CN202121610U

CN202121610U - 一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统

Info

Publication number: CN202121610U
Application number: CN2011201277386U
Authority: CN
Inventors: 赵茹茜; 陆明洲; 熊迎军; 刘龙申; 路顺涛; 陈林锋; 沈明霞; 姚文; 孙钦伟; 孙玉文
Original assignee: Nanjing Agricultural University
Current assignee: Nanjing Agricultural University
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-04-27

Abstract

一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，在各畜禽舍中，设有至少一个传感终端节点、至少一个图像采集节点和至少一个路由节点，传感终端节点和图像采集节点采集待监测畜禽舍的各项参数和图像信号，通过路由节点传输至网络中转站，该网络中转站通过网络与远程监控中心的数据服务器无线连接，服务器收到信息后进行简单的处理，在监控中心实时显示，并实时发布于网络上，若温度等参数超过预设范围则报警并将结果通过短信发送给现场养殖技术人员。本实用新型能完成畜禽舍环境信息和畜禽行为图像信息的实时采集；有利于畜禽舍环境信息和畜禽舒适度之间关系的研究；有利于畜禽行为与其舒适度之间的关系研究。

Description

一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统

技术领域

本实用新型涉及畜禽设施福利养殖、无线网络通信技术、传感器技术、机器视觉技术领域，具体地讲是一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统。

背景技术

随着越来越多的发达国家将动物福利与国际贸易紧密挂钩，运用动物福利法对国际贸易施加影响，动物福利壁垒已经成为继绿色壁垒之后严重影响我国畜禽产品出口的一道新的壁垒。畜禽的福利养殖的首要条件是为畜禽提供良好的养殖环境，利用现代化信息技术采集的畜禽行为、养殖环境舒适度等信息，结合畜禽养殖场环境要求的国家标准，控制畜禽养殖环境是实现畜禽福利养殖的基本要求。

目前无线传感器网络、GSM、GPRS、机器视觉等技术已经在农业领域有所应用，但是受制于第二代移动通信技术的速率、畜禽生长影响因素复杂性以及设施养殖环境的特殊性等因素，使得精细养殖和设施福利养殖还没有显现出巨大的经济效益。因此，对于畜禽多种生长环境信息的无损提取、实时宽带传输和精准控制以及实时提取日常养殖中畜禽行为成为当下发展亟待的解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对畜禽的福利养殖所存在的受制于第二代移动通信技术的速率、畜禽生长影响因素复杂性以及设施养殖环境的特殊性等因素，使得精细养殖和设施福利养殖还没有显现出巨大的经济效益问题，提出一种本专利基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统。能实现畜禽舍智能化、高品质、高产量的生产。

本实用新型的技术方案是：

一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，它包括多个传感终端节点、多个图像采集节点、多个路由节点、和一个网络中转站；在各畜禽舍中，设有至少一个传感终端节点、至少一个图像采集节点和至少一个路由节点，传感终端节点和图像采集节点作为基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数和图像信号，各传感终端节点和图像采集节点的信号输出端与对应的路由节点无线连接，各路由节点均与网络中转站无线单跳或多跳连接，该网络中转站通过网络与远程监控中心的数据服务器无线连接，所述的数据服务器输出养殖环境信息监测系统的监测信息。

本实用新型的各传感终端节点均包括多个传感器和传感终端ZigBee模块，所述的多个传感器作为养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数，多个传感器的信号输出端与传感终端ZigBee模块的对应信号输入端相连，传感终端ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

本实用新型的多个传感器包括CO₂传感器、NH₃传感器、粉尘传感器、温湿度传感器和光照传感器中的任意多个。

本实用新型的各图像采集节点均包括摄像头、视频解码器、图像采集ARM模块和图像采集ZigBee模块，所述的摄像头作为养殖环境信息监测系统的图像信号输入采集待监测畜禽舍的图像，摄像头的图像信号输出端与视频解码器的信号输入端相连，视频解码器的信号输出端与图像采集ARM模块的信号输入端相连，图像采集ARM模块的信号输出端与图像采集ZigBee模块的信号输入端相连，图像采集ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

本实用新型的图像采集ZigBee模块与图像采集ARM模块之间通过串口相连，图像采集ARM模块与视频解码器之间通过ARM模块的CMOS接口相连，摄像头和视频解码器之间通过AV接口相连。

本实用新型的路由节点包括路由ZigBee模块，所述的路由ZigBee模块的上行信号端与相近的路由ZigBee模块或中转站ZigBee模块无线连接，路由ZigBee模块的下行信号端与相近的中转站ZigBee模块、传感终端节点或图像采集节点无线连接。

本实用新型的网络中转站包括中转站ZigBee模块、中转站ARM模块和3G模块，所述的网络中转站的中转站ZigBee模块发起组建ZigBee网络，管理所有ZigBee网络节点的加入与退出，与所有ZigBee节点以单跳或多跳的方式保持无线连接；同时，中转站ZigBee模块负责根据从数据服务器接收到得的命令类型和地址信息确定命令转发路径，并等待从相应的目的ZigBee节点获取数据信息，中转站ZigBee模块通过RS232串口与中转站ARM模块相连，中转站ARM模块通过3G模块与数据服务器无线连接。

本实用新型的网络中转站还包括USB接口、RJ45网口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存储器和FLASH存储器，所述的中转站ARM模块与USB接口、RJ45网口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存储器和FLASH存储器的对应信号端相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型能完成畜禽舍环境信息和畜禽行为图像信息的实时采集；有利于畜禽舍环境信息和畜禽舒适度之间关系的研究；有利于畜禽行为与其舒适度之间的关系研究；能完成畜禽舍环境信息和畜禽图像信息的网络发布。

本实用新型图像采集节点采用模拟摄像头能有效地提高分辨率，方便对图像的后期处理。本系统实现了高分辨率图像在基于ZigBee技术的无线传感器网络中的传输。另外，图像采用分组传输且每传一组数据都等待应答，这样确保图像完整传输，避免了丢包现象。

本实用新型的网络中转站采用3G拨号上网，克服了畜禽舍地处偏僻而无法远程监控的缺点，而采用3G网络比GPRS网络在速度上有了很大的提高，因此，在传输图像等大量数据时效率更高、优越性更明显；还简化了网络中转站与远程服务器之间的通信。

本实用新型采用无线多媒体传感器网络避免了传统布线带来的成本和稳定性上的不足，高度的鲁棒性能够保证本系统长期稳定工作。此外，无线多媒体传感器网络具有高度的实时性，方便环境信息及畜禽行为图像数据的实时采集，保证系统的工作效率。

本实用新型采用的基于AODV拓扑的Z-Stack协议栈能够支持Ad-hoc多跳网络，从而克服了传统无线传感器网络在距离上的限制，本系统同时具有自组网的优势，采取同样协议栈的任意类型的节点能够随时加入网络工作。此协议栈支持节点周期性的休眠和唤醒，从而降低了功耗，畜禽舍环境信息采集节点支持电池供电模式。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的传感终端节点的原理框图。

图3是本实用新型的图像采集节点的原理框图。

图4是本实用新型的网络中转站的原理框图。

图5是图像采集节点的工作流程图。

图6是网络中转站的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，它包括多个传感终端节点、多个图像采集节点、多个路由节点、和一个网络中转站；在各畜禽舍中，设有至少一个传感终端节点、至少一个图像采集节点和至少一个路由节点，传感终端节点和图像采集节点作为基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数和图像信号，各传感终端节点和图像采集节点的信号输出端与对应的路由节点无线连接，各路由节点均与网络中转站无线单跳或多跳连接，该网络中转站通过网络与远程监控中心的数据服务器（可采用WebGIS服务器）无线连接，所述的数据服务器输出养殖环境信息监测系统的监测信息。

如图2所示，本实用新型的各传感终端节点均包括多个传感器和传感终端ZigBee模块（型号可为：TI/CC2430），所述的多个传感器作为养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数，多个传感器的信号输出端与传感终端ZigBee模块的对应信号输入端相连，传感终端ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

本实用新型的多个传感器包括CO₂传感器（型号可为：SH-300）、NH₃传感器（型号可为：NH3/CR-200）、粉尘传感器（型号可为：T-BD5-SPM4210/4110）、温湿度传感器（型号可为：SENSORION/SHT-1X）和光照传感器（型号可为：TSL2X）中的任意多个。

当传感终端ZigBee模块从相应的路由节点收到采集畜禽舍环境信息的命令后，传感终端节点启动相应的传感器，采集完数据后，对数据进行打包，按一定的路由转发至网络中转站；

如图3所示，本实用新型的各图像采集节点均包括摄像头（采用模拟摄像头，如CMOS摄像头）、视频解码器（可采用Philips公司生产的芯片，型号可为SAA7113H）、图像采集ARM模块（可采用Samsung公司生产的ARM芯片，型号可为S3C2440AL）和图像采集ZigBee模块（型号可为：TI/CC2430），所述的摄像头作为养殖环境信息监测系统的图像信号输入采集待监测畜禽舍的图像，摄像头的图像信号输出端与视频解码器的信号输入端相连，视频解码器的信号输出端与图像采集ARM模块的信号输入端相连，图像采集ARM模块的信号输出端与图像采集ZigBee模块的信号输入端相连，图像采集ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

如图5所示，图像采集ZigBee模块从相应的路由节点收到采集图像的命令后将命令通过串口发送给图像采集ARM模块，图像采集ARM模块一直处于读取串口的状态，当读到数据并且判断为采集图像命令后，开始驱动摄像头采集一帧图像，并对图像进行分组处理，然后采用起止式异步通讯协议与图像采集ZigBee模块通信，即通过串口发送一组数据至图像采集ZigBee模块，之后等待图像采集ZigBee模块的应答信息，若应答信息为已接受则发送下一组数据，否则重新发送改组数据；如此直到全部数据发送完成，采集完图像数据后，对数据进行打包，按一定的路由转发至网络中转站。

本实用新型的路由节点包括路由ZigBee模块（型号可为：TI/CC2430），所述的路由ZigBee模块的上行信号端与相近的路由ZigBee模块或中转站ZigBee模块无线连接，路由ZigBee模块的下行信号端与相近的中转站ZigBee模块、传感终端节点或图像采集节点无线连接。

路由节点在ZigBee网络中主要其中继和转发作用，当某传感终端节点或图像采集节点因通信功率原因不能直接通过中转站ZigBee模块加入网络时，可以通过就近的路由节点以间接方式加入网络，路由节点存储有通过它加入网络的所有图像采集节点和传感终端节点的下行转发路径，在接收到需要转发给相应的目的节点的命令后，采取相应的路径将信息转发至目的节点。

如图4所示，本实用新型的网络中转站包括中转站ZigBee模块（型号可为：TI/CC2430）、中转站ARM模块和3G模块，所述的网络中转站的中转站ZigBee模块发起组建ZigBee网络，管理所有ZigBee网络节点的加入与退出，与所有ZigBee节点以单跳或多跳的方式保持无线连接；同时，中转站ZigBee模块负责根据从数据服务器接收到得的命令类型和地址信息确定命令转发路径，并等待从相应的目的ZigBee节点获取数据信息，中转站ZigBee模块通过RS232串口与中转站ARM模块相连，中转站ARM模块通过3G模块与数据服务器无线连接。

如图6所示，网络中转站开始工作，即作为客户端与远程监控中心的数据服务器建立socket连接，并处于接收命令的状态，当通过3G模块接收到命令后，将命令转发给中转站ZigBee模块，中转站ZigBee模块对命令进行解析后采用最短路由将命令转发至传感终端节点或图像采集节点，进而进入等待数据状态；当接收到数据后，将数据发送到远程服务器上。

无线多媒体传感器网络通过ZigBee模块与网络中转站连接，而网络中转站通过3G网络以C/S工作模式与远程服务器相连。服务器端的监控中心人工发送命令至网络中转站；网络中转站将命令传送给中转站ZigBee模块，中转站ZigBee模块根据网络地址通过最短路由将命令转发至相应的图像采集节点或传感终端节点，然后等待无线多媒体传感器网络的数据；命令到达图像采集节点或传感终端节点后，节点对命令进行解析，执行采集畜禽图像或者畜禽舍环境信息的操作，然后经路由节点发送至网络中转站；网络中转站将信息转发至远程服务器；服务器收到信息后进行简单的处理，在监控中心实时显示，并实时发布于网络上，监控中心根据专家决策系统对信息进行判断，若温度等参数超过预设范围则报警并将结果通过短信发送给现场养殖技术人员。

服务器端程序主要负责数据的接收和存储。以人性化的界面提供给监控中心控制人员，控制人员可以通过操作控制发送不同的指令，分别采集畜禽舍环境信息或者畜禽行为图像信息。将接收的数据实时的保存到服务器端数据库，并对数据进行预处理，提供语音报警或者短信提醒。服务器端网站主要依靠数据库中实时保存的信息，以网页的形式展示畜禽舍中环境因子的详细数据和畜禽的实时图像信息。

本实用新型可以建立虚拟养殖场；服务器端加载有与养殖场地理空间特性契合的3D虚拟养殖场系统，可以支持任意角度、全方位的3D显示，同时支持精确导航、视角切换缩放、触摸屏人机交互、高精度物理碰撞、畜禽舍环境信息数据“所见即所得”等功能，且可实现与网络端的无缝连接。与传统的二维显示相比，本系统更具空间感、更精确，为畜禽舍环境、畜禽信息、无线多媒体传感器网络状况提供了全新的观测手段。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是它包括多个传感终端节点、多个图像采集节点、多个路由节点和一个网络中转站；在各畜禽舍中，设有至少一个传感终端节点、至少一个图像采集节点和至少一个路由节点，传感终端节点和图像采集节点作为基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数和图像信号，各传感终端节点和图像采集节点的信号输出端与对应的路由节点无线连接，各路由节点均与网络中转站无线单跳或多跳连接，该网络中转站通过网络与远程监控中心的数据服务器无线连接，所述的数据服务器输出养殖环境信息监测系统的监测信息。

2.根据权利要求1所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的各传感终端节点均包括多个传感器和传感终端ZigBee模块，所述的多个传感器作为养殖环境信息监测系统的信号输入采集待监测畜禽舍的各项参数，多个传感器的信号输出端与传感终端ZigBee模块的对应信号输入端相连，传感终端ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

3.根据权利要求2所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的多个传感器包括CO₂传感器、NH₃传感器、粉尘传感器、温湿度传感器和光照传感器中的任意多个。

4.根据权利要求1所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的各图像采集节点均包括摄像头、视频解码器、图像采集ARM模块和图像采集ZigBee模块，所述的摄像头作为养殖环境信息监测系统的图像信号输入采集待监测畜禽舍的图像，摄像头的图像信号输出端与视频解码器的信号输入端相连，视频解码器的信号输出端与图像采集ARM模块的信号输入端相连，图像采集ARM模块的信号输出端与图像采集ZigBee模块的信号输入端相连，图像采集ZigBee模块与对应的路由节点无线连接。

5.根据权利要求4所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的图像采集ZigBee模块与图像采集ARM模块之间通过串口相连，图像采集ARM模块与视频解码器之间通过ARM模块的CMOS接口相连，摄像头和视频解码器之间通过AV接口相连。

6.根据权利要求1所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的路由节点包括路由ZigBee模块，所述的路由ZigBee模块的上行信号端与相近的路由ZigBee模块或中转站ZigBee模块无线连接，路由ZigBee模块的下行信号端与相近的中转站ZigBee模块、传感终端节点或图像采集节点无线连接。

7.根据权利要求1所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的网络中转站包括中转站ZigBee模块、中转站ARM模块和3G模块，所述的网络中转站的中转站ZigBee模块发起组建ZigBee网络，管理所有ZigBee网络节点的加入与退出，与所有ZigBee节点以单跳或多跳的方式保持无线连接；同时，中转站ZigBee模块负责根据从数据服务器接收到得的命令类型和地址信息确定命令转发路径，并等待从相应的目的ZigBee节点获取数据信息，中转站ZigBee模块通过RS232串口与中转站ARM模块相连，中转站ARM模块通过3G模块与数据服务器无线连接。

8.根据权利要求7所述的基于无线多媒体传感器网络的畜禽设施福利养殖环境信息监测系统，其特征是所述的网络中转站还包括USB接口、RJ45网口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存储器和FLASH存储器，所述的中转站ARM模块与USB接口、RJ45网口、UART串口、JTAG接口、SDRAM存储器和FLASH存储器的对应信号端相连。