田豐，黃星雨，余治遠，向雯嵐

（貴州商學院，貴州貴陽，550025）

隨著我國經濟的快速發(fā)展和科技的急速進步，諸如物聯網技術之類的新興技術逐漸走進大眾的生活，滲透進生活的方方面面。我國是世界上最大的豬肉生產國和消費國，豬肉產量近十年來穩(wěn)居全球首位，但全國一半以上的生豬生產還是由小規(guī)模養(yǎng)殖戶承擔。小規(guī)模養(yǎng)殖存在生產效率低、飼養(yǎng)技術缺乏、基礎設施不完善、疫病和環(huán)境意識薄弱等問題。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，傳統養(yǎng)殖方式明顯不能滿足養(yǎng)殖場的管理需要[1]。而規(guī)模化養(yǎng)殖場也面臨人工成本高、污染處理成本高、疫病防控難度大等問題。做好豬圈環(huán)境監(jiān)測，智能化監(jiān)控生豬生長情況對于生豬養(yǎng)殖有重要作用。若能將物聯網技術與傳統生豬養(yǎng)殖技術相結合，推動養(yǎng)殖業(yè)走向現代化、信息化，必能大幅度提高養(yǎng)殖場的管理效率[2]。

1 無線傳感技術

物聯網無線通信技術主要分為長距離通信技術和短距離通信技術，一類是WIFI、Zigbee、藍牙等短距離通信技術；另一類是LoRa、NBIOT等長距離通信技術。它們或基于傳輸速率、傳輸距離和功耗等特殊要求，或具有良好的可擴展性，各有千秋[3]。結合大面積布網、成本控制、使用壽命等條件，發(fā)現Zigbee可以滿足大面積的組網要求并且成本低、使用壽命比較長。為了更好的監(jiān)視每一頭生豬的成長情況，本系統引入RFID技術。采用RFID電子耳標，可自動識別生豬信息，識別過程無需人工干預，且可以工作在各種惡劣環(huán)境中，實現快速、實時、準確地采集和處理信息的工作。

2 系統總體功能設計

Zigbee技術集穩(wěn)定性強、組網靈活、易于網絡規(guī)模擴展等眾多優(yōu)點于一身，為了減少不必要的人力資源浪費以及為了解決人工難以實時監(jiān)控的問題，本文設計了基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統，實現了自動投食、豬舍溫濕度監(jiān)測和定時消毒，以及提醒工作人員及時清理豬舍等多種功能。同時為每一頭豬安裝一個電子標簽，用于辨認每頭豬，同時該標簽具有體溫檢測功能，與體重測量系統聯合，用于記錄和監(jiān)測每一只豬的生長情況。基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統結構圖如圖1所示。

圖1 基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統結構圖

3 基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統模塊設計

生豬養(yǎng)殖智慧系統主要是建立在Zigbee和RFID的無線網絡的基礎上，利用壓力傳感器、溫度傳感器檢測生豬生長情況和簡單的健康情況，利用溫濕度傳感器、氨氣傳感器檢測豬圈環(huán)境，然后通過儲存和決策系統進行分析管理，大大降低人工成本，提高管理效率?；赯igbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統主要包括生豬生長監(jiān)控、豬圈環(huán)境監(jiān)控兩大子系統。

■3.1 生豬生長監(jiān)控系統

養(yǎng)殖場中的生豬數量多，若少數生豬的生長情況出現狀況，對于傳統養(yǎng)殖的養(yǎng)殖戶而言難以在短期內發(fā)現，且如果是傳染性癥狀，一旦沒有及時發(fā)現，對于養(yǎng)殖戶的損失是巨大的。本文設計的智慧生豬生長監(jiān)控系統主要包括生豬的體重采集、體溫采集、數據傳輸和處理、報警的功能。其中，生豬生長監(jiān)控系統網絡架構圖如圖 2 所示。

圖2 基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統網絡架構圖

3.1.1 RFID溫度檢測標簽

RFID溫度檢測標簽實時檢測其標識的生豬的體溫，作為生豬基本健康狀況的判斷依據。RFID閱讀器將RFID標簽采集到的體溫數據手機并上傳至存儲與決策系統進行分析，如果發(fā)現體溫異常，蜂鳴器立即啟動報警，養(yǎng)殖戶可通過標簽編號快速尋找到疑似病豬，進行醫(yī)學檢測，保障生豬的健康。

3.1.2 體重監(jiān)測模塊

體重監(jiān)測模塊利用壓力傳感器檢測每頭生豬體重，以此來檢驗生豬的生長狀況。在實際應用時，將壓力傳感器安裝于生豬的食槽前，每當生豬進食時，就可檢測生豬的體重，結合生豬所佩戴的RFID耳標，能夠準確得到每頭生豬的體重數據。Zigbee體重檢測結點檢測可以收集生豬體重，并結合RFID標簽確定生豬身份；Zigbee節(jié)點板將采集到的體重信息轉發(fā)給Zigbee匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點再將數據傳輸給儲存與決策系統，儲存與決策系統會根據以往體重信息進行分析，挑選出體重異常的疑似對象并進行報告。

3.1.3 定時投喂模塊

在傳統生豬養(yǎng)殖業(yè)中，生豬的喂養(yǎng)需要很大一部分人工，這對養(yǎng)殖戶而言是很大一筆成本開銷。本文所設計的智慧生豬養(yǎng)殖系統中，設置了定時投食模塊。利用定時器，根據生豬的喂養(yǎng)要求，在固定的時刻系統自動為生豬分配食物。一方面，大大節(jié)省了人力成本；另一方面，實現了生豬的精準喂養(yǎng)。結合上述的體重監(jiān)測模塊，可以動態(tài)的、智能化的調控生豬的喂養(yǎng)方案，可以提升生豬的生長質量。

■3.2 豬圈環(huán)境監(jiān)控

豬圈是生豬生長的主要環(huán)境，豬圈的環(huán)境衛(wèi)生情況對生豬的健康情況有著重要的影響。生豬都是直接在豬圈中排泄的，如果不及時清理，不僅會使豬圈產生刺鼻的異味，而且糞便容易招惹蒼蠅、滋生細菌，極大地威脅生豬的生長健康。同時，數量巨大的生豬聚集在一起所產生的熱量也是非常大的，這就需要及時通風，以保證豬舍環(huán)境溫度的適宜。為了及時解決上述問題，避免養(yǎng)殖戶因這些問題沒有及時發(fā)現和解決，造成生豬的不健康，經濟有無法挽回的損失。本系統在該模塊采用溫濕度傳感器和氨氣傳感器，前者用于檢測豬舍的環(huán)境溫度和濕度，后者檢測豬舍的環(huán)境中的氨氣濃度。豬圈環(huán)境監(jiān)控的Zigbee節(jié)點板檢測豬圈中的氨氣濃度和溫濕度，豬圈環(huán)境監(jiān)控的Zigbee匯聚節(jié)點收集數據，將數據傳輸給決策系統，結合系統中提前設定的閾值，如果決策系統判斷豬圈中氨氣濃度過高，將會立即通知養(yǎng)殖戶及時清理；若溫度過高，會打開通風系統，進行通風降溫，保證生豬生長環(huán)境的舒適。

■3.3 系統軟件設計

基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統是為了實現對生豬生長環(huán)境和生豬健康的是實時監(jiān)測，實現生豬養(yǎng)殖的智能化、高效率，提升生豬的質量。采用單片機實現對系統的控制，通過該系統可以較為精確的了解生豬的生存環(huán)境現狀和生豬此時的健康狀況，一旦發(fā)現某項數據超過或低于閾值，則本系統會及時報警，提醒工作人員立即處理。本系統的具體工作流程如圖3所示。

圖3 基于Zigbee+RFID技術的生豬養(yǎng)殖智慧系統軟件流程圖

4 系統測試和結果分析

考慮到現實系統工作中豬圈環(huán)境的不確定性，故在養(yǎng)殖場中，隨機抽取四個豬圈作為采集點進行系統模擬測試。采集點的測試時間間隔為15分鐘，某次檢測結果如表1所示。

表1 某次四個采集點檢測結果

從以上四個采集點的檢測結果可以看出，采樣點2中發(fā)現生豬健康疑似出現問題，故提醒工作人員及時對對應生豬進行醫(yī)學檢驗；采樣點3的環(huán)境溫度超過預設溫度，故通風系統工作加強；采樣點4的氨氣濃度大于報警氨氣濃度，故報警系統進行提醒豬舍需要清理。

5 結語

本文將Zigbee技術和RFID技術相結合，組建無線傳感網絡，實現對生豬健康的實時監(jiān)測、豬圈環(huán)境信息的采集、接收、存儲、分析和顯示，并做出對應的措施。充分利用了Zigbee技術的組網簡單和節(jié)點板的可定制性的優(yōu)點，以及RFID體積小、抗污染能力和耐久性好的能力，實現了對生豬生長的實時監(jiān)控和良好生長環(huán)境的保障。將傳統養(yǎng)殖業(yè)與物聯網技術相結合，實現對生豬生長的24小時不間斷監(jiān)測，在節(jié)省人力成本的基礎上，最大程度的保證生豬的優(yōu)質質量和養(yǎng)殖戶的最大化利益。