CN110703834B - 一种基于大数据平台的畜牧业管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于大数据平台的畜牧业管理系统，包括上位机和多个控制终端；上位机设置有网络接口；控制终端包括终端控制器，终端控制器连接有食槽检测装置、环境检测装置、环境调节设备和投食装置；上位机与各终端控制器通讯连接；终端控制器将食槽检测装置、环境检测装置检测到的数据和环境调节设备、投食装置的动作信息发送给上位机，并根据从上位机接收到的指令设置控制参数；上位机用于从云平台接收本养殖场的环境数据和其他养殖场的养殖数据并生成相应的环境设备控制策略和饲养策略，最后根据饲养策略和环境设备控制策略生成相应的指令并发送给各终端控制器。本发明提供的技术方案能够解决畜牧业管理系统可靠性较差的问题。

Description

一种基于大数据平台的畜牧业管理系统

技术领域

本发明属于畜牧业智能管理技术领域，具体涉及一种基于大数据平台的畜牧业管理系统。

背景技术

畜牧业是利用畜禽等已经被人类驯化的动物，或者鹿、麝、狐、貂、水獭、鹌鹑等野生动物的生理机能，通过人工饲养、繁殖，使其将牧草和饲料等植物能转变为动物能，以取得肉、蛋、奶、羊毛、山羊绒、皮张、蚕丝和药材等畜产品的生产部门。与自给自足的家畜饲养相比，畜牧业的主要特点是集中化、规模化、并以营利为生产目的。畜牧业是人类与自然界进行物质交换的极重要环节，是农业的组成部分之一，与种植业并列为农业生产的两大支柱。

传统畜牧业的养殖方式是人工饲养，即由饲养人员在每天的特定时间向养殖区的食槽内加食料来喂养。这种方式存在人力成本高、工作效率低和饲养效果差的问题。如对于大型的养殖场，需要配备多个饲养员进行喂食，需要大量的饲养人员；饲养员需要在各养殖区逐一投食，投食时间长，工作效率低；且第一个养殖区的投食时间和最后一个养殖区之间可能会间隔很长时间，造成部分牲畜错过最佳进食时间，使饲养的效果变差。

随着科学技术的发展，畜牧业正在由传统养殖向现代化养殖的转型，现代化养殖是在养殖区设置检测设备和投食设备，当检测设备检测到食槽内没有饲料时或者到达特定时间使控制投食设备工作，将食料投放到食槽中，从而实现对所饲养动物的自动投食，减少人力成本并提高工作效率。

并且现代化养殖场内还设置有温度传感器、湿度传感器、氨气传感器、氧气传感器等环境检测设备和加热器、散热风机、换气设备等用于调节养殖场环境的动作设备，根据环境检测设备检测到的数据控制动作设备的工作状态以调节养殖场的环境，保证养殖场的环境更适于动物的成长。

现在技术中对养殖场内动作设备的控制方法是：设置设定的阈值，当检测设备检测到养殖场的待测指标大于或小于设定指标时控制相应的动作设备动作，以实现对养殖场的智能管理。但是养殖场的环境和所饲养动物的品种会发生变化，如果一直按照设定的阈值控制动作设备的工作状态，将会造成调节量过大或者调节量过小的现象，存在适用性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于大数据平台的畜牧业管理系统，以解决现有技术中畜牧业管理系统可靠性较差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于大数据平台的畜牧业管理系统，包括上位机和多个控制终端；所述上位机设置有用于连接互联网的网络接口；

所述控制终端包括终端控制器，终端控制器连接有食槽检测装置、环境检测装置、环境调节设备和投食装置；所述食槽检测装置用于检测食槽内的饲料量，所述环境检测设备用于检测养殖场的环境，所述环境调节设备用于调节养殖场的环境，所述投食装置用于向食槽内投食；所述终端控制器用于根据食槽检测装置检测到的数据控制所述投食装置的工作状态，根据环境检测装置检测到的数据控制环境调节设备的工作状态；所述上位机与各终端控制器通讯连接；

所述终端控制器用于将食槽检测装置、环境检测装置检测到的数据和环境调节设备、投食装置的动作信息发送给上位机，并根据从上位机接收到的指令设置控制参数；

所述上位机用于将从各终端控制器接送到的数据发送到云平台，并从云平台接收本养殖场的环境数据和其他养殖场的养殖数据，然后根据本养殖场的环境数据生成环境设备控制策略，根据其他养殖场的养殖数据生成饲养策略，最后根据饲养策略和环境设备控制策略生成相应的指令并发送给各终端控制器。

进一步的，所述环境调节设备包括加湿器、加热器和散热风机，所述环境检测设备包括温湿度传感器，所述终端控制器用于根据温湿度传感器检测到的信号控制加湿器、加热器和散热风机的工作状态。

进一步的，所述终环境检测设备还包括氨气传感器和氧气传感器，所述环境调节设备还包括换气设备，所述终端控制器用于根据氨气传感器和氧气传感器检测到的信号控制换气设备的工作状态。

进一步的，所述检测设备还包括用于设置在水槽的水位传感器，所述终端控制器还连接有用于为水槽内加水的加水装置，所述终端控制器用于根据水位传感器检测到的数据控制加水装置的工作状态。

进一步的，所述终环境检测设备还包括用于设置在畜牧区的粉尘传感器，所述环境调节设备还包括空气净化器，所述终端控制器根据粉尘传感器检测到的数据控制空气净化器的工作状态。

进一步的，所述饲养策略包括饲养动物的投食周期和所采用的饲料，所述环境设备控制策略包括终端控制器控制环境调节设备动作的阈值。

本发明的有益效果：本发明所提供的技术方案中，上位机可根据从云平台获取的数据生成用于控制投食装置的饲养策略和控制环境调节设备的环境设备控制策略，因此当外界因素发生变化时，上位机能够对投食装置和环境控制设备的控制策略及时进行调整，从而解决现有技术中畜牧业管理系统可靠性较差的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中基于大数据平台的畜牧业管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中控制终端的结构示意图；

图3是本发明实施例中上位机根据从云平台获取的养殖数据生成饲养策略的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于大数据平台的畜牧业管理系统，以解决现有技术中畜牧业管理系统可靠性较差的问题。

本实施例所提供的大数据平台畜牧业管理系统的结构如图1所示，包括上位机和控制终端，控制终端的数量与养殖区的数量相应，均为n个，每个养殖区设置一个控制终端。上位机与各控制终端通讯连接，并与互联网连接。n为正整数。

控制终端的结构如图2所示，包括终端控制器以及与控制器连接的环境检测装置、环境调节设备、水量补充设备和投食装置。

本实施例中的环境检测装置包括温湿度传感器、氨气传感器、粉尘传感器、水位传感器、氧气传感器。温湿度传感器设置在养殖区内，用于检测养殖区内的温度信息和湿度信息并传送给终端控制器；氨气传感器设置在养殖区，用于检测养殖区的氨气浓度信息并发送给终端控制器；氧气传感器设置在养殖区，用于检测养殖区内的氧气浓度信息并发送给终端控制器；粉尘传感器设置在养殖区，用于检测养殖区空气中的粉尘浓度信息并发送给终端控制器。水位传感器设置在养殖区的水槽内，用于检测水槽的水位信息并发送给终端控制器。

本实施例中的食槽检测装置为设置在食槽底部的压力传感器，根据食槽内饲料产生的压力得到食槽内的饲料量，并将其发送给终端控制器。

环境调节设备包括设置在养殖区的加热器、散热风机、加湿器、换气设备、空气净化器。终端控制器根据温湿度传感器检测到的养殖区的温度信息和湿度信息控制加热器、散热风机和加湿器的工作状态，根据氨气传感器和氧气传感器检测到的养殖区的氨气浓度信息和氧气浓度信息控制换气设备的工作状态，根据粉尘传感器检测到的养殖区的粉尘浓度信息控制空气净化器的工作状态，根据水位传感器检测到的水槽内的水量控制水量补充设备的工作状态，根据食槽检测装置检测到的食槽内的饲料量控制投食装置的工作状态。

本实施例中的水量补充设备为设置有可控阀门的水管，终端控制器与可控阀门连接，通过控制阀门的开启和关闭来控制水管为水槽加水。

终端控制器还连接有作为通讯装置的RS485通讯模块，通过通讯装置与上位机通讯连接，将各传感器检测到的信息、各动作设备的动作信息和所饲养动物的生长状况信息发送给上位机。上位机设置有用于连接互联网的网络接口，上位机将这些信息上传到互联网的云平台，并从互联网的云平台获取其他养殖场上位机所上传的养殖数据，根据从云平台获取的数据结合所养殖动物的品种、年龄和生长状况生成相应的饲养策略，然后根据饲养策略生产指令并发送给各终端控制器，各终端控制器根据接收到的指令设置投食装置的控制参数。

上位机根据从云平台获取的养殖数据生成饲养策略包括根据从云平台获取的数据得到最佳所饲养动物的饲料和投食周期，流程如图3所示，包括如下步骤：

首先根据所饲养动物的品种，结合从云平台获取的数据，得到最适合所饲养动物的投食周期。

投食周期以天为单位，每个投食周期内的投食次数以及两次投食之间的时间间隔也都相同。采用的投食周期不同所饲养动物的成长速度也不同，从云平台获取数据后，从中选择出养殖其品种动物中成长周期最短的养殖场，该养殖场的投食周期即为最佳投食周期，即采用该投食周期，所饲养动物从养殖到成熟所用的时间最短。

然后根据其他养殖场所饲养动物的记录，得到本养殖场所饲养动物各生长阶段最适合的饲料。

以养猪为例，其生长周期包括小猪阶段、中猪阶段和大猪阶段，其中小猪阶段为发育期，体重在20至35公斤；中猪阶段又称肥育期，体重在35至60公斤；大猪阶段为催肥阶段，体重在60至90公斤之间。

上位机从云平台获取各养殖场上位机所上传的数据，从中选取各阶段最短时所使用的饲料，从而得到最佳的饲料。

如上位机从云平台获取的各养殖场上位机所上传的数据中，A饲养场所饲养的猪小猪阶段的时间最短，B饲养场所饲养的猪中猪阶段时间最短，C饲养场所饲养的猪的大猪阶段最短，则本养殖场在小猪阶段采用A养殖场所使用的饲料，在中猪阶段采用B养殖场所使用的饲料，在大猪阶段采用C饲养场所使用的饲料。

根据从云平台获取的其他养殖场的养殖数据，得到所饲养动物的最佳饲料和投食周期，能够得到饲养周期最短的饲养策略，从而降低养殖的时间成本。

本实施例所提供的基于大数据平台的畜牧业管理系统，其上位机还从云平台获取本养殖场的环境数据，并根据环境数据调节各环境调节设备的工作阈值。

终端控制器根据温湿度传感器检测到的养殖区的空气湿度控制加湿器的方法是：当空气湿度水位传感器检测到空气湿度小于第一设定湿度时，控制水量补充设备加湿器开始工作，为水槽加水；当温湿度传感器检测到空气湿度大于第二设定湿度时，控制加湿器停止工作。

空气湿度变化速度与天气的干燥程度有关，天气越干燥空气湿度变化速度越快。由于湿度会影响动物的健康状态，因此第一设定湿度和第二设定湿度根据天气的干燥程度进行调节，能够保证动物的身体健康。本实施例中第一设定湿度和第二设定湿度与干燥度之间的关系为：

W₁＝a₁x+b₁

W₂＝a₂x+b₂

其中W₁和W₂分别为第一设定湿度和第二设定湿度，x为干燥度，a₁和a₂分别为计算第一设定湿度和第二设定湿度时的系数，均为负数，b₁和b₂均为常数。

粉尘传感器用于检测空气中的粉尘浓度，终端控制器根据粉尘传感器检测到的空气中的粉尘浓度控制空气净化器的工作状态：当空气中粉尘的浓度达到第一设定浓度值时，控制空气净化器开始工作；当空气中粉尘的浓度小于第二设定浓度值时，控制空气净化器停止工作。

在雾霾比较严重的天气，养殖区空气中的粉尘量会受到雾霾的影响而快速变化，因此为了保证空气的质量，第一设定浓度值和第二设定浓度值会根据雾霾程度的增加而降低，其中第一设定浓度值和第二设定浓度值与雾霾程度之间的对于关系为：

B₁＝c₁y+d₁

B₂＝c₂y+d₂

其中B₁和B₂分别为第一设定浓度值和第二设定浓度值，y为雾霾程度，c₁和c₂分别为计算第一设定浓度值和第二设定浓度值时的系数，均为负数，d₁和d₂均为常数。

终端控制器根据温湿度传感器检测到的养殖区的温度控制加热器和散热风机的工作状态：当养殖的温度低于第一设定温度值时控制加热器开始工作，当温度高于第二设定温度值时控制散热风机开始工作。为了保证对养殖区的温度控制效果，第一设定温度值和第二设定温度值需要根据环境的温度变化而调节：当环境温度比较高时第二设定温度值降低，当环境温度比较低时第一设定温度值升高，第一设定温度值和第二设定温度值与环境温度之间的关系为：

T₁＝m₁t+Z₁

T₂＝m₂t+Z₂

其中T₁和T₂分别为第一设定温度值和第二设定温度值，t为环境温度，m₁和m₂分别为计算第一设定温度值和第二设定温度值时的系数，均为负数，Z₁和Z₂均为常数。

上位机根据从云平台获取的数据计算出上述各阈值后生产指令并将其发送给终端控制器，终端控制器根据接收到的指令调节各控制阈值。

根据天气状况和环境状况调节各动作设备的工作阈值，能够提高对养殖场环境控制的稳定性，进一步保证所饲养动物的健康状况。

以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种基于大数据平台的畜牧业管理系统，其特征在于，包括上位机和多个控制终端；

所述上位机设置有用于连接互联网的网络接口；所述控制终端包括终端控制器，终端控制器连接有食槽检测装置、环境检测装置、环境调节设备和投食装置；所述食槽检测装置用于检测食槽内的饲料量，所述环境检测装置用于检测养殖场的环境，所述环境调节设备用于调节养殖场的环境，所述投食装置用于向食槽内投食；所述终端控制器用于根据食槽检测装置检测到的数据控制所述投食装置的工作状态，根据环境检测装置检测到的数据控制环境调节设备的工作状态；所述上位机与各终端控制器通讯连接；

所述终端控制器用于将食槽检测装置、环境检测装置检测到的数据和环境调节设备、投食装置的动作信息发送给上位机，并根据从上位机接收到的指令设置控制参数；

所述上位机用于将从各终端控制器接收到的数据发送到云平台，并从云平台接收本养殖场的环境数据和其他养殖场的养殖数据，然后根据本养殖场的环境数据生成环境设备控制策略，根据其他养殖场的养殖数据生成饲养策略，最后根据饲养策略和环境设备控制策略生成相应的指令并发送给各终端控制器；

所述环境调节设备包括加湿器、空气净化器、加热器和散热风机，所述环境检测装置包括粉尘传感器和温湿度传感器；所述终端控制器用于：

当温湿度传感器检测到空气湿度小于第一设定湿度时，控制加湿器开始工作；当温湿度传感器检测到空气湿度大于第二设定湿度时，控制加湿器停止工作；其中

W1＝a1x+b1

W2＝a2x+b2

其中W1和W2分别为第一设定湿度和第二设定湿度，x为干燥度，a1和a2分别为计算第一设定湿度和第二设定湿度时的系数，均为负数，b1和b2均为常数；

当空气中粉尘的浓度达到第一设定浓度值时，控制空气净化器开始工作；当空气中粉尘的浓度小于第二设定浓度值时，控制空气净化器停止工作；其中

B1＝c1y+d1

B2＝c2y+d2

其中B1和B2分别为第一设定浓度值和第二设定浓度值，y为雾霾程度，c1和c2分别为计算第一设定浓度值和第二设定浓度值时的系数，均为负数，d1和d2均为常数；

当养殖场环境的温度低于第一设定温度值时控制加热器开始工作，当温度高于第二设定温度值时控制散热风机开始工作，其中

T1＝m1t+Z1

T2＝m2t+Z2

其中T1和T2分别为第一设定温度值和第二设定温度值，t为养殖场环境温度，m1和m2分别为计算第一设定温度值和第二设定温度值时的系数，均为负数，Z1和Z2均为常数。

2.根据权利要求1所述的基于大数据平台的畜牧业管理系统，其特征在于，所述环境检测装置还包括氨气传感器和氧气传感器，所述环境调节设备还包括换气设备，所述终端控制器用于根据氨气传感器和氧气传感器检测到的信号控制换气设备的工作状态。

3.根据权利要求1所述的基于大数据平台的畜牧业管理系统，其特征在于，还包括设置在水槽内的水位传感器，所述终端控制器还连接有用于为水槽内加水的加水装置，所述终端控制器用于根据水位传感器检测到的数据控制加水装置的工作状态。

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