CN109062129A - 一种基于web的生猪饲喂远程监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于web的生猪饲喂远程监控系统及其控制方法，包括数据采集模块、设备服务器、数据库服务器、浏览器终端模块；数据采集模块包括LoRa集中器和GPRS负责数据传输，实现采集多个终端数据且组网简单，传输距离远、低功耗；设备服务器用于传输现场参数、猪只个体信息和报警信息；数据库服务器用于存储、修改各参数，将采集到的历史信息绘制成曲线图便于观察猪只生长情况；浏览器终端模块实现工作人员对猪只的饲喂调整和查看异常情况，使得养殖户可以实时查看猪的个体信息，实现健康养殖智能化饲喂。本发明对生猪实时监控，记录每头猪的进食状态，观察是否有异常情况并能及时处理保证生猪处于良好生长状态，很好地适应于猪场养殖需求。

Description

一种基于web的生猪饲喂远程监控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及家猪饲喂信息管理和远程通信方法，属于物联网远程监控领域和家畜养殖领域，是一种基于web的家猪养殖远程监控装置和实现方法。

背景技术

我国作为农业大国，近几年来生猪养殖业发展迅猛养殖规模不断扩大，猪肉产量占据世界总产量的一半，但是大多数的生产养殖模式还是处于人工、半自动化状态，养殖效益低下，不足以满足人们对肉类质量的要求。现代农业需要采用科学技术来减少劳动力、提高产品的产量和质量，在生猪养殖中，每次的投喂量和每天的投喂次数都影响生猪生长。在健康高效饲喂的情况下有利于提高猪肉产量，实时观察生猪的体重变化趋势、进食状态以及发情处理等有助于提高猪肉的品质。因此在养殖业中结合新技术对生猪饲喂的控制，健康养殖，有利于改善养殖产品的质量和产量。

目前我国畜禽养殖已经引入物联网技术，构建物联网监控平台，对生长因子进行长期的实时监控和对养殖硬件设备的有效控制，主要采用的无线通信方式有GPRS、ZigBee、WiFi。通过这些物联网技术可以准确地传输猪只采食信息，但是wifi距离短隔墙信号变弱，不适合应用于大规模的养殖环境，ZigBee抗干扰能力差，组网复杂，通讯距离较短，不足以满足低成本、高效率的特点。而LoRa一种基于扩频调制技术的无线通讯技术用于建立长距离通信链路，最大程度实现远距离通信、低功耗发射、抗干扰能力强，将LoRa与GPRS结合具有远距离、高速度、低功耗、组网简单等特点。

利用网络通信技术、数据采集技术、以及面向对象等实现整个系统的系统管理、用户管理设备监控数据信息显示以及故障报警等模块，充分利用现有局域网、广域网资源，以数据的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全体一体化管理。本发明采用远程监控管理对生猪饲喂科学健康养殖，对采食量实施准确控制、发情配种处理以及异常猪只管理，最终实现高效养殖的目的。

发明内容

本发明的目的在于开发远距离对生猪饲喂调控的系统，针对于有限通信不足、饲喂管理不科学和数据不能共享的缺点，本系统提供了一种集远程智能控制、高效精准饲喂、低功耗等优点于一身的生猪饲喂远程监控系统，在浏览器终端上实现猪只采食信息和体重状态的无线传输和控制指令的无线传输，提高了系统的灵活性，避免了在信息传输过程中铺设大量线路、移动性不强和维护困难等不利因素。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于web的生猪饲喂监控系统，包括数据采集模块、设备服务器、数据库服务器、浏览器终端模块；

所述数据采集模块包括PLC下位机、LoRa终端以及猪只信息采集设备，所述猪只信息采集设备用于采集猪只的身份信息、体重信息和采食量信息，经PLC下位机处理后通过LoRa终端将采集的信息汇聚到LoRa集中器，由LoRa集中器将信息传输到GPRS，再由GPRS通过以太网传输到设备服务器；所述设备服务器分别与数据库服务器和浏览器终端相连，用于传输现场参数信息、猪只状态信息、以及用户信息管理，并且将所有的信息存储到数据库服务器中；所述浏览器终端模块采用Socket接口与设备服务器连接，传输控制指令，包括设备控制管理和数据统计分析，实现数据实时显示、历史数据查询、统计变化曲线、异常状态处理，工作人员可以通过查看、对比生猪生长状况来调整对猪只的日粮饲喂量。

本发明针对上述一种基于web的生猪饲喂远程监控系统，提出的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，自动识别猪只身份信息，在每头猪只的耳朵上佩戴电子耳标，当猪只进入采食槽时，耳标阅读器读取猪只身份信息，并将编号、采食时间、采食量、剩余饲料量、体重信息等通过RS485接口传送到PLC200 224XP进行处理存储；

步骤2，搭建分布式LoRa终端模块，LoRa通信模块与PLC200 224XP控制器相连传输数据，信息通过汇聚到LoRa集中器后传输到GPRS，GPRS与设备服务器以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将猪只信息传输到设备服务器；

步骤3，设备服务器上的本地监控软件解析数据包后将体重、采食量、采食时间、日龄等分类存放到数据库中，并给定下位机控制节点的控制参数，实现对现场的远程自动控制；

步骤4，用户使用浏览器进入网站时，ActiveX请求安装运行，根据数据库中的用户信息确认用户类型，普通用户可以查看网页，在自动控制系统出现异常时，管理员用户可以通过手动控制现场同时管理员也可以根据猪只的生长状况对投喂量进行修改；

步骤5，当有新猪进入前要对其进行信息注册，离开之后需要对该猪删除所有信息，同时若出现信息错误可进行修改。

进一步，所述设备服务器能够设置是否允许所述远程用户对现场执行机构实施控制。

进一步，所述设备服务器将各数据分类存储于数据库中，以时间为标识符排列。数据库将存储的体重信息和采食信息绘制曲线图方便管理员查看猪只生长情况，实现自动精确添加饲料，当采食结束后，系统需要计算剩余的饲料量，当饲料不足300g时，系统将连续添加两次饲料，每次300g。

进一步，所述浏览器终端模块控制部分是基于.net平台MVC框架设计web服务器，采用c#语言开发平台，VisualStudio2013软件来编写上位机，SQLSever作为数据引擎，和设备服务器通信，将参数信息呈现到浏览器端。浏览器终端主要包括基础信息管理、批次信息管理、生产信息管理、精细投喂专家系统和报表分析几个功能模块对生猪信息进行管理。

进一步，浏览器终端主要包括基础信息管理、批次信息管理、生产信息管理、精细投喂专家系统和报表分析几个功能模块对生猪信息进行管理。

进一步，所述浏览器终端部分包括安卓客户端、浏览器平台、远程监控中心三者，通过Internet网络连接起来，使得用户随时随地都可以通过无线网络登录查看以及修改猪场信息；

数据库访问技术采用SQLsever数据库对猪场信息数据进行存储，用户能够随时调取历史数据，显示变化曲线图；远程用户首次进入网站时，页面提示用户下载网络服务器的Activex控件，控件注册运行后可永久性使用，以后再打开网页不需要再下载，直接运行；运行于远程用户模块的ActiveX采用socket接口与设备服务器连接传输控制指令和报警信息。

进一步，所述浏览器终端采用三层架构搭建分为基础数据层、业务逻辑层和人机交互层；基础数据层负责从数据库中调取猪只数据并对数据进行增添、删除、更新、查找；业务逻辑层进行业务处理包括设备控制管理，信息处理同时对数据业务逻辑处理；人机交互层采用MVC框架搭建，作为UI层的MVC一般不直接操作数据访问层，会通过业务逻辑层封装业务逻辑、调用数据访问层。

进一步，所述设备服务器通讯采用socket双向通信方式实现数据交换，开启套接字连接服务器监听判断是否处于连接状态实时监控网络状态，远程客户端提出连接请求指出设备服务器端套接字的地址和端口号，当设备服务器端套接字监听到连接请求建立新的线程把服务器端套接字的描述发给客户端；具体地：

首先创建一个socket描述，调用bind()函数把特定的地址赋给socket，然后通过调用listen()来监听这个socket，如果此时客户端调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求，在完成读写操作后调用close()函数关闭文件；LoRa采用星形拓扑结构网关和设备服务器间通过标准IP连接，所有节点与网关间均是双向通信；采用SX1278射频芯片作为LoRa集中器，采用UART口与服务器连接，实现数据收/发；数据发射时：首先将LoRa切换至发送模式，通过SX1278_LoRaEntryTx()初始化配置寄存器，向寄存器写入数据，RF_IRQ_DIO0为1时表示TxDone中断被触发，完成了数据发送，SX1278_Standby()将使得SX1278进入待机模式；数据接收时：将LoRa置为接收模式，配置寄存器初始化后，RF_IRQ_EN()开启外部中断监听数据到来并读取FIFO中数据，后通过串口发送至服务器。

本发明的有益效果：

1)LoRa延长了网络的传输距离，最远可达几千米，同时也节约了成本，只需要一个流量卡通过GPRS传输到INTERNET网络，克服了无线网络组网复杂、传输距离有限的缺点。

2)采用SQLsever提供数据存储功能，可调用任意时间段文本数据，查看历史信息，将历史信息绘制曲线图，能够清楚的看出生猪生长情况，精细饲喂提高生猪出栏率。

3)实现远程智能调控，用户随时随地可通过浏览器查看监控视频和数据参数信息，掌握猪舍现场状态，创造健康、卫生的养殖环境，提高家猪产量。真正意义上实现了自动化智能饲喂，无需人工参与科学喂养，节约劳动力。

4)本系统采用B/S模式简化了客户端的设计，方便了服务器端的开发、维护和升级。远程用户模块采用ActiveX和设备服务器直接相连发送控制命令，传输效率高，实时性强，同时饲养员可以通过上位机对下位机进行控制。

附图说明

图1是本发明系统总体设计图。

图2是本发明上位机设计原理框图。

图3是本发明猪只身份识别信息传输图。

图4是本发明控制投喂框图。

图5是本发明设备服务器通讯流程图。

图6是本发明系统逻辑结构。

图7是本发明的监控界面图。

图8是视频监控图。

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、完整的描述。

如图1所示，一种基于web的生猪饲喂远程监控系统主要包括数据采集模块、设备服务器、数据库服务器、浏览器终端模块；其中，设备服务器、数据库服务器、浏览器终端模块组成上位机，数据采集模块包含PLC下位机、LoRa终端、以及猪只信息采集设备，所述猪只信息采集设备包括电子耳标阅读器、称重传感器。

具体上位机设计原理框图如图2所示，图2中，①是基于TCP/IP协议的套接字socket通信方式，其中，浏览器终端部分(安卓客户端、浏览器平台、远程监控中心三者)通过Internet网络连接起来，使得用户随时随地都可以通过无线网络登录查看以及修改猪场信息。②是数据库访问技术，本系统采用SQLsever数据库对猪场信息数据进行存储，方便用户随时调取历史数据，显示变化曲线图；远程用户首次进入网站时，页面提示用户下载网络服务器的activex控件，控件注册运行后可永久性使用，以后再打开网页不需要再下载，直接运行。运行于远程用户模块的ActiveX采用socket接口与设备服务器连接传输控制指令和报警信息。

信息采集模块用于采集猪只身份信息、体重信息和采食量信息，其中采食量由采食前后的体重差得到，通过耳标阅读器读取猪只的身份信息，称重传感器获取体重信息，信息经PLC200 224XP处理后与LoRa终端进行传输，通过LoRa无线传输到LoRa集中器最终将信息传输到GPRS，再由GPRS通过以太网传输到设备服务器直至浏览器终端。

所述设备服务器与数据库服务器相连用于传输现场参数信息、猪只状态信息、用户信息管理并将这些信息存储到数据库中，实现数据实时显示、历史数据查询、统计变化曲线、异常处理。设备服务器主要用于向LoRa模块发出轮询指令，接收返回的猪场信息，解析后存储于数据库服务器之中，同时控制下位机的执行装置，设定控制参数值，接收远程用户的连接请求并且执行相应的操作同时将数据存储于数据库之中。

图3是猪只身份识别信息传输图，通过给每头猪只的耳朵上佩戴电子耳标，识别猪只身份使得每头猪都有唯一的身份号码，通过阅读器读取每头猪的身份信息，然后通过LoRa终端接收发送到总的LoRa集中器，最终通过GPRS发送到上位机上，上位机接收、解析数据包，通过上位机控制每头猪的投喂量，当系统对该头猪的投喂达到每天的设定投喂量时，上位机将控制下位机不再投放饲料，将出口门打开，让猪只离开，当猪只的当天吃食量远小于平时投喂量时，查看是否出现异常情况，若生病则及时隔离，防止传染给其他的猪，及时查看生猪的发情状况，如果观察到进入嗅洞次数过多发情状态，则及时对该猪进行配种处理，保证优良品种。

图4是控制投喂框图，本系统采用步进电机控制投喂量，PLC下位机控制电机驱动器驱动加料步进电机转动，通过控制转速和转的圈数来控制每次的投放饲料量，控制门的开关，当电子耳标感应器感应到猪进入的时候，开关门控制开关将入口门打开，当猪进入的时候门关上，防止后面的猪进入。当猪吃完之后，从出口门出去，当猪出去后，后面的猪再进入。电子地磅称称量猪只体重，将信息通过PLC传送到LoRa终端，最后由LoRa集中器集中后通过GPRS无线网络传输到客户端。

图5是设备服务器通讯流程图；设备服务器通讯采用socket双向通信方式实现数据交换，开启套接字连接服务器监听判断是否处于连接状态实时监控网络状态，客户端提出连接请求指出服务器端套接字的地址和端口号，当服务器端套接字监听到连接请求建立新的线程把服务器端套接字的描述发给客户端。首先创建一个socket描述，调用bind()函数把特定的地址赋给socket，然后通过调用listen()来监听这个socket，如果此时客户端调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求，在完成读写操作后调用close()函数关闭文件。LoRa采用星形拓扑结构网关和服务器间通过标准IP连接，所有节点与网关间均是双向通信。融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，使用高扩频因子可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。SX1278射频芯片作为集中器通信关键设备，采用UART口与服务器连接，实现数据收/发。数据发射：首先将LoRa模块切换至发送模式，通过SX1278_LoRaEntryTx()初始化配置寄存器，向寄存器写入数据，RF_IRQ_DIO0为1时表示TxDone中断被触发，完成了数据发送，SX1278_Standby()将使得SX1278进入待机模式。数据接收：将LoRa模块置为接收模式，配置寄存器初始化后，RF_IRQ_EN()开启外部中断监听数据到来并读取FIFO中数据，后通过串口发送至服务器。

图6是本系统的浏览器终端网页架构图，采用三层架构搭建分为基础数据层、业务逻辑层和人机交互层。基础数据层负责从数据库中调取猪只数据并对数据进行增添、删除、更新、查找等；业务逻辑层进行业务处理包括设备控制管理，信息处理同时对数据业务逻辑处理；人机交互层采用MVC框架搭建，作为UI层的MVC一般不直接操作数据访问层，会通过业务逻辑层封装业务逻辑、调用数据访问层。使用MVC应用程序主要分为模型、视图、控制器三个部分，其中模型拥有最多的处理任务，一个模型能够为多个视图提供数据。视图实现数据的输入和输出，就是与用户实现交互的页面。控制器可以根据用户的需求选出模型进行处理选择视图将处理结果显示给用户。开发环境为Visual Studio 2013，动态网页交互方式采用Asp.net技术；前端开发采用Html、Css、Javascript脚本语言；使用entityframwork开发数据库采用代码优先模式数据库由entityframwork帮助生成，当修改模型后entityframwork禁用Miguration手动创建，采用fluentapi进行配置，在sql中建表，用c#建模型类创建personconfig类和dbcontext类，entityframwork会自动把where、orderby、select翻译成表达树后再翻译成sql语句执行。可自动化管理数据库的对象关系映射框架，是基于ado.net的增强。

根据上述系统，本发明的控制方法如下：

步骤1，自动识别猪只身份信息，在每头采食猪只的耳朵上佩戴耳标，当猪只进入采食槽时，耳标阅读器读取猪只身份信息，并将编号、采食时间、采食量、剩余饲料量、体重信息等通过RS485接口传送到PLC200 224XP进行处理存储；

步骤2，搭建分布式LoRa终端模块，LoRa终端模块与PLC200 224XP控制器相连传输数据，信息通过LoRa集中器汇聚传输到GPRS，GPRS与设备服务器以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将猪只信息传输到设备服务器；

步骤3，设备服务器上的本地监控软件解析数据包后将体重、采食量、采食时间、日龄、猪舍信息等分类存放到数据库服务器中，并给定下位机控制节点的控制参数，实现对现场的远程自动控制；

步骤4，用户使用浏览器进入网站时，ActiveX请求安装运行，根据数据库中的用户信息确认用户类型，普通用户可以查看网页，在自动控制系统出现异常时，管理员用户可以通过手动控制现场同时管理员也可以根据猪只的生长状况对投喂量进行修改；

步骤5，当有新猪进入前要对其进行信息注册，离开之后需要对该猪删除所有信息，同时若出现信息错误可进行修改。

图7是监控界面图，在界面上可以查看到当时的监控视频以及阶段数据曲线图显示，通过点击功能模块的按钮可以实现24h曲线图、历史参数查询、异常处理信息、报警预测等功能，表格显示区查看一段时间的数据表。作为远程监控平台，实现显示体重信息和采食量以及监控视频图像，用户可以在任何地方随时登陆网站通过网络查询数据信息，对现场环境与设备运行情况做远程监控。

以上对本发明的原理和实现方法进行了说明，以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明。在本发明的原则和原理之内可以对这些实例进行多种的变化、修改、替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于web的生猪饲喂远程监控系统，其特征在于，包括：数据采集模块、设备服务器、数据库服务器、浏览器终端模块；

所述数据采集模块包括PLC下位机、LoRa终端以及猪只信息采集设备，所述猪只信息采集设备用于采集猪只的身份信息、体重信息和采食量信息，经PLC下位机处理后通过LoRa终端将采集的信息汇聚到LoRa集中器，由LoRa集中器将信息传输到GPRS，再由GPRS通过以太网传输到设备服务器；所述设备服务器分别与数据库服务器和浏览器终端相连，用于传输现场参数信息、猪只状态信息、以及用户信息管理，并且将所有的信息存储到数据库服务器中；所述浏览器终端模块采用Socket接口与设备服务器连接，传输控制指令，包括设备控制管理和数据统计分析，实现数据实时显示、历史数据查询、统计变化曲线、异常状态处理，工作人员可以通过查看、对比生猪生长状况来调整对猪只的日粮饲喂量。

2.根据权利要求1所述的基于web的生猪饲喂远程监控系统的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，自动识别猪只身份信息，在每头猪只的耳朵上佩戴电子耳标，当猪只进入采食槽时，耳标阅读器读取猪只身份信息，并将编号、采食时间、采食量、剩余饲料量、体重信息等通过RS485接口传送到PLC200 224XP进行处理存储；

步骤2，搭建分布式LoRa终端模块，LoRa终端模块与PLC200 224XP控制器相连传输数据，信息通过汇聚到LoRa集中器后传输到GPRS，GPRS与设备服务器以TCP/IP协议建立连接，采用socket接口传输数据，将猪只信息传输到设备服务器；

步骤3，设备服务器上的本地监控软件解析数据包，将体重、采食量、采食时间、日龄分类存放到数据库中，并给定下位机控制节点的控制参数，实现对现场的远程自动控制；

步骤4，用户使用浏览器进入网站时，ActiveX请求安装运行，根据数据库中的用户信息确认用户类型，普通用户可以查看网页，在自动控制系统出现异常时，管理员用户可以通过手动控制现场同时管理员也可以根据猪只的生长状况对投喂量进行修改；

步骤5，当有新猪进入前要对其进行信息注册，离开之后需要对该猪删除所有信息，同时若出现信息错误可进行修改。

3.根据权利要求2所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述设备服务器能够设置是否允许所述远程用户对现场执行机构实施控制。

4.根据权利要求2所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述设备服务器将各数据分类存储于数据库中，以时间为标识符排列；数据库将存储的体重信息和采食信息绘制曲线图方便管理员查看猪只生长情况，实现自动精确添加饲料，当采食结束后，计算剩余的饲料量，当饲料不足300g时，系统远程控制连续添加两次饲料，每次300g。

5.根据权利要求2所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述浏览器终端模块控制部分是基于.net平台MVC框架设计web服务器，采用c#语言开发平台，VisualStudio2013软件编写，SQLSever作为数据引擎，和设备服务器通信，将参数信息呈现到浏览器端。

6.根据权利要求2所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，浏览器终端主要包括基础信息管理、批次信息管理、生产信息管理、精细投喂专家系统和报表分析几个功能模块对生猪信息进行管理。

7.根据权利要求5所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述浏览器终端部分包括安卓客户端、浏览器平台、远程监控中心三者，通过Internet网络连接起来，使得用户随时随地都可以通过无线网络登录查看以及修改猪场信息；

数据库访问技术采用SQLsever数据库对猪场信息数据进行存储，用户能够随时调取历史数据，显示变化曲线图；远程用户首次进入网站时，页面提示用户下载网络服务器的Activex控件，控件注册运行后可永久性使用，以后再打开网页不需要再下载，直接运行；运行于远程用户模块的ActiveX采用socket接口与设备服务器连接传输控制指令和报警信息。

8.根据权利要求7所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述浏览器终端采用三层架构搭建分为基础数据层、业务逻辑层和人机交互层；基础数据层负责从数据库中调取猪只数据并对数据进行增添、删除、更新、查找；业务逻辑层进行业务处理包括设备控制管理，信息处理同时对数据业务逻辑处理；人机交互层采用MVC框架搭建，作为UI层的MVC一般不直接操作数据访问层，会通过业务逻辑层封装业务逻辑、调用数据访问层。

9.根据权利要求2所述的生猪饲喂远程控制方法，其特征在于，所述设备服务器通讯采用socket双向通信方式实现数据交换，开启套接字连接服务器监听判断是否处于连接状态实时监控网络状态，远程客户端提出连接请求指出设备服务器端套接字的地址和端口号，当设备服务器端套接字监听到连接请求建立新的线程把服务器端套接字的描述发给客户端；具体地：

首先创建一个socket描述，调用bind()函数把特定的地址赋给socket，然后通过调用listen()来监听这个socket，如果此时客户端调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求，在完成读写操作后调用close()函数关闭文件；LoRa采用星形拓扑结构网关和设备服务器间通过标准IP连接，所有节点与网关间均是双向通信；采用SX1278射频芯片作为LoRa集中器，采用UART口与服务器连接，实现数据收/发；数据发射时：首先将LoRa切换至发送模式，通过SX1278_LoRaEntryTx()初始化配置寄存器，向寄存器写入数据，RF_IRQ_DIO0为1时表示TxDone中断被触发，完成了数据发送，SX1278_Standby()将使得SX1278进入待机模式；数据接收时：将LoRa置为接收模式，配置寄存器初始化后，RF_IRQ_EN()开启外部中断监听数据到来并读取FIFO中数据，后通过串口发送至服务器。