1.概述

　　1.1.背景

　　隨著人口的增長和社會經濟的發展，城市人口不斷增多，人們收入不斷提高，對禽畜產品的需求也急劇增加。目前全球禽畜行業正在迅速發展，尤其在發展中國家發展迅猛。

　　我國隨著農村產業結構調整，規模化禽畜養殖發展迅速，規模越來越大，禽畜生產發生了質的變化，逐步發展成為一個獨立產業。改革開放二十年來，我國肉類產量以每年10%以上的速度遞增；奶類和禽蛋也以突飛猛進的速度增長，年遞增率均在10%以上。1986年,我國的禽蛋產量首次超過美國，1991年，我國的肉類總產量首次超過美國，從1991年開始，我國肉類產量和禽蛋總產量連續幾年保持世界第一。禽畜養殖業在發展農村經濟中的作用越來越為各級政府所重視，在許多地方被列為支柱產業，成為農民收入的重要來源。禽畜養殖業養殖方式和養殖規模發生了重大變化。過去的禽畜養殖業多為分散經營，在農村中僅作為副業生產。近十多年來，規模化禽畜養殖業迅猛發展，已經成為一個獨立行業。

　　1.2.建設目標

　　物聯網是物聯網技術在養殖生產、經營、管理和服務中的具體應用。具體講就是運用各類傳感器，廣泛采集大田種植、設施園藝、禽畜水產養殖、農產品物流等相關信息；通過建立數據傳輸和格式轉換方法，集成無線傳感器網絡、電信網和互聯網，實現農業信息的多尺度（個域、視域、區域、地域）傳輸；最后將獲取的海量農業信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現農業產前、產中、產后的過程監控、科學管理和即時服務，進而實現農業集約、高產、高效、優質、生態和安全的目標。

　　養牛產業生產主要受養殖品種、飼料種類和質量、疫病、生長環境和管理水平等因素的影響。其中環境因素所起的作用約占20%-30%。圈舍環境因素包括溫度、濕度、噪聲、光照、有害氣體等。環境因素對養殖業生產的重要影響作用已被國內外大量的科學實驗和生產實踐所證實。

　　基于物聯網的禽畜智能養殖系統利用物聯網技術，圍繞設施化禽畜養殖場生產和管理環節，通過智能傳感器在線采集養殖場環境信息（二氧化碳、氨氣、硫化氫、空氣溫濕度等），同時集成改造現有的養殖場環境控制設備，實現禽畜養殖的智能生產與科學管理。養殖戶可以通過手機、PDA、計算機等信息終端，實時掌握養殖場環境信息，及時獲取異常報警信息，并可以根據監測結果，遠程控制相應設備，實現健康養殖、節能降耗的目的。

　　2.項目整體設計

　　2.1.物聯網網絡架構

　　系統總體架構分為終端應用、數據處理平臺、網絡傳輸和自動采集/終端控制四部分。

系統示意圖

　　2.2. 物聯網拓撲圖

禽畜圈舍物聯網拓撲圖

　　2.3.系統設計架構

　　一、系統總體架構

　　系統將采用B/S架構，B/S是Brower/Server的縮寫，客戶機上只要安裝一個瀏覽器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，就可以操作系統。

　　B/S最大的優點就是可以在任何地方進行操作而不用安裝任何專門的軟件。只要有一臺能上網的電腦就能使用，客戶端零維護，系統的擴展性強。

　　二、系統設計模式

　　系統將采用MVC模式設計，及模型(model)——視圖(view)——控制器(controller)，MVC模式是用一種業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業務邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯。MVC設計模式具有耦合性低、重用性高、生命周期成本低、可維護性高、有利軟件工程化管理等優點。

　　Model：負責當前應用的數據獲取與變更及相關的業務邏輯。

　　View：負責顯示信息。

　　Controller：負責收集轉化用戶的輸入。

　　2.4. 系統開發環境

　　系統開發將采用J2EE、EJB等基于JAVA的跨平臺技術。數據庫采用MY SQL。

　　2.5. 系統運行環境

　　一、服務器端

　　1、操作系統：Linux系統；

　　2、數據庫：MYSQL。

　　二、用戶端

　　1、系統采用B/S架構，支持安裝模式的客戶端應用擴展；

　　2、PC端支持WindowsXP及以上版本操作系統，支持主流瀏覽器（包括：IE、360、搜狐等）;

　　3、智能終端，支持安卓Android系統，支持4.0以上版本。

　　2.6. 物聯網設計原則

　　1、應用系統需采用模塊化設計，單一模塊出現故障應不影響其他模塊的正常工作。同時，可以方便的增加新的應用系統；

　　2、系統設計時應考慮用戶使用便捷的因素，因此要求系統支持互聯網、手機等多種應用模式和方式；

　　3、系統數據庫設計時應考慮數據接口的安全性和統一性，一方面要保證數據的相對安全，一方面還要為以后增加新的應用系統提供便捷的數據接口。同時，數據要建立冗余機制。

　　2.7.物聯網技術采用原則

　　a) 實用性

　　針對目前養殖環境指標監測困難、手段落后等缺點，利用物聯網技術，實時監測大棚種植信息，真正做到精準監測、精細生產和科學管理。考慮到系統用戶的大眾性，軟件應具有易學易用的特點。用戶通過培訓能夠獨立對系統進行維護、調整和擴展，最大限度減少對系統開發商的技術依賴。

　　b) 適應性

　　系統采用技術成熟、成本易控制的傳感、視頻、智能手機等其他設備為信息輸入端，信息通過互聯網、無線網絡等有序集成。以種植環境信息實時采集、后臺自動運算與傳輸為基礎；從而實現以自動監測、遠程控制、視頻控制為一體的綜合管理平臺。

　　c) 共享性

　　為經營農業的企業提供信息管理平臺數據采集，實現管理信息共享和生產調度指揮，做到數字化管理，提升精耕細作管理水平，并為種植戶提供生產和農資信息服務。

　　3. 物聯網組成

　　3.1. 監測體系

　　3.1.1.環境信息采集儀器

　　本系統針對目前禽畜養殖舍環境指標監測困難、手段落后等缺點, 將物聯網技術應用到禽畜養殖領域，以終端模塊作為物聯網的感知層。采集養殖舍內空氣溫度、空氣濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳和光照度等環境參數，并通過監控攝像頭，可實時查看禽畜生長信息，利用以太網、GPRS、3G/4G等網絡技術作為物聯網的網絡層，實時將大棚環境參數傳輸到以管理軟件平臺為核心的物聯網應用層，實現大棚內環境信息的實時監測。即使種植農戶身在外地也可以通過互聯網、手機實時查看大棚里信息。

　　根據圈舍實際情況，在圈舍安裝無線空氣溫濕度傳感器，安裝無線氨氣傳感器，安裝無線硫化氫傳感器等。實時采集圈舍空氣溫濕度、氨氣、硫化氫等環境信息。

　　3.1.2. 視頻監控

　　作為禽畜管理生產的人員而言，僅僅數值化的物物相聯并不能完全營造牛的最佳生長條件。視頻與圖像監控提供了更直觀的表達方式。禽畜生長環境的不均勻性決定了信息獲取上的先天性弊端，而很難從單純的技術手段上進行突破。視頻監控的引用，直觀地反映了禽畜生長的實時狀態，引入視頻圖像與圖像處理，既可直觀反映禽畜的生長態勢，也可以側面反映出禽畜生長的整體狀態及營養水平。可以從整體上提供更加科學的禽畜養殖決策理論依據。

　　安裝高清網絡攝像機，通過光端機、光纜等傳輸設備將高清視頻信息傳輸至監控中心視頻監控系統，實現管理生產的人員在監控中心實時監測禽畜的飼料剩余量。

　　采用視頻監控技術，可直觀反映禽畜的生長環境和動態，通過觀察視頻畫面可以在線監控禽畜的行為，對于突發情況的處理提供了依據。

　　圈舍安裝視頻監控，實現無死角化監控。通過分布式布置監控設備實現對整個圈舍的監控管理，在監控機房加裝網絡硬盤刻錄機視頻網絡服務器。使禽畜管理人員通過電腦視頻畫面就能直觀的看到禽畜。

　　3.1.3. 環境智能控制系統

　　環境智能控制器實現風機、水閥、濕簾、補光等設備的全自動化監控和管理。根據實際需求，在圈舍分別配置智能控制器。

　　1、采集環境參數；

　　2、查看設備實時運行狀態；

　　3、遠程自動化管控設備；

　　4、智能分析，實現智能控制。

　　設備自帶觸摸屏，通過點擊系統按鈕、或者操作鼠標即可實現對種植設備的遠程自動化控制。通過對設備所采集的生產環境參數進行計算分析，生成設備的控制指令，再通過通訊鏈路傳輸到現場設備控制器中，即可實現自動生產。如自動通風、供水等。

　　通過在圈舍加裝的智能設備進行數據采集，再遠程傳輸數據至禽畜養殖物聯網平臺，進行數據過程分析、統計分析，最終用戶通過PC或智能手機即可隨時隨地實現實時監控、遠程控制等。

　　3.2.禽畜養殖物聯網管理系統軟件

　　禽畜養殖物聯網管理系統是基于物聯網技術，實現監測、報警、控制、數據輸出等一體化管理平臺。通過在線監測禽畜生長的環境信息，調控圈舍的生長環境條件，以實現禽畜的健康生長和繁殖，從而提高禽畜的生產率，節省人工成本，提高禽畜肉質品質。

　　系統主要功能包括：圈舍實時數據展示，數據整合，圈舍舍智能控智制系統、視頻監控系統、數據整合分析系統、數據上報和預警等功能。

　　１、智能監控系統：自動監控、手動監控、視頻監控、監控信息采集等功能。自動監控，系統可按養殖區域、品種、傳感器名稱自動采集空氣溫濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、光照強度等環境參數，并自動生成變化曲線圖。數據以圖表、數字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環境數據。

　　2、手動監控：可選擇養殖區域所有傳感器的同時手動即時數據采集。

　　3、視頻監控：多通道同屏展示，可遠程操作攝像頭角度、變焦、變倍、光圈等參數。

　　4、自動控制：可以遠程設定風機、水閥、天窗、濕簾等電氣設施的工作狀態。

　　5、預警提醒：設定各傳感器參數報警區間閥值。系統監控圈舍內溫度、濕度等環境參數，跟設定的正常范圍比較，異常的自動報警。

　　6、用戶管理：可查看所有系統登錄賬戶的情況及登錄記錄以及新增不同權限用戶。

　　7、信息查詢：包括歷史數據查詢、歷史數據對比分析、歷史數據備份、報警信息查詢、設備狀態查詢、用戶日志查詢。

　　3.3. 禽畜養殖物聯網管理系統（APP版）

　　隨著智能手機的普及，移動互聯網已取代傳統的PC互聯網。移動互聯網的主要載體是手機或平板，但要真正實現移動互聯網還必須通過手機應用程序（即APP），開發APP版禽畜養殖物聯網管理系統，使管理員可以隨時隨地用手機對圈舍的管理和監控，方便管理。

　　APP系統主要功能包括：圈舍實時數據展示，數據整合，圈舍智能控智器、視頻監控、數據統計分析系統、數據上報和預警等功能。

　　１、智能監控包括自動監控、手動監控、視頻監控、監控信息采集等功能。自動監控可按養殖區域、品種、傳感器名稱自動采集空氣溫濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、光照強度等環境參數，并自動生成變化曲線圖。數據以圖表、數字列表等形式展示。選擇一定的時間，可以展示不同時間段的環境數據。

　　2、手動監控可選擇養殖區域所有傳感器的同時手動即時數據采集。

　　3、視頻監控：多通道同屏展示，可遠程操作攝像頭角度、變焦、變倍、光圈等參數。

　　4、自動控制：可以遠程設定風機、水閥、天窗、濕簾等電氣設施的工作狀態。

　　5、預警提醒：設定各傳感器參數報警區間閥值。系統監控圈舍內溫度、濕度等環境參數，跟設定的正常范圍比較，異常的自動手機報警。

　　6、用戶管理：可查看所有系統登錄賬戶的情況及登錄記錄以及新增不同權限用戶。

　　7、信息查詢：包括歷史數據查詢、歷史數據對比分析、歷史數據備份、報警信息查詢、設備狀態查詢、用戶日志查詢。

　　3.4. 禽畜養殖管理系統

　　禽畜養殖管理系統，基于Android開發的移動智能終端，用于圈舍管理，管理員通過本終端，記錄日常喂養飼料、喂水、疫苗接種、出糞、死亡、淘汰等現場信息，提交以后，數據直接傳到禽畜養殖生產管理系統平臺。