畜禽养殖规模化系统设计论文范文

1系统总体方案设计

1．1系统总体方案

系统由感知层、传输层和应用层组成，总体方案如图1所示。感知层主要包括相关传感器以及相应的设备，用于采集现场的环境信息参数的采集;感知到的信息参数通过传输层上传至应用层，为最终的应用服务。

1．2无线传感器节点设计

传感器节点是组成无线传感器网络的基本元素，本系统中传感器节点结构如图2所示。系统采用了统一的供电处理单元(市电、电池与太阳能可选)及基于IEEE802．15．4标准的传感器模型的思想。其中，NACP为网络应用处理器，TEDS为变送器电子数据表单。传感器采集到的信息通过A/D转换，经微处理器进行处理，通过NACP模块将传感器网络与其它公网进行信息交互;同时，微处理器将信号经过D/A转换送至光耦，最终对被控设备进行控制。

1．3智能管理模型设计

智能管理模型如图3所示。模型的设计主要包括3个部分:基于WSN的数据采集、领域数据库库和知识库、智能信息处理专家。将WSN采集到的数据通过领域数据库和知识库处理，最终建立环境预警与控制模型以及精细饲喂模型，为畜禽养殖的精准化预测和预警、饵料投喂的科学化和规范化管理提供理论基础。

2簇型无线传感器网络设计

通信安全和能耗管理是组网方式需要考虑的两个重要因素。对于实际应用环境，现场布线通常受到环境的制约，大多数情况下采用无线的方式。考虑采用分簇(分区域)的能量供应方式，每个簇的簇内节点采用太阳能板的供电方式，中心节点则采用市电供应能量。基于通信的稳定性和能耗，本文中采用簇型无线传感器网络设计，将畜禽养殖场进行分簇(分区域)组网，依据养殖品种(小猪和母猪)，按养殖场地进行分簇。全网分成多个簇团，每个簇团都有一个簇头节点，由簇头节点组成上一层传输网络。在每一簇内采用特定的结构组网，簇内采用交叉双链通信方式，各簇首之间采用自组网的结构进行组网。簇型无线传感器网络结构图如图4所示。交叉双链通信方式如图5所示。采用这一通信方式，有效地解决了在通信链路中某一传感器节点出现故障而导致的整条链路通信失败的情形，保证了通信的稳定性。

3效果与验证

3．1网络可靠性验证

丢包率PLR(PacketLostRate)定义为数据帧丢失字节数与完整数据帧字节数之比。接收节点如果接收到的数据帧不完整，则说明存在丢包。本文中采用了簇型网络结构，簇内采用交叉双链通信方式。对丢包率进行测试，结果如图6所示。由图6可以看出:采用簇型组网方式，并且选用交叉双链通信方式，丢包率有很大程度的降低，大大提高了网络通信的稳定性。

3．2系统运行效果

监控中心计算机监控软件用C#语言编程。监控系统软件具有实时监控现场情况、保存历史数据、对系统配置、提供帮助等功能。监控软件界面图如图7所示。该养猪场由多个饲养棚组成，主要饲养对象为小猪和母猪。刚出生仔猪体温调节中枢不全，缺乏体温调节能力，对猪舍的环境要求很高。小猪猪舍的适宜温度在22～30℃之间，湿度为60%～80%之间。通过控制界面可以调控至适宜温度，主要是通过控制热风炉和降温设备来实现。2013年8月28日，自动控制模式下舍内平均温湿度变化情况，如图8所示。由图8可以看出:小猪猪舍内的温度在22～28℃之间，且波动比较小;湿度为60%～80%。

4结语

简要介绍了基于物联网的规模化畜禽养殖环境监控系统的设计方法，从组网方式和智能管理模型上进行了研究。将其应用到实际畜禽养殖环境中，结果表明，系统的稳定性和精准性有了明显改善。1)采用簇型组网方式，系统的丢包率有很大程度的下降，网络的稳定性有了很大程度的提高。2)通过智能化管理模型的建立，实现了畜禽养殖的精准化预测和预警、饵料投喂的科学化和规范化。由于规模化养殖的需要，对于现场环境的采集信息量比较大，所需传感器数目和种类比较多，如何有效部署传感器、保证网络通信的稳定性，以获得更精准更全面的环境信息，将有待于进一步的研究。

作者：张伟何勇刘飞阮艳凤单位：嘉兴学院机电工程学院 浙江大学嘉兴市宏联电子科技有限公司