基于Huawei LiteOS物联网智慧养殖场系统的设计*

何伟盛 郑春锋

广东水利电力职业技术学院 广东 广州 510925

引言

随着经济的发展、科技的进步，在工业领域的发展趋于规模化、自动化、数字化、智能化的发展模式。在养殖行业越来越多地参与到规模化、数字化、智能化行业科技革新中来，这类型养殖场往往是自动化程度较高，数字化和智能化管理模式向前的产业园，其在生产作业环节的产业链中需要应用到各类机器人和传感器进行货物的运输、养殖场的巡检、环境参数的采集等。其采用现代科技手段来代替人工感官养殖场的各项数据和代替人工作业，极大地提升了养殖行业的生产效率和确保了肉类市场的稳定，极大地促进现代物联网产业在养殖行业的应用和发展[1]。

文章设计的基于Huawei LiteOS物联网智慧养殖场系统正是在养殖场行业的革新与升级之际提出的设想，且结合养殖行业革新设计智慧物联网信息管理平台系统，此系统极大地将养殖场的生产过程的各项环境数据快速且直观地展示给用户，更加适合产业革新的数字化智能化要求。而且在5G低延时、高带宽的加持下，Huawei LiteOS物联网操作系统具有的低功耗、轻量化、组件丰富等特点，将会在文章中进一步呈现[2]。所以文章为养殖场行业的数字化和智能化革新提供了一个具有应用价值大、推广难度小、可实行性高的解决方案。

1 系统的总体设计思路

文章提出在传统物联网养殖场系统上加入Huawei LiteOS物联网系统不仅解决了物联网的突出缺点问题，还高程度结合各类传感器与养殖场作业机器人硬件设备建立智能一体化的互联管理网络，达到感知采集养殖场牲畜的生长数据、环境数据以及自动喂食功能的目的；并对系统采集的环境数据进行可视化与智能化管理，让养殖户第一时间了解养殖场环境及牲畜生长变化情况。此项目的智慧养殖场信息管理系统极大地提高了现代化物联网养殖场的工作效率，及时有效地对养殖场各项数据进行采集及提供数据分析来源，借助物联网硬件的系统结合产业的数字化发展趋势，项目系统的信息管理平台和采用数据可视化平台有效、直观地对智慧养殖场的信息进行数据展示和数据后台管理提供现实系统。基于本系统进行现代养殖产业的建设，不仅有力保障了养殖场的牲畜健康生长、大大降低生产成本、提高产能，还对养殖业的规模化经营、数字化、智能化生产具有一定的现实意义。该系统主要以环境参数采集子系统、设备控制子系统、STM32主控子系统、服务器端和客户端组成[3]。环境参数采集子系统的温湿度、碳氧化物、氮氧化物和硫化物等相关环境质量传感器进行环境参数采集，再通过采集子系统的无线模组将数据发送给STM32主控子系统；主控子系统对数据进行处理，同时将数据上传给服务器，服务器根据对应规则和业务逻辑将数据进行处理和归类，用户再通过智慧养殖场数据可视化系统平台实时查看相应的数据或下发相关的指令[4]。其系统总框架设计框图如图1所示。

图1 系统总设计框图

2 系统硬件设计

物联网智慧养殖场系统的环境监测子系统硬件部分主要是针对终端采集节点和NB-IOT的硬件进行设计，终端采集设备是以STM32F103ZET6单片机为微控制器，通过各个传感器对环境信息进行采集，采集的数据分两部分，一部分由串口传输到M5311NB-IOT模块进而上传至服务器，另一部分直接在OLED屏幕上显示出来，方便现场养殖员也可直接查看各项环境数据，其中传感器包括温湿度、光照度、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨气和空气质量传感器等[5]。其系统总体硬件框图如图2所示。

图2 系统总体硬件框图

3 系统总体软件设计流程

物联网智慧养殖场系统的环境监测子系统的软件设计部分主要是针对硬件系统各个模块基于Huawei LiteOS物联网操作系统的底层软件逻辑设计与物联网智慧养殖场可视化系统网页端的软件设计。系统上电后初始化主控模块、传感器模块、通讯模块和控制模块。主控模块通过串口发送指令给NB-IOT连接上服务器，并通过AT指令创建列表资源。连接上服务器后，将采集到的数据上传到部署在服务器上的后台数据库，当采集到的数据超过程序设置阈值后，程序自动反馈指令给主控模块，主控模块联动控制子系统工作，调控设备工作。系统总体软件工作流程图如图3所示。

图3 系统总体软件工作流程图

4 智慧养殖场数据可视化网页设计

养殖员可通过智慧养殖场数据可视化网页平台，查看养殖场的设备、环境状态和现场的实时视频，远程控制养殖设备和调控厂房的环境参数，可视化信息管理平台设置4个内容功能界面，分别是“主页界面”、“传感器历史数据界面”、“传感器节点实时数据界面”、“用户控制界面”。

主页界面，通过智慧养殖场数据可视化系统进入主页，可查看养殖厂房的各项环境参数的一周数值和数据变化趋势，实时查看养殖厂房的现场视频流，实时联动硬件采集系统警告提示。

传感器历史数据界面，通过智慧养殖场数据可视化系统进入传感器历史数据页，选择所需查询的历史日期和传感器节点进行硬件采集系统已上传保存的环境数据进行环境参数分类选择查看每天的环境数值和变化趋势折线图。

传感器节点实时数据界面，通过智慧养殖场数据可视化系统进入传感器节点实时数据页，可查看每个传感器采集的实时环境数据，并以数据表的形式呈现。

用户控制界面，通过智慧养殖场数据可视化系统进入用户控制页，可远程控制养殖设备和通过设备调控相应的环境参数。

5 结束语

本设计系统通过Huawei LiteOS系统的移植与STM32微机芯片相结合应用，具有强大的智能组网能力可以融合多种传感器进行养殖场的各项环境参数进行精确采集，可以使多个维度空间的数据信号融合和目标优化，系统的低功耗、低延时特性在一定程度上解决了现有物联网系统存在的边缘计算突出问题；系统的多维度数据信号融合、目标优化和低延时能力可以解决数据传输高并发期的数据拥堵问题，使系统的运行能力更加高效便捷。智慧养殖场数据可视化系统平台与硬件采集系统相结合应用可以为养殖员提供更加直观的、实时的养殖环境数据，让养殖员快速了解养殖信息，尽快作出反应措施，也可以为养殖员提供数据分析来源和数据挖掘基础，数据迭代挖掘分析可以为后期养殖场生产活动提供指导性的意见。对养殖场行业的数字化和智能化革新提供了一个具有应用价值大、推广难度小、可实行性高的解决方案。