一周的传感器数据采集单元采集到的环境数据；了解数据变化趋势。作为智能逻辑模块最终实现的效果展示模块；
异常检测模块，用于检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
当前运行状态模块为智能逻辑模块的辅助模块，由于通风模式内部逻辑较为复杂，该模块可以提供程设备的正常调控状态，用户可以根据此状态对比实际运行情况，方便调整方案或发现异常情况。
所述后台控制程序单元包括：数据读取模块、智能逻辑模块、数据上传模块、控制信号输出模块；
数据读取模块，用于读取多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据；
智能逻辑模块，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；吸收业内成熟的环控逻辑理念，并简化了设置的参数，使用户更容易上手使用。提供简单的档位通风和进阶的精准通风两个模式进行操控，并根据用户反馈增加了根据天龄或根据不同时间段调整参数的功能，使控制器逻辑更能贴合现场使用情况。
数据上传模块，用于向远程服务器单元上传分析处理后的养殖栏舍内环境数据；
控制信号输出模块，用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制。
本发明根据行业内成熟的环控逻辑体系以及整合了所有物联网智能养殖模块设备的接口协议，综合modbus通信协议，socket通信，Qt图形界面，sqlite轻量级数据库等技术，采用C、C++、js、QML等多种语言研发一套适用于现代化养殖栏舍的养殖环境控制器。集传感器数据实时采集，设备自动调控，人机界面交互，关键数据及数据可以远程监控等多种功能于一体。
物联网控制器数据分析单元的后台控制程序通过串口不断读取采集的传感器数据，并根据智能逻辑模块分析判断应该采取的操作策略，将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制。另一方面，控制程序定时将本地采集的关键数据通过网络进行上传。人机界面程序单元通过约定的协议使用本地连接的方式与后台控制程序单元实现数据交互，从而将传感器数据以及参数进行展示，同时界面程序提供了历史数据查询，异常提示等多个辅助的系统功能，提高系统功能的完整性。
物联网控制器主要使用的端口有网络接口与485串口两个。网络接口实现网络的接入，进而实现数据上传发送，实现远程可视化调控。485串口是与硬件模块实现数据传输的重要端口。物联网控制器的一个重要的外置硬件是多功能接线盒，一方面可以将传感器数据采集单元发来的数据进行编码转换，另一方面通过可控硅的通断实现了对电气部分的控制。多功能接线盒与控制器采用485串口连接，并采用modbus协议进行通信。
本发明不同于直接在ARM芯片上进行裸机开发，控制器搭载了简化版的ARM-Linux系统，所有底层应用软件开发基于linux系统，硬件外设接口统一，便于开发使用。且带操作系统的应用程序，各种开源软件很多，可以针对不同需求进行更为丰富的应用开发。
系统中的应用程序以及配置可以放置在文件系统中，并采用SD卡的方式在控制器中反复进行部署。且可以通过telnet，ssh等多种手段登录到控制器系统进行检测与维护。
如图3所示，本发明还提供一种基于物联网的智能养殖控制方法，具体包括如下步骤：
S1，采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至数据处理单元；
S2，接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
S3，获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据解码分析处理；
S4，存储分析处理后的养殖环境数据。
在本实施方式中，所述方法还包括：
于步骤S3中，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；
用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制；
于步骤S3后，检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
如图4所示，物联网控制器功能中，最核心的是自动环控。本发明系统实现栏舍环控的步骤为，传感器数据通过多功能接线盒转码后发送至物联网控制器，由物联网控制器内部根据逻辑方案分析后，将设备启停的信号发送至多功能接线盒，接线盒控制电气控制电箱实现设备的控制。
本发明保证环控逻辑的实用性与易用性，以成熟的环控理念为基础，并根据现场的反馈持续优化改进，贴合现场实际应用需求。
较佳地，实现远程可视化监控，物联网控制器数据分析单元的主控器不断与远程服务器通信，用户突破地理与时间限制，随时随地监控栏舍内参数状态。
本发明对智能逻辑方案以及人机界面进行了大量的优化与修改，尽可能地简化了操作流程与参数数据，界面展示结构清晰，用户容易理解接受。在安装过程中，用户可以快速上手使用，降低了培训难度。
较佳地，网络连接保证了数据实时上传，实现了远程可视化调控，便于用户随时随地对养殖栏舍情况进行掌控，提高了管控水平。
本发明符合实际应用需求，适合畜禽养殖智能化精准管理。可应用于现代化，智能化畜禽养殖场景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述系统包括：传感器数据采集单元、多功能接线盒数据处理单元、物联网控制器数据分析单元、远程服务器单元；
传感器数据采集单元，采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至数据处理单元；
多功能接线盒数据处理单元，接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
物联网控制器数据分析单元，获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据解码分析处理；
远程服务器单元，用于存储分析处理后的养殖环境数据。
2.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述系统采用至少一种软件语言编写研发。
3.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述系统可以实现对养殖栏舍内设备远程可视化调控。
4.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述系统为自动环控。
5.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述环境数据包括栏舍内外温度、湿度、氨气浓度和光照强度。
6.根据权利要求1所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，
所述物联网控制器数据分析单元包括：人机界面程序单元和后台控制程序单元；
人机界面程序单元和后台控制程序单元通过约定的协议实现数据交互；
所述约定的协议以socket长连接方式自定义的协议进行通信。
7.根据权利要求6所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述人机界面程序单元包括：设备操作模块、数据展示操作模块、参数设置模块、历史数据查询模块、异常检测模块；
设备操作模块，用于在触摸屏上直接开启或关闭指定的设备；
数据展示操作模块，用于展示传感器数据采集单元采集的环境数据以及设备参数；
参数设置模块，用于设置养殖栏舍内各设备自动运行的逻辑参数；
历史数据查询模块，用于查询至少一周的传感器数据采集单元采集到的环境数据；
异常检测模块，用于检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
8.根据权利要求6所述一种基于物联网的智能养殖控制系统，其特征在于，所述后台控制程序单元包括：数据读取模块、智能逻辑模块、数据上传模块、控制信号输出模块；
数据读取模块，用于读取多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据；
智能逻辑模块，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；
数据上传模块，用于向远程服务器单元上传分析处理后的养殖栏舍内环境数据；
控制信号输出模块，用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制。
9.一种基于物联网的智能养殖控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，并上传至数据处理单元；
S2，接收传感器数据采集单元采集养殖栏舍的实时养殖环境数据，对环境数据进行编码转换处理，并上传至物联网控制器数据分析单元；
S3，获取经多功能接线盒数据处理单元编码转换处理的环境数据，对编码转换处理的环境数据解码分析处理；
S4，存储分析处理后的养殖环境数据。
10.根据权利要求9所述一种基于物联网的智能养殖控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
于步骤S3中，结合实时天气情况和调整参数设置智能管控养殖栏舍内环境数据；
用于将操作信号通过串口通信的方式传输给多功能接线盒实现电气控制；
于步骤S3后，检查物联网控制器数据分析单元与各模块的通信工作情况，以及实时告警提示故障点。
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