专利名称：一种畜禽场智能化的物联网系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及畜禽场的物联网，特别涉及一种畜禽场智能化物联网系统。
背景技术：
随着人类对畜禽产品安全与环境保护的意识加强，为了实现畜禽场的精细养殖与管理以及畜禽产品溯源与管理，畜禽场的智能化成为畜牧业可持续发展的趋势。现有技术畜禽场的智能化主要体现在如下几个方面一、畜禽舍环境调控。畜禽舍环境调控一般通过畜禽舍环境调控系统完成对温度、湿度、气流、污染物等畜禽舍内环境因素的调节。畜禽舍环境调控系统一般包括畜禽舍的围护结构、通风系统、供热系统、降温系统以及光照设备等。现有技术的畜禽舍环境调控系统中，Big Dutchman公司等研制的控制系统实现了温度、湿度、氨气浓度的环境参数采集，饮水量以及采食量数据的自动采集，单栋畜禽舍温度、通风、喂料的自动控制，但未实现全场的智能化管理。二、饲料自动供应与个体精细饲喂。畜禽舍的饲料供应一般通过饲料自动供应系统完成对畜禽舍内畜禽的饲料供应。近年来发达国家采用了一种养猪电子辨识饲喂系统，该系统将饲料由散装饲料筒输送到饲喂站的盛料漏斗，一个饲喂站可饲养较大数量的母猪头数，国内也出现类似产品；但该系统也不具备与全场系统的互联性。三、畜禽繁殖/疫病预警。为加强国际动物流行病的预防工作，建立相关畜禽及其产品的交易监测网络、实验室监测网络等多个监测网络预警体系是非常重要的，国内在处理动物紧急疫情方面较为落后，疫病的监测与控制手段未能规范，缺乏疫病监测与控制专家系统。四、动物身份识别。国际标准ISOl 1784和ISOl 1785规定了对动物用RFID进行识别的代码。目前欧美发达国家广泛应用动物识别系统于畜禽场的动物身份识别，我国农业部于2006年建立了《畜禽标识和养殖档案管理办法》。但是我国在畜牧业推广应用RFID还存在诸多问题，RFID技术标准尚在研制之中，还不够成熟。RFID行业标准涉及频段划分、编码规则等问题，目前尚未形成统一的全球化标准。现有技术畜禽场的智能化仅仅对畜禽场的上述四个方面进行单独控制，即包括四个单独的智能化系统。在具体应用过程中，常会发生如下问题(I)各个系统单独工作，造成系统总共的能耗量高。由于系统与系统之间采集的信息有交叠，重复地采集以及处理采集的信息会造成能耗量大，不利于进一步地可持续发展；(2)系统维护不便，不能集中管理。因上述各个系统成本较低，且相互之间没有形成体系，现有技术并没有对每个系统设置自身监测单元来专门进行系统自身的监测、调节以及维护，而是单独对每个系统进行人力监控及调节。人力调节因有定时性以及人为性的因素，不仅消耗人力资源，还可能会因为不能及时监控或人为识别有误，造成畜禽场的养殖损失;( 3 )各系统自成体系，数据指标不统一。
实用新型内容本实用新型提供了一种畜禽场智能化物联网系统，能够对现有技术畜禽舍的环境调控、饲料自动供应、畜禽繁殖/疫病预警以及动物身份识别等方面的智能系统进行统一的智能化管理与操作，解决了现有技术的上述系统维护不便以及不能集中管理的问题。一种畜禽场智能化物联网系统，包括用于形成动物身份信息的动物身份识别系统、用于检测畜禽舍实时环境信息的环境信息检测系统以及用于检测实时畜禽行为信息的畜禽行为检测系统，所述的物联网系统还包括用于存储和管理上述信息并做出专家决策的主控计算机，该主控计算机与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统进行交互；基于所述的专家决策并根据实时环境信息以及实时畜禽行为信息对畜禽舍的饲养环境进行自动调控的调控系统；以及，用于访问所述主控计算机的信息发布单元。在上述技术方案中，所述的畜禽舍的环境信息包括畜禽舍内的温度、湿度、气压、CO2, nh3、h2s、光照强度等信息以及畜禽舍外的气候信息(即温度、湿度、太阳辐射、雨量、风向风速等信息)。动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统行为动物身份信息、采集畜禽舍的环境信息以及畜禽行为信息后，与主控计算机进行信息的交换和通讯。为实现存储和管理上述信息并做出专家决策的功能，所述的主控计算机进一步包括数据库，用于存储和管理上述动物身份信息、实时环境信息和实时畜禽行为信息以及外部输入的畜禽舍基础环境信息、外部输入的畜禽基础行为信息以及专家数据库信息；以及专家决策系统，用于将实时环境信息或畜禽行为信息与基础环境信息或畜禽的基础行为信息进行比较；启动预设的畜禽舍环境智能调控专家决策系统、畜禽饲料/水/防疫药品供应的畜禽精细养殖管理专家系统或畜禽废弃物资源化处理专家系统，根据专家决策系统内置的标准信息做出相应的专家决策；所述的专家数据库信息为专家决策系统内置的标准信息。本实用新型的物联网系统通过主控计算机、调控系统以及信息发布单元对畜禽舍实现智能化的监控与管理，形成畜禽场智能化物联网。在所述的专家决策系统中所述的畜禽舍环境智能调控专家决策系统根据动物学家提供畜禽生长需要的环境条件，由畜禽养殖环境工程学家提供经实践认证可行的畜禽环境自动调控技术与设备，兼顾环境与节能减排的需要，实现畜禽舍环境的智能管理；所述的畜禽饲料/水/防疫药品供应的畜禽精细养殖管理专家系统根据畜禽种类及其生长阶段，由动物营养与兽医专家提供生长需要的饲料、水、药的供应量与供应时间，再由RFID无线射频标识系统记录畜禽的出生地、免疫注射、检疫、运输等信息，以实现畜禽精细养殖，降低生产成本，保障畜禽健康；畜禽废弃物资源化处理专家系统根据畜禽环境工程师、有机肥专家、沼气工程专家提供经认证可行的畜禽三废(粪便、污水、废气)资源化处理技术与装备，通过检测三废排放量及其主要理化指标，建立畜禽废弃物管理与风险评估系统，实现畜牧业的废弃物的风险评估化、处理资源化或达标化。主控计算机内数据库中的专家数据库信息主要包括食品安全标准与安全指标体系、畜禽健康生长繁殖的环境控制指标体系、畜禽废弃物排放标准与资源化处理规范体系等标准信息。所述调控系统的调控策略是根据畜禽舍的综合环境指标(即行业内认证的温湿度指标、温湿度+风速指标、温湿度+风速+NH3等气体浓度指标)、实时环境信息及畜禽生长阶段(即检测到的畜禽行为信息)对畜禽舍的饲养环境进行自动调控。当环境参数超过规定范围时，调控系统将启动执行机构进行调控，如畜禽舍内的温度超过上限时，系统启动湿帘和增开排气扇进行降温。所述的执行机构主要包括与改变畜禽舍环境相关的风机控制、湿帘控制、灯光控制、猪舍除臭、进风控制、饲料配给、饮水控制等调控机构。
·[0030]所述的信息发布单元主要是为了后续动物身份识别的追溯所提供的一个查阅平台，能够读取数据库存储的关于动物身份及其他关于畜禽场的信息，进行本实用新型系统与人的互动。所述的用户访问终端可以是任意一台联网的计算机或智能手机终端。本实用新型的系统将现有技术的畜禽舍环境调控、饲料自动供应、畜禽繁殖/疫病预警以及动物身份识别等方面的智能系统了进行统一管理与操作，并且，将系统的决策数据、指标及过程进行了统一，即通过专家决策系统来同一部署，大大简化了禽场智能化系统的操作过程，管理简便，出错率低且系统与人的互动性高，体现了将物联网技术应用于畜禽场智能化的优势。下面介绍本实用新型的优选技术方案。为了进一步提高本实用新型系统管理的有效性以及全面性，在优选方案中，本实用新型增强了本系统的提醒功能。作为优选，本实用新型的物联网系统还包括与所述主控计算机相连的报警系统。所述的报警系统包括声光报警以及短信报警。当本系统运行时检测的畜禽舍的环境信息及畜禽行为信息超过规定的极限值时，报警系统被自动触发，通过报警器发出声光警示，同时通过短信的方式将报警信息发给值班的管理人员。所述的动物身份识别系统包括对动物身份进行标记并形成所述动物身份信息的RFID标签以及采集该动物身份信息并将该信息写入所述数据库的动物身份检测单元。RFID标签采用射频识别技术，可通过无线电讯号识别畜禽并将相关数据写入主控计算机的数据库中，这种动物身份识别系统不同于传统的畜禽识别系统，无需建立畜禽识别系统与畜禽之间的机械或光学接触，简化了系统也避免了对畜禽的伤害。所述的动物身份检测单元包括用于接入RFID标签中动物身份信息的第一通信接口以及用于采集该动物身份信息的第一单片机电路。所述的环境信息检测系统包括分别于畜禽场畜禽舍内外形成所述的实时环境信息的传感器以及通过接口与传感器相连并将所述实时环境信息写入所述数据库的环境信息检测单元。所述的传感器包括与信息检测系统检测的环境信息相应的温度传感器、湿度传感器、气压传感器、CO2传感器、NH3传感器、H2S传感器、光照强度传感器等。所述的环境信息检测单元包括用于接入传感器中实时环境信息的第二通信接口以及用于采集该实时环境信息的第二单片机电路。[0038]所述的畜禽行为检测系统，包括形成实时畜禽行为信息的视频监控器与红外行为传感器以及采集该实时畜禽行为信息并将该信息写入所述数据库的畜禽行为检测单元。所述的红外行为传感器为热释电红外传感器。所述的畜禽行为检测单元包括用于接入视频监控器与红外行为传感器中实时畜禽行为信息的第三通信接口以及用于采集该实时畜禽行为信息的第三单片机电路。还包括设于畜禽场的若干通信节点，所述的通信节点与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统进行交互；所述的通信节点通过无线网络与主控计算机之间进行交互。更为具体地，所述的通讯节点与所述的动物身份检测单元、环境信息检测单元或畜禽行为检测单元之间均可采用串行总线进行通讯。对于距离较近的畜禽舍采用RS-232C总线，对于距离较远的畜禽舍采用RS-485远距离通讯总线，也可使用无线通讯方式进行数据的传送，构成主-从多机通讯网络。主控计算机为通讯主机，所述的动物身份检测单元、环境信息检测单元以及畜禽行为检测单元为通讯从机，每台从机分配了唯 一的通讯地址，主机通过轮流呼叫从机地址分别与各检测单元之间建立通讯。主控计算机与通信节点的通信过程包括主控计算机通过USB接口连接无线通讯模块并使用ZIGBEE协议访问通讯节点，对于分布较远的节点，可设置少量中继通讯节点，实现远距离的数据无线通讯。以畜禽行为检测系统为例，当畜禽在所述的热释电红外传感器前移动时，热释电红外传感器发出脉冲信号，信号频率与畜禽移动速度相关；动物身份检测单元中的单片机电路对热释电红外传感器的信号进行监测，并将监测结果(即畜禽行为信息)实时地传输给所述的主控计算机，即所述的主控计算机通过所述的通讯节点与畜禽行为检测单元进行畜禽行为信息的交互。专家决策系统检测到畜禽行为异常时，可触发报警系统发出预警信号。本实用新型畜禽场智能化物联网系统及物联网方法能够对现有技术畜禽舍的环境调控、饲料自动供应、畜禽繁殖/疫病预警以及动物身份识别等方面的智能系统进行统一的管理与操作，将四个独立工作的系统的决策数据、指标及过程进行统一规划与存储，即通过专家决策系统来统一部署，大大简化了畜禽场智能化系统的操作过程，管理简便，出错率低且系统与人的互动性高，体现了将物联网技术应用于畜禽场智能化的优势。
图I为本实用新型畜禽场智能化物联网系统的结构示意图；图2为本实用新型系统在一个猪舍中信息检测单元以及通信节点的分布示意图；图3为本实用新型信息检测系统的结构示意图；图4为本实用新型主控计算机与信息检测系统的通信链路示意图；图5为本实用新型畜禽场智能化物联网系统的智能调控链路示意图；图6为本实用新型畜禽溯源与防疫系统链路示意图；图7为本实用新型畜禽场智能化物联网系统建立流程图。
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本实用新型的具体实施方式
。如图I所示的一种畜禽场智能化物联网系统，在本实施例中，畜禽场为养猪场，养猪场内包括若干猪舍。应用于该养猪场的物联网系统包括用于形成动物身份信息的动物身份识别系统、用于检测畜禽舍实时环境信息的环境信息检测系统、用于检测实时畜禽行为信息的畜禽行为检测系统、主控计算机、报警系统、调控系统以及信息发布单元。本实用新型畜禽场智能化物联网系统建立流程如图7所示。所述的主控计算机，与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统进行交互，所述的主控计算机包括数据库，用于存储和管理上述动物身份信息、实时环境信息和实时畜禽行为信息以及外部输入的畜禽舍基础环境信息、外部输入的畜禽基础行为信息以及专家数据库信息；专家决策系统，用于将实时环境信息或畜禽行为信息与基础环境信息或畜禽的基础行为信息进行比较；启动预设的畜禽舍环境智能调控专家决策系统、畜禽饲料/水/防疫药品供应的畜禽精细养殖管理专家系统或畜禽废弃物资源化处理专家系统，根据专家决策系统内置的标准信息做出相应的专家决策；所述的专家数据库信息为专家决策系统内置的 标准信息。所述的调控系统，基于所述的专家决策，根据实时环境信息以及实时畜禽行为信息对畜禽舍的饲养环境进行自动调控；调控系统基于上述的专家决策，根据实时环境信息对猪舍的饲养环境进行自动调控。当环境参数超过规定范围时，调控系统将启动执行机构进行调控，如畜禽舍内的温度超过上限时，系统启动湿帘和增开排气扇进行降温。调控系统主要的执行机构包括与改变猪舍环境相关的风机控制、湿帘控制、灯光控制、畜禽舍除臭、进风控制、饲料配给、饮水控制等调控结构，具体可见图5。所述的信息发布单元，包括用户访问终端，与所述的主控计算机相连，用于通过网络方式访问所述的数据库。信息发布单元进一步完善本实施例物联网系统与人的互动，信息发布单元的用户访问终端可以是任意一台联网的计算机或智能手机终端。当畜禽销售后续需要对动物的身份进行溯源或因需求防疫需要对动物的身份进行查验时，如图6所示，通过与本实施例物联网系统联网的计算机或智能手机终端，通过信息发布单元访问所述的数据库，对数据库内的动物身份信息进行查询。所述的报警系统，与所述主控计算机相连，包括声光报警以及短信报警。当系统运行超过规定的极限值时，报警系统被自动触发，通过报警器发出声光警示，同时通过短信的方式将报警信息发给值班的管理人员。所述的动物身份识别系统包括对动物身份进行标记并形成所述动物身份信息的RFID标签以及采集该动物身份信息并将该信息写入所述数据库的动物身份检测单元。RFID标签采用射频识别技术，可通过无线电讯号识别畜禽并将相关数据写入主控计算机的数据库中，这种动物身份识别系统不同于传统的畜禽识别系统，无需建立畜禽识别系统与畜禽之间的机械或光学接触，简化了系统也避免了对畜禽的伤害。所述的环境信息检测系统包括分别于畜禽场畜禽舍内外形成所述的实时环境信息的传感器以及通过接口与传感器相连并将所述实时环境信息写入所述数据库的环境信息检测单元。猪舍的环境信息具体包括猪舍内的温度、湿度、气压、co2、nh3、h2s、光照强度等信息以及猪舍外的气候信息(即温度、湿度、太阳辐射、雨量、风向风速等信息)。相应地，传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、CO2传感器、NH3传感器、H2S传感器、光照强度传感器等。每个猪舍设置若干个环境信息检测单元(即IMU)。如图2为普通猪舍IMU的分布图。图中，猪舍长约60米，宽约20米，中间为过道，两边为猪圈。猪舍内两排各布置3个頂U采集猪舍内信息，室外布置I个MU检测环境信息，即图中①-⑥为布置在室内的IMU，
⑦为布置在室外的IMU。图中⑧为通讯节点，用于收集本单元猪舍IMU的信息。MU单元是一个以单片机为核心的信息检测系统，如图3所示。MU通过接口与温度、湿度、NH3等传感器相连。系统配置了键盘、IXD液晶显示器、大容量N0VRAM、电源稳压器、时钟电路等部件。IMU通过RS-232C、RS-485或无线通讯等方式与IOT节点⑧通讯。单片机选用美国SiliconLabs公司高性能单片机C8051F410，软件开发平台为KEIL环境，使用C51语言开发应用程序，实现多路信息的采集、数据处理、数据显示及存储、数据通讯等功能。 所述的畜禽行为检测系统，包括形成实时畜禽行为信息的视频监控器与红外行为传感器以及采集该将该实时畜禽行为信息并将该信息写入所述数据库的畜禽行为检测单
J Li ο在本实施例中，红外行为传感器为热释电红外传感器。畜禽行为检测单元还包括单片机及通讯接口。当畜禽在所述的热释电红外传感器前移动时，热释电红外传感器发出脉冲信号，信号频率与畜禽移动速度相关；所述的单片机对热释电红外传感器的信号进行监测，并将监测结果(即畜禽行为信息)实时传输给所述的主控计算机，即所述的主控计算机与畜禽行为检测单元进行畜禽行为信息的交互。专家决策系统检测到畜禽行为异常时，可触发报警系统发出预警信号。所述的畜禽场设有若干通信节点，所述的动物身份检测单元、环境信息检测单元以及畜禽行为检测单元与所述的通信节点进行交互，所述的通信节点与主控计算机之间通过无线网络进行交互，如图4所示。所述的动物身份检测单元、环境信息检测单元以及畜禽行为检测单元由包括通信接口以及单片机电路。在专家决策系统中猪舍环境智能调控专家决策系统根据动物学家提供畜禽生长需要的环境条件，由畜禽养殖环境工程学家提供经认证可行的畜禽环境自动调控技术与设备，兼顾环境与节能减排的需要，实现猪舍环境的智能管理；畜禽饲料/水/防疫药品供应的畜禽精细养殖管理专家系统根据畜禽种类及其生长阶段，由动物营养与兽医专家提供生长需要的饲料、水、药的供应量与供应时间，以实现畜禽精细养殖，降低生产成本，保障畜禽健康；畜禽废弃物资源化处理专家系统根据畜禽环境工程师、有机肥专家、沼气工程专家提供经认证可行的畜禽三废(粪便、污水、废气)资源化处理技术与装备，通过检测三废排放量及其主要理化指标，建立畜禽废弃物管理与风险评估系统，实现畜牧业的废弃物的风险评估化、处理资源化或达标化。主控计算机实质上为本实施例养猪场场物联网的中心服务器，具体地动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统与主控计算机的信息交互的方式为本实施例的物联网系统在每个猪舍均设有通讯节点⑧，上述系统通过该通讯节点⑧与主控计算机进行交互。更为具体地，通讯节点接收所述的动物身份信息、环境信息或畜禽行为信息，并将上述信息传输至主控计算机。在本实施例中，通讯节点为IOT节点。IOT节点采用ARM嵌入式系统，处理器为SamSung公司的S3C2440，配置64MBSDRAM和2G内存，分辨率为800*480的6. 8英寸TFT彩色LCD及触摸屏，具有R3-232C串行口和USB通讯接口，采用WIND0EWCE嵌入式操作系统。应用软件在VS2008环境下开发，使用VB. NET编程语言。IOT节点与动物身份检测单元、环境信息检测单元以及畜禽行为检测单元之间采用串行总线进行通讯，对于距离较近的猪舍采用RS-232C总线，对于距离较远的猪舍采用RS-485远距离通讯总线，也可使用无线通讯方式进行数据的传送，构成了主-从多机通讯网络；Ι0Τ为通讯主机，上述单元为从机，每个单元分配了唯一的通讯地址，主机通过轮流呼叫从机地址分别与各单元建立通讯。IOT节点与主控计算机通过ZIGBEE无线网络进行数据的传输。主控计算机通过USB接口连接无线通讯模块，使用ZIGBEE协议访问IOT节点，对于分布较远的节点，可设置少量中继IOT节点，实现远距离的数据无线通讯。 此外，主控计算机采用SQL Server建立数据库，用SQL语言对数据库进行维护；专家决策系统的各个专家系统可单独应用。信息发布单元的信息发布功能主要采用.NET技术，通过网络方式访问畜禽场现场的实时信息及专家数据库信息。
权利要求1.一种畜禽场智能化物联网系统，包括用于形成动物身份信息的动物身份识别系统、用于检测畜禽舍实时环境信息的环境信息检测系统以及用于检测实时畜禽行为信息的畜禽行为检测系统，其特征在于，还包括 用于存储和管理上述信息并做出专家决策的主控计算机，该主控计算机与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统进行交互； 基于所述的专家决策并根据实时环境信息以及实时畜禽行为信息对畜禽舍的饲养环境进行自动调控的调控系统；以及， 用于访问所述主控计算机的信息发布单元。
2.如权利要求I所述的物联网系统，其特征在于，还包括与所述主控计算机相连的报警系统。
3.如权利要求I所述的物联网系统，其特征在于，所述的动物身份识别系统包括对动物身份进行标记并形成所述动物身份信息的RFID标签以及采集该动物身份信息并将该信息写入所述数据库的动物身份检测单元。
4.如权利要求3所述的物联网系统，其特征在于，所述的动物身份检测单元包括用于接入RFID标签中动物身份信息的第一通信接口以及用于采集该动物身份信息的第一单片机电路。
5.如权利要求I所述的物联网系统，其特征在于，所述的环境信息检测系统包括分别于畜禽场畜禽舍内外形成所述的实时环境信息的传感器以及通过接口与传感器相连并将所述实时环境信息写入所述数据库的环境信息检测单元。
6.如权利要求5所述的物联网系统，其特征在于，所述的环境信息检测单元包括用于接入传感器中实时环境信息的第二通信接口以及用于采集该实时环境信息的第二单片机电路。
7.如权利要求I所述的物联网系统，其特征在于，所述的畜禽行为检测系统，包括形成实时畜禽行为信息的视频监控器与红外行为传感器以及采集该实时畜禽行为信息并将该信息写入所述数据库的畜禽行为检测单元。
8.如权利要求7所述的物联网系统，其特征在于，所述的红外行为传感器为热释电红外传感器。
9.如权利要求7所述的物联网系统，其特征在于，所述的畜禽行为检测单元包括用于接入视频监控器与红外行为传感器中实时畜禽行为信息的第三通信接口以及用于采集该实时畜禽行为信息的第三单片机电路。
10.如权利要求I所述的物联网系统，其特征在于，还包括设于畜禽场的若干通信节点，所述的通信节点与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及畜禽行为检测系统进行交互；所述的通信节点通过无线网络与主控计算机之间进行交互。
专利摘要本实用新型公开了一种畜禽场智能化的物联网系统，包括动物身份识别系统、环境信息检测系统、畜禽行为检测系统以及用于存储和管理上述信息并做出专家决策的主控计算机，与所述的动物身份识别系统、环境信息检测系统以及环境信息检测系统进行交互；基于所述的专家决策并根据实时环境信息以及实时畜禽行为信息对畜禽舍的饲养环境进行自动调控所述的调控系统；以及用于访问所述主控计算机的信息发布单元。本实用新型通过专家决策系统对畜禽场智能化系统进行统一部署，大大简化了畜禽场智能化系统的操作过程，管理简便，出错率低且系统与人的互动性高，体现了将物联网技术应用于畜禽场智能化的优势。
文档编号G05B19/418GK202694093SQ20122016484
公开日2013年1月23日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者汪开英, 裘正军 申请人:浙江大学