基于APP应用养殖场环境监控系统

(华北水利水电大学电力学院，河南 郑州 450000)

0 引言

我国正处在向农业强国转变的关键时期[1]，传统的人工养殖在检测动物健康、行为和养殖环境的方式耗费较大的人力，但并不能实现实时监测环境及发现病种，导致养殖不卫生、有病种出现影响养殖。物联网智能养猪正是基于人们关心的健康安全问题，能提高养殖信息化、透明化管理，实现精细养殖，使客户随时随地能实时了解养殖的具体情况，同时也给养殖方提供了养殖的便利，智能化的数据分析会调动智能控制对养殖场进行温度、光照、粉尘、有毒气体的调节，物联网与APP的完美结合使得养殖者与消费者随时可观测到养猪场内的环境信息与猪种信息，使养殖更透明化、精细化，是养殖业新的发展趋势。

1 系统总体结构

对大规模型的养殖场采用集散式控制技术，对养猪舍进行编号监测，实现一舍一监控，养殖舍环境信息参数相互独立，并最终统一发送至一个上位机端集中管理。

养殖场环境监测系统[2]采用手机APP、计算机、单片机、传感器、执行设备等组成，如图1所示。计算机通过对单片机获取的传感器信息进行分析，发送命令给执行设备对养殖舍进行环境调控，同时将分析结果发送至手机APP提醒工作人员养殖环境变化并进行相应的动作，方便工作人员及时了解信息。

图1 系统整体设计图

2 系统硬件设计

各个养猪舍通过M-Bus总线连接在一起，各个养殖舍具有独立的传感器、单片机、执行设置[3]，通过总线将信息传输至上位机，由于M-Bus总线的特性，各养殖舍之间的信息无交叉传输。在STM32单片机上连接温湿度检测模块、光照强度监测模块、粉尘检测模块、NH3等有害气体检测模块等，组成整体的硬件部分。

智能监测系统[4]是通过传感器实时检测各舍的信息，如光照、温度、粉尘、二氧化碳、氨气等，当这些参数与养殖的适应参数有偏差时，可以利用由单片机控制的外围设备(通风扇、补光灯、暖风机、水帘等)来改善环境信息参数，当达到最佳养殖条件时，外围设备会自动停止工作。

2.1 具体的硬件模块

2.1.1 光照强度传感器

自然光照时间随季节的变化而呈现有规律的变化，夏至日照时间最长，冬至日照时间最短，因此针对不同的猪种要进行不同的光照处理，进行人工补光。根据需求选择BH1750光照传感器检测养殖场的光照变化，该传感器抗干扰能力强、稳定性高、响应速度快，根据检测到的养殖场光照强度并进行调节补光灯的强弱。

2.1.2 温湿度传感器

养殖场内的温湿度过高会引发动物的生长环境不利，容易滋生细菌，导致养殖种生病，可能引起流感，因此要保证养殖场的温湿度的标准值。养殖场内的温湿度范围在正常的范围内，不用考虑高温、低温极端情况。采用SHT10温湿度传感器来进行温湿度的检测，当温度过高执行设备打开水帘，通风扇为养殖场进行降温；当湿度过高执行设备关闭水帘，打开除湿器进行除湿。

2.1.3 红外温度传感器

红外线温度传感器可以不接触目标，而通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体的表面温度。非接触测温是红外测温仪最大的优点，可用于不接触动物直接检测到温度，用来判定生长的健康与否。

2.1.4 粉尘传感器

养殖舍内的空气质量直接影响猪种的生长速度和健康水平。研究表明，在已发生的疫病中有40%以上是通过空气传播的，而在突发的烈性疫病中会有70%多与环境空气质量有关。粉尘中携带大量的病原体，会通过呼吸道黏膜感染疾病，造成疾病传播。

用粉尘传感器检测空气中的粉尘，当空气中含过高的粉尘，执行设备通风和加湿功能，降低粉尘量。

2.2 WiFi通信模块

为了实现单片机与手机APP之间的通信，并实现通过手机对养殖舍进行控制，选用ESP8266WiFi[6]模块进行信息传递。此模块对2.4 G和5 G的频段都有很好的支持，且该模块内部具有稳压器，TR开关、匹配网络等，不需要再设计其他复杂外部电路就可完成WiFi模块配置工作。由于此模块对TTL串口通信标准有很好的兼容，故可直接与单片机的串口管脚TX、RX相连接。

在监控系统的控制方面，用到数据融合算法，对所以采集到的数据进行整合，根据整合结果对比预先设置好的环境参数状态，通过融合算法的决策，寻找最优控制状态，不仅能控制调控设备的启停，还可以根据当前环境状态预测下一刻环境状态，避免了单纯利用所设定的环境参数阈值来控制导致的工作系统不稳定、效果差的缺点。

3 APP功能设计

手机端APP基于APICloud这个软件平台开发，使用APICloud提供的云API和端API[5]，省去繁杂的服务端编码，还同时支持IOS和安卓系统。

APP作为网络通信客户端，要实现与ESP8266服务器通信，客户端按周期发送命令用于读取养殖舍环境信息；同时通过APP可实时将养殖信息显示给养殖户和客户，使养殖过程更加透明化和安全化；运用养殖APP可以对育种、生产、养殖、销售、流通、检疫等环节进行详细记载，如图2所示。

图2 APP功能图

移动端首页是各大功能模块菜单，点击即可进入其中某一个模块。点击“视频监控”即可查看不同位置的视频摄像头获取的最新的猪种生长状况和生成环境，点击“传感器信息”即可查看传感器收集到的养猪区域相关信息，点击“智能报警”即可设置相关的参数阈值范围。对猪舍的光照、温度、粉尘、二氧化碳、氨气等监测进行显示，超出指标或低于指标会进行自动APP推送、自动报警提示，并自动进行调节。图3为部分显示界面图。

APP还包括猪的生产管理信息、安全检测信息以及私人定订界面。

3.1 环境监控

影响养猪场经济效益的因素很多，环境因素是决定养猪业生产水平高低的重要因素之一。养猪环境是指影响猪群繁殖、生长发育等方面的生活条件，由猪舍内的温度、湿度、光照、设施、设备等因素组成的特定环境。

图3 APP显示图

3.2 生产管理

1)对种猪、仔猪、和肉猪的编号、猪舍等资料进行备案跟踪。

2)详细跟踪记载所吃饲料及进食情况，记录进场和出场时间。

3)可以通过APP进行猪肉私人订制和鲜销。

3.3 安全检测

1)免疫：在APP上可以通过猪舍和编号查询每一头猪所打的疫苗类型、时间、用量以及免疫时间。

2)疾病：可以查看到引起猪生病的原因，以及所用药品和免疫时间。

3)检疫：可以查看到具体时间的检疫样本、检疫项目、具体结果，以及治疗方案和所开处方。

4)消毒：详细可见消毒所使用的药品以及消毒时间。

3.4 图像观察

通过摄像设备观测养猪场的猪种活动信息，可发现有无异常行为的猪种，亦可观测猪场的卫生状况。

4 结语

养殖场环境的稳定健康是养殖中的重要环节，基于APP应用的养殖场环境监控系统包括物联网技术，依托在养殖现场的环境温湿度、光照强度等传感器和无线通信网络，实现养殖环境的智能感知、智能决策、智能分析，提供精准化养殖、可视化管理。该技术大大解放了生产力，节省了劳力和物力，提高了生产效率，改善了养殖环境，透明化的养殖模式使客户更放心。