本發(fā)明屬于智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZigBee的家畜養(yǎng)殖控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于畜類肉制品的需求，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式已經(jīng)無法有效供應(yīng)，造成供求市場出現(xiàn)不平衡的趨勢。因此，對(duì)于家畜養(yǎng)殖業(yè)而言，需要采用先進(jìn)的養(yǎng)殖模式，提高家畜養(yǎng)殖效率，擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模，將現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于家畜養(yǎng)殖模式中，從而最大限度的提高家畜養(yǎng)殖效率。

在養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)中，家畜對(duì)溫度、濕度、光照以及氨氣濃度最為敏感，而這些環(huán)境變量往往很不穩(wěn)定，比如光照在白天和晚上，陰天和晴天會(huì)表現(xiàn)出較大差異，家畜飼養(yǎng)需要人工處理，而家畜在某個(gè)時(shí)段、某個(gè)特定區(qū)間的光照強(qiáng)度下才能最好的生長，大多數(shù)飼養(yǎng)員是根據(jù)自己豐富的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷，由于人的時(shí)間、精力限制，養(yǎng)殖效率不高，且由于奶牛等家畜的養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的要求較高，工作人員無法頻繁的進(jìn)入養(yǎng)殖區(qū)域，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，傳統(tǒng)養(yǎng)殖區(qū)采用人工的方式進(jìn)行安全管理，成本高，而且存在很大的問題，且不能對(duì)每個(gè)家畜進(jìn)行行為監(jiān)控，了解每個(gè)家畜的身體情況，進(jìn)行疾病預(yù)防等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于ZigBee的家畜養(yǎng)殖控制系統(tǒng)，將遠(yuǎn)程無線技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)應(yīng)用到家畜養(yǎng)殖過程中，實(shí)現(xiàn)非人工操作，家畜飼養(yǎng)者可以通過遠(yuǎn)程控制的方式。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于ZigBee的家畜養(yǎng)殖控制系統(tǒng)，包括：用于獲取現(xiàn)場環(huán)境狀況的環(huán)境采集單元；用于獲取家畜身體狀況的個(gè)體采集單元；用于進(jìn)行安全防護(hù)的安全采集單元；用于進(jìn)行信號(hào)無線傳輸?shù)腉PRS終端，所述GPRS終端設(shè)置有ZigBee模塊；用于接收環(huán)境采集單元、個(gè)體采集單元和安全采集單元信息的單片機(jī)；用于控制啟動(dòng)或關(guān)閉各機(jī)電設(shè)備的控制單元；用于監(jiān)控和發(fā)送用戶遠(yuǎn)程控制操作指令的遠(yuǎn)程控制客戶端；用于監(jiān)控和接收用戶遠(yuǎn)程控制操作指令的數(shù)據(jù)管理中心；

所述環(huán)境采集單元、個(gè)體采集單元和安全采集單元分別通過GPRS終端與所述單片機(jī)連接，所述單片機(jī)與所述控制單元連接，用于根據(jù)接收的各采集信息控制所述控制單元，所述遠(yuǎn)程控制客戶端和數(shù)據(jù)管理中心通過網(wǎng)絡(luò)與所述單片機(jī)連接，所述遠(yuǎn)程控制終端采用Android系統(tǒng)的手機(jī)。

優(yōu)選地，所述單片機(jī)為STC12C4052AD。

優(yōu)選地，環(huán)境采集單元包括溫度傳感器、濕度傳感器、雨水傳感器、光線傳感器和氨氣傳感器。

優(yōu)選地，個(gè)體采集單元包括用于監(jiān)測家畜聲音的聲音傳感器、用于識(shí)別家畜個(gè)體的射頻識(shí)別標(biāo)簽、用于監(jiān)測家畜個(gè)體體溫變化的非接觸測溫儀和用于監(jiān)測家畜站立或爬臥的姿態(tài)的地磁傳感器，以及用于監(jiān)測家畜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)傳感器。

優(yōu)選地，聲音傳感器采用項(xiàng)圈式聲音傳感器，射頻識(shí)別標(biāo)簽采用無源RFID標(biāo)簽，所述聲音傳感器與無源RFID標(biāo)簽設(shè)置成一體，位于同一項(xiàng)圈上，項(xiàng)圈上還設(shè)置有用于監(jiān)測家畜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)傳感器。

優(yōu)選地，安全采集單元包括門禁感應(yīng)器和圖像采集設(shè)備，門禁感應(yīng)器設(shè)置于養(yǎng)殖區(qū)出入口處，用于防止家畜逃串和丟失，圖像采集設(shè)備用于對(duì)整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

優(yōu)選地，控制單元包括換氣風(fēng)機(jī)、淋浴噴頭、藥劑噴頭、除糞系統(tǒng)、放料器、飲水器、日光燈、報(bào)警器、雨簾和空調(diào)。

優(yōu)選地，每個(gè)放料器設(shè)置有質(zhì)量傳感器和自動(dòng)攪拌器，質(zhì)量傳感器用于檢測飼料重量后進(jìn)行自動(dòng)攪拌放料。

優(yōu)選地，每個(gè)飲水器設(shè)置有觸控感應(yīng)器，用于自動(dòng)給水，飲水器采用圍欄式結(jié)構(gòu)，設(shè)置有一體式圍欄秤，和稱重傳感器連接用于對(duì)單體家畜在飲水時(shí)進(jìn)行稱重。

優(yōu)選地，數(shù)據(jù)管理中心中還包括校驗(yàn)單元，校驗(yàn)單元用于接收到用戶確定發(fā)送指令到單片機(jī)時(shí)，檢驗(yàn)用戶輸入密碼是否為預(yù)先設(shè)定的密碼。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明采用智能化控制，功耗低，實(shí)現(xiàn)家畜養(yǎng)殖環(huán)境、家畜個(gè)體以及整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的監(jiān)控調(diào)節(jié)，減少人工操作，提高管理的效率，從根本上解決家畜的管理問題，能夠?qū)γ總€(gè)家畜個(gè)體進(jìn)行行為監(jiān)控，進(jìn)而提高養(yǎng)殖效率，增加養(yǎng)殖收入等，終端采用Android系統(tǒng)的手機(jī)，方便操作人員通過手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制各電氣設(shè)備；基于無線網(wǎng)絡(luò)的集傳感器、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等于一體，通過預(yù)家畜健康生長所需的適宜環(huán)境參數(shù)，搭建智能化軟件與硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、氨氣等因子的自動(dòng)監(jiān)測和控制，基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與ZigBee短距離無線通信技術(shù)的智能化設(shè)施養(yǎng)殖系統(tǒng)構(gòu)建的無線家畜養(yǎng)殖智能控制系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)值進(jìn)行調(diào)控，滿足了家畜生長環(huán)境的要求，有效提高了畜牧業(yè)集約化生產(chǎn)程度，在該系統(tǒng)中數(shù)傳終端與數(shù)據(jù)采集模塊之間的通信釆用Zig-Bee短距離無線傳輸技術(shù)，數(shù)傳終端與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心之間的通信采用GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，這樣避免了采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)而導(dǎo)致大量布線帶來的麻煩。

進(jìn)一步的，本系統(tǒng)通過無線傳輸對(duì)溫度，濕度，氨氣按其濃度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)飼料的自動(dòng)攪拌和喂養(yǎng)，并且能夠在飲水時(shí)自動(dòng)稱重，以及糞便自動(dòng)清理，利用無源RFID技術(shù)對(duì)應(yīng)每個(gè)家畜，了解其身體行為情況，進(jìn)行病情預(yù)警和藥劑噴射預(yù)防，采用全方位攝像以及門禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全天候的安全管理，提高了家畜的存活率，保證了穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收益，數(shù)據(jù)管理中心中設(shè)置有校驗(yàn)單元，提高整個(gè)系統(tǒng)安全性。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)管理中心設(shè)置有效驗(yàn)單元，保證了系統(tǒng)的安全性。

綜上所述，本系統(tǒng)能根據(jù)不同要求設(shè)定環(huán)境參數(shù)的報(bào)警范圍，也可將系統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)控制或自動(dòng)控制狀態(tài)，系統(tǒng)成本低廉、通用性強(qiáng)，因而其在智能化設(shè)施養(yǎng)殖環(huán)境控制中有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】

本發(fā)明提供了一種基于ZigBee的家畜養(yǎng)殖控制系統(tǒng)，家畜養(yǎng)殖遠(yuǎn)程控制中基于ZigBee無線技術(shù)應(yīng)用家畜養(yǎng)殖過程中，實(shí)現(xiàn)非人工操作，家畜飼養(yǎng)者可以通過遠(yuǎn)程控制的方式，并且控制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)智能化操作，提高了控制的效率，減少了養(yǎng)殖成本。

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于ZigBee的家畜養(yǎng)殖控制系統(tǒng)，包括：用于獲取現(xiàn)場環(huán)境狀況的環(huán)境采集單元；用于獲取家畜身體狀況的個(gè)體采集單元；用于進(jìn)行安全防護(hù)的安全采集單元；用于進(jìn)行信號(hào)無線傳輸?shù)腉PRS終端，所述GPRS終端設(shè)置有ZigBee模塊；用于接收環(huán)境采集單元、個(gè)體采集單元和安全采集單元信號(hào)并進(jìn)行參數(shù)比較的STC12C4052AD單片機(jī)；用于控制啟動(dòng)或關(guān)閉各機(jī)電設(shè)備的控制單元；用于監(jiān)控和發(fā)送用戶遠(yuǎn)程控制室內(nèi)機(jī)電設(shè)備操作指令的遠(yuǎn)程控制客戶端；用于監(jiān)控和發(fā)送用戶遠(yuǎn)程控制室內(nèi)機(jī)電設(shè)備操作指令的數(shù)據(jù)管理中心；所述環(huán)境采集單元、個(gè)體采集單元和安全采集單元通過信號(hào)處理模塊與單片機(jī)連接，所述單片機(jī)與所述控制單元連接，所述遠(yuǎn)程控制客戶端和數(shù)據(jù)管理中心通過網(wǎng)絡(luò)與所述單片機(jī)連接，遠(yuǎn)程控制終端采用Android系統(tǒng)的手機(jī)，方便人員操控。

整個(gè)系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器自動(dòng)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，環(huán)境采集單元包括溫度傳感器、濕度傳感器、雨水傳感器、光線傳感器、氨氣傳感器；個(gè)體采集單元包括用于監(jiān)測家畜聲音的聲音傳感器、用于識(shí)別家畜個(gè)體的射頻識(shí)別標(biāo)簽、用于監(jiān)測家畜個(gè)體體溫變化的非接觸測溫儀、用于監(jiān)測家畜站立或爬臥的姿態(tài)的地磁傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器用于監(jiān)測家畜的運(yùn)動(dòng)；安全采集單元包括門禁感應(yīng)器和圖像采集設(shè)備，門禁感應(yīng)器設(shè)置于養(yǎng)殖區(qū)出入口處，用于防止家畜逃串和丟失，圖像采集設(shè)備用于對(duì)整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

智能軟件根據(jù)專家數(shù)據(jù)庫自動(dòng)判斷溫度、濕度、氨氣濃度、光線、下雨情況等環(huán)境參數(shù)值的高低，將設(shè)備核心嵌入在控制風(fēng)機(jī)、淋浴噴頭、除糞系統(tǒng)、日光燈、報(bào)警器、雨簾和空調(diào)等設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度，氨氣濃度，配合圖像采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)全組動(dòng)畫智能管理。

通過在家畜頸上安裝項(xiàng)圈式聲音傳感器，并將無源RFID標(biāo)簽粘貼在其上，則使用拆卸方便且不易脫落，項(xiàng)圈上還設(shè)置有用于監(jiān)測家畜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)傳感器，養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)設(shè)置多組RFID讀寫器，采用個(gè)體信息識(shí)別、判斷家畜是否處于健康狀態(tài)，該RFID標(biāo)簽與放料器槽上的RFID識(shí)別終端相對(duì)應(yīng)，從而對(duì)每頭家畜進(jìn)行身份識(shí)別，以便跟蹤每頭家畜的飲食情況和規(guī)律，聲音傳感器可檢測家畜咳嗽聲音，進(jìn)行感冒癥狀報(bào)警，當(dāng)某頭家畜飲食過于頻繁或者長期不來飲食時(shí)，可推斷該家畜可能發(fā)生異常情況，RFID識(shí)別終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將該家畜的飲食數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)據(jù)管理中心，并進(jìn)行報(bào)警，提供給工作人員進(jìn)行二次判斷；通過采用RFID技術(shù)識(shí)別家畜的飲食狀況，從而判斷家畜的腸胃疾病。例如：個(gè)體ID、體溫、聲音、圖像等，實(shí)現(xiàn)溫濕度調(diào)節(jié)自動(dòng)或手動(dòng)打開或關(guān)閉，具有高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制相統(tǒng)一。

具體為：

首先，基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的家畜養(yǎng)殖智能控制系統(tǒng)將設(shè)備核心嵌入在養(yǎng)殖設(shè)備中，家畜的飲水裝置可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)給水的模式。通過定時(shí)設(shè)備，家畜可以按時(shí)得到飲水，而不需要人工進(jìn)行喂水操作。此外，嵌入式智能控制系統(tǒng)中，添加觸控感應(yīng)器。當(dāng)家畜需要飲水的時(shí)候，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行觸碰，設(shè)備感應(yīng)器接收觸控指令的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)給水，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的智能操作，飲水器采用圍欄式結(jié)構(gòu)，設(shè)置有一體式圍欄秤，和稱重傳感器連接用于對(duì)單體家畜在飲水時(shí)進(jìn)行稱重。

其次，針對(duì)大規(guī)模的養(yǎng)殖模式，食物攪拌以及自動(dòng)喂養(yǎng)；每個(gè)放料器設(shè)置有質(zhì)量傳感器和自動(dòng)攪拌器，質(zhì)量傳感器用于檢測飼料重量后進(jìn)行自動(dòng)攪拌放料，利用智能控制系統(tǒng)，將飼料的原材料進(jìn)行機(jī)器加工，然后通過設(shè)備的運(yùn)輸管道，按照等比的指令操作，進(jìn)行遠(yuǎn)程飼料運(yùn)送。并且，根據(jù)飼料的量進(jìn)行合理供給，飼料供給系統(tǒng)中，會(huì)采用觸控設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)物料的合理應(yīng)用，避免了傳統(tǒng)的飼料浪費(fèi)的現(xiàn)象，節(jié)約了養(yǎng)殖成本，當(dāng)氨氣傳感器監(jiān)測氨氣濃度超標(biāo)時(shí)，氣動(dòng)通風(fēng)和糞便自動(dòng)排除裝置，當(dāng)遇到下雨天時(shí)，可以控制雨簾落下，當(dāng)遇到光線不夠時(shí)，可以控制日光燈開啟，增加光照，溫濕度超過設(shè)定值時(shí)候開啟換氣風(fēng)機(jī)。

最后，在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)設(shè)置病情預(yù)警以及防盜預(yù)警設(shè)備。進(jìn)行防盜設(shè)備的安裝，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖場的安全管理?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)化全天候的防盜系統(tǒng)。此外，對(duì)于病情預(yù)警的防范也同樣重要。其中，對(duì)于常見的病情進(jìn)行資料統(tǒng)計(jì)收集，通過設(shè)置的藥劑噴射裝置。定期對(duì)養(yǎng)殖場所進(jìn)行藥劑噴射，從而保證養(yǎng)殖場所的安全。

通過架設(shè)在養(yǎng)殖區(qū)頂部的無線高清攝像機(jī)采集實(shí)時(shí)錄制的監(jiān)控視頻資源，獲得視覺信息，通過控制高清攝像機(jī)的擺放位置，獲得最佳的可視效果，每臺(tái)攝像機(jī)上安裝GPRS終端，優(yōu)選ZigBee模塊，使每臺(tái)攝像機(jī)作為一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)的ZigBee模塊相連，從而構(gòu)成高速無線局域監(jiān)控網(wǎng)，在養(yǎng)殖區(qū)的任何地方都可以建立連接，便于快速安裝使用。同時(shí)通過無線訪問節(jié)點(diǎn)與信息中心網(wǎng)絡(luò)無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)視頻信息的雙向傳播，達(dá)到無線網(wǎng)和有線網(wǎng)的互聯(lián)。優(yōu)選的是，若將養(yǎng)殖區(qū)表示成360度圓，則每隔30度架設(shè)一個(gè)無線攝像頭，對(duì)家畜進(jìn)行全方位監(jiān)控，此時(shí)監(jiān)控死角最小，目標(biāo)識(shí)別效果最佳；

在每臺(tái)攝像機(jī)上固定非接觸紅外測溫儀，并與攝像機(jī)共享ZigBee通信單元以減少成本。在視頻監(jiān)控的同時(shí)檢測家畜的體溫，當(dāng)測量到家畜身體部位體溫達(dá)到或超過正常值時(shí)，非接觸紅外測溫儀通過報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信息，系統(tǒng)則會(huì)認(rèn)為家畜在發(fā)燒或者身體某部位有炎癥病變，并通過高清攝像機(jī)保存測溫時(shí)的當(dāng)前視頻圖片，報(bào)警和圖片信息由無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心和遠(yuǎn)程控制客戶端，工作人員可通過高清圖片上家畜的身份標(biāo)識(shí)確定具體個(gè)體；實(shí)踐中，通過該方式對(duì)奶牛乳腺炎檢測效果良好。

通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低于15℃時(shí)，啟動(dòng)空調(diào)控制模塊對(duì)養(yǎng)殖區(qū)加熱；當(dāng)溫度超過23℃時(shí)，空調(diào)控制模塊的空調(diào)制冷；通過閉環(huán)控制系統(tǒng)使養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)溫度始終維系在適宜溫度范圍；光線傳感器采用16位數(shù)字輸出型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI，它具備接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性，且可以通過I2C總線接口與CC2530連接，它的高分辨率可以探測較大范圍的環(huán)境光照強(qiáng)度并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后變送給單片機(jī)。

為了便于安全操作管理，數(shù)據(jù)管理中心中還包括校驗(yàn)單元，校驗(yàn)單元用于接收到用戶確定發(fā)送指令到單片機(jī)時(shí)，檢驗(yàn)用戶輸入密碼是否為預(yù)先設(shè)定的密碼。