何偉盛 鄭春鋒

廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510925

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨于規(guī)?；?、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展模式。在養(yǎng)殖行業(yè)越來越多地參與到規(guī)?；?shù)字化、智能化行業(yè)科技革新中來，這類型養(yǎng)殖場(chǎng)往往是自動(dòng)化程度較高，數(shù)字化和智能化管理模式向前的產(chǎn)業(yè)園，其在生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈中需要應(yīng)用到各類機(jī)器人和傳感器進(jìn)行貨物的運(yùn)輸、養(yǎng)殖場(chǎng)的巡檢、環(huán)境參數(shù)的采集等。其采用現(xiàn)代科技手段來代替人工感官養(yǎng)殖場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和代替人工作業(yè)，極大地提升了養(yǎng)殖行業(yè)的生產(chǎn)效率和確保了肉類市場(chǎng)的穩(wěn)定，極大地促進(jìn)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在養(yǎng)殖行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展[1]。

文章設(shè)計(jì)的基于Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)正是在養(yǎng)殖場(chǎng)行業(yè)的革新與升級(jí)之際提出的設(shè)想，且結(jié)合養(yǎng)殖行業(yè)革新設(shè)計(jì)智慧物聯(lián)網(wǎng)信息管理平臺(tái)系統(tǒng)，此系統(tǒng)極大地將養(yǎng)殖場(chǎng)的生產(chǎn)過程的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)快速且直觀地展示給用戶，更加適合產(chǎn)業(yè)革新的數(shù)字化智能化要求。而且在5G低延時(shí)、高帶寬的加持下，Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)具有的低功耗、輕量化、組件豐富等特點(diǎn)，將會(huì)在文章中進(jìn)一步呈現(xiàn)[2]。所以文章為養(yǎng)殖場(chǎng)行業(yè)的數(shù)字化和智能化革新提供了一個(gè)具有應(yīng)用價(jià)值大、推廣難度小、可實(shí)行性高的解決方案。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路

文章提出在傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)上加入Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不僅解決了物聯(lián)網(wǎng)的突出缺點(diǎn)問題，還高程度結(jié)合各類傳感器與養(yǎng)殖場(chǎng)作業(yè)機(jī)器人硬件設(shè)備建立智能一體化的互聯(lián)管理網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到感知采集養(yǎng)殖場(chǎng)牲畜的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及自動(dòng)喂食功能的目的；并對(duì)系統(tǒng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化與智能化管理，讓養(yǎng)殖戶第一時(shí)間了解養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境及牲畜生長(zhǎng)變化情況。此項(xiàng)目的智慧養(yǎng)殖場(chǎng)信息管理系統(tǒng)極大地提高了現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖場(chǎng)的工作效率，及時(shí)有效地對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及提供數(shù)據(jù)分析來源，借助物聯(lián)網(wǎng)硬件的系統(tǒng)結(jié)合產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)，項(xiàng)目系統(tǒng)的信息管理平臺(tái)和采用數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)有效、直觀地對(duì)智慧養(yǎng)殖場(chǎng)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)后臺(tái)管理提供現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)?；诒鞠到y(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的建設(shè)，不僅有力保障了養(yǎng)殖場(chǎng)的牲畜健康生長(zhǎng)、大大降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)能，還對(duì)養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模化經(jīng)營(yíng)、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。該系統(tǒng)主要以環(huán)境參數(shù)采集子系統(tǒng)、設(shè)備控制子系統(tǒng)、STM32主控子系統(tǒng)、服務(wù)器端和客戶端組成[3]。環(huán)境參數(shù)采集子系統(tǒng)的溫濕度、碳氧化物、氮氧化物和硫化物等相關(guān)環(huán)境質(zhì)量傳感器進(jìn)行環(huán)境參數(shù)采集，再通過采集子系統(tǒng)的無線模組將數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32主控子系統(tǒng)；主控子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)對(duì)應(yīng)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和歸類，用戶再通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)時(shí)查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)或下發(fā)相關(guān)的指令[4]。其系統(tǒng)總框架設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)硬件部分主要是針對(duì)終端采集節(jié)點(diǎn)和NB-IOT的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，終端采集設(shè)備是以STM32F103ZET6單片機(jī)為微控制器，通過各個(gè)傳感器對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)分兩部分，一部分由串口傳輸?shù)組5311NB-IOT模塊進(jìn)而上傳至服務(wù)器，另一部分直接在OLED屏幕上顯示出來，方便現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)殖員也可直接查看各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)，其中傳感器包括溫濕度、光照度、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、氨氣和空氣質(zhì)量傳感器等[5]。其系統(tǒng)總體硬件框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體硬件框圖

3 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程

物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場(chǎng)系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要是針對(duì)硬件系統(tǒng)各個(gè)模塊基于Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的底層軟件邏輯設(shè)計(jì)與物聯(lián)網(wǎng)智慧養(yǎng)殖場(chǎng)可視化系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)端的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)上電后初始化主控模塊、傳感器模塊、通訊模塊和控制模塊。主控模塊通過串口發(fā)送指令給NB-IOT連接上服務(wù)器，并通過AT指令創(chuàng)建列表資源。連接上服務(wù)器后，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到部署在服務(wù)器上的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過程序設(shè)置閾值后，程序自動(dòng)反饋指令給主控模塊，主控模塊聯(lián)動(dòng)控制子系統(tǒng)工作，調(diào)控設(shè)備工作。系統(tǒng)總體軟件工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體軟件工作流程圖

4 智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)

養(yǎng)殖員可通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化網(wǎng)頁(yè)平臺(tái)，查看養(yǎng)殖場(chǎng)的設(shè)備、環(huán)境狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)視頻，遠(yuǎn)程控制養(yǎng)殖設(shè)備和調(diào)控廠房的環(huán)境參數(shù)，可視化信息管理平臺(tái)設(shè)置4個(gè)內(nèi)容功能界面，分別是“主頁(yè)界面”、“傳感器歷史數(shù)據(jù)界面”、“傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面”、“用戶控制界面”。

主頁(yè)界面，通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進(jìn)入主頁(yè)，可查看養(yǎng)殖廠房的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的一周數(shù)值和數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)查看養(yǎng)殖廠房的現(xiàn)場(chǎng)視頻流，實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)硬件采集系統(tǒng)警告提示。

傳感器歷史數(shù)據(jù)界面，通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進(jìn)入傳感器歷史數(shù)據(jù)頁(yè)，選擇所需查詢的歷史日期和傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行硬件采集系統(tǒng)已上傳保存的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境參數(shù)分類選擇查看每天的環(huán)境數(shù)值和變化趨勢(shì)折線圖。

傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進(jìn)入傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁(yè)，可查看每個(gè)傳感器采集的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)表的形式呈現(xiàn)。

用戶控制界面，通過智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)進(jìn)入用戶控制頁(yè)，可遠(yuǎn)程控制養(yǎng)殖設(shè)備和通過設(shè)備調(diào)控相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)。

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過Huawei LiteOS系統(tǒng)的移植與STM32微機(jī)芯片相結(jié)合應(yīng)用，具有強(qiáng)大的智能組網(wǎng)能力可以融合多種傳感器進(jìn)行養(yǎng)殖場(chǎng)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行精確采集，可以使多個(gè)維度空間的數(shù)據(jù)信號(hào)融合和目標(biāo)優(yōu)化，系統(tǒng)的低功耗、低延時(shí)特性在一定程度上解決了現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存在的邊緣計(jì)算突出問題；系統(tǒng)的多維度數(shù)據(jù)信號(hào)融合、目標(biāo)優(yōu)化和低延時(shí)能力可以解決數(shù)據(jù)傳輸高并發(fā)期的數(shù)據(jù)擁堵問題，使系統(tǒng)的運(yùn)行能力更加高效便捷。智慧養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)平臺(tái)與硬件采集系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用可以為養(yǎng)殖員提供更加直觀的、實(shí)時(shí)的養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，讓養(yǎng)殖員快速了解養(yǎng)殖信息，盡快作出反應(yīng)措施，也可以為養(yǎng)殖員提供數(shù)據(jù)分析來源和數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)迭代挖掘分析可以為后期養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)提供指導(dǎo)性的意見。對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)行業(yè)的數(shù)字化和智能化革新提供了一個(gè)具有應(yīng)用價(jià)值大、推廣難度小、可實(shí)行性高的解決方案。