養雞物聯網技術精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇養雞物聯網技術，期待它們能激發您的靈感。

篇1

[關鍵詞]家禽；疫病；防控；物聯網；使用意向

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.030

[中圖分類號]TP393 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）04-00-03

0 引 言

隨著我國經濟的發展和家禽疾病的蔓延，家禽養殖業面臨著嚴峻挑戰，其升級成為了一個必然的趨勢――加快推動傳統家禽養殖向現代生產方式轉型，從散養方式向集中規模化養殖轉變，利用信息化技術提高畜禽養殖的質量及安全水平。而農業物聯網的出現在一定程度上加快了家禽業生產的集約化、自動化、智能化和信息化發展。在歐美發達國家，農業物聯網已成為畜牧養殖的重要組成部分，大量豬、牛、雞等畜禽養殖實現了全程監控和實時監測，有效防控了家禽疫病的發生。2009年8月，提出建立中國傳感信息中心的戰略設想，為農業物聯網的發展提供契機和動力。此后中央1號文件也多次提出要加大力度推廣農業物聯網的使用。

但近年來，農業物聯網技術的推廣遇到了障礙。企業和科研投入大量資源研發和推出物聯網技術，如溫氏集團成立的物聯網研究中心，但這些新技術卻得不到真正的應用。這個問題涉及養殖戶的行為。因為養殖戶是物聯網技術的直接應用者，他們的使用意愿直接影響了物聯網技術的推廣。假設養殖戶是一個理性經濟人，那么養殖戶作出經濟行為選擇時，必然考慮收益和成本問題。

因此，本文在了解家禽養殖疫病防控現狀的基礎上，運用養殖戶行為、技術接受等理論，評估養殖戶的物聯網使用意向，找出影響使用意向的因素，從而為相關政策建議提供證據和參考，以推進物聯網技術在家禽疫病防控領域的應用進程。

1 研究綜述

農業物聯網的應用范圍包括農業動作物生產智能監控、農產品質量安全溯源體系建立、智能農機和農業信息傳送等多個方面。學者對物聯網在畜禽養殖監控和疫病防控方面的應用作出了相關研究。顏波提出，畜禽養殖的規模化讓人工操作的弊端逐漸突顯，農業物聯網的出現為大規模高效管理提供了支撐。周茁 等通過研究，總結出了適用于我國生豬養殖的農業物聯網體系結構，該結構包括育種繁育、數字化精細喂養、個體行為視頻監測、疾病診斷、豬舍環境監控、糞便自動清理及無害化處理和綜合應用7個應用模塊。王海則基于牛羊養殖過程中的信息可追溯層面，提出通過給牛羊佩戴電子耳標實現一對一的電子建檔，當發生疫情或畜產品質量等問題，就可以追溯到源頭禽只。

縱觀國內外相關文獻，關于農業物聯網在畜禽養殖方面應用的研究已有不少，并且得到了很多有價值的研究結論。但是從當前文獻檢索的結果來看，目前的研究大多數涉及豬、牛、羊和水產品的安全養殖領域，對養雞的物聯網應用探索很少。而且，大多數研究都是集中于研究技術的使用現狀和前景，較少關注物聯網直接使用者的行為和技術的使用意向，這關系到技術的推廣可行性，是技術被充分應用的前提條件。因此，本文將基于前人的研究，利用對廣東溫氏集團實地調研采集的數據，分析目前物聯網技術在家禽疫病防控方面的應用現狀，同時對養殖戶的物聯網技術使用意向進行評估，并在此基礎上提出相關的對策建議。

2 家禽養殖疫病防控與物聯網應用

溫氏集團在物聯網技術的應用程度上具有一定的代表性。自1991年啟動信息技術研究與應用以來，溫氏應用物聯網技術以協助生產養殖管理，實現現場的實時監控、環境自動檢測、生產設備自動控制等，向著機械化、精細化、智能化邁進，這些技術在奶牛和生豬的養殖上應用廣泛，例如：奶牛生理特征監測傳感器項圈，實時監測奶牛的生理特征，實現奶牛期預測等異常行為判斷，提升企業生產效率和現代化管理水平。

S著家禽養殖自動化和智能化進程的不斷推進，溫氏也加大了家禽智能化養殖的研發力度，如禽舍環境智能監控系統，并在養殖場設點應用和推廣，將實用性強、效果好的技術設備通過補貼購買的形式推薦給養殖戶使用。但調查發現，這些研發出來的物聯網技術在家禽養殖領域的應用現狀卻遠遠比不上在豬羊養殖領域。

2.1 家禽安全溯源體系形同虛設

調查數據顯示，目前大多數養殖場只能根據禽只的特征或特殊標記識別家禽，無法對家禽建立檔案信息系統，構建家禽安全溯源體系。當家禽出現疾病時，無法及時和準確地追蹤到疫病源頭禽只，從而導致家禽疫病的擴散和蔓延。

為了進一步建設動物標志及疫病可追溯體系，實現重大家禽疫病及雞肉產品質量安全事件的快速追蹤，溫氏已逐步向旗下養殖戶推廣使用電子腳環，但是該項技術只局限于二維碼識別。二維碼系統里記載的只是溫氏產品的相關“廣告”信息，和真正意義上的電子建檔、信息可追溯相比還有很長的一段距離。

2.2 禽只個體實時監測無法實現

基于引種選育和日常養殖兩個重要環節的實時監測現狀，調查數據如圖1所示。

在調查的養殖戶中，有10.38%的養殖戶認為自己的養殖場不能做到逐步淘汰異常禽只，達到凈化禽群保證禽群優良的標準；剩余的89.62%則表示自己只能根據經驗，通過人為觀察禽只的行為變化和健康狀況，淘汰異常禽只。

圖2顯示，幾乎所有的養殖戶都通過觀察家禽的行為、精神狀態和排泄物來辨別和發現異常禽只，在“公司+農戶”的養殖模式下，41.51%的養殖戶表示管理員定期對家禽進行抽檢診斷也能幫助其及時發現異常禽只。

由此可見，養殖戶在逐漸實現養殖的規模化，卻還遠遠達不到規范化，由于養殖密度過大，養殖場不能對家禽個體進行實時監控，只能憑經驗觀察禽只，做不到實時監測和落實到每只禽只，因此不能及時檢測發現病禽，為家禽疫病的滋長提供了機會。溫氏技術人員反映，實現家禽養殖的個體體征智能監測及疫病預警診斷，需要投入大量的研究成本，并且家禽個體特征等原因也會阻礙該技術的應用。

2.3 雞舍智能測控系統未能普及

溫氏集團在改善雞舍環境方面做出了重大的努力，加大了雞舍智能測控系統的研發力度，并積極向養殖戶推廣使用，但似乎效果不佳。

表1的調查數據顯示，目前養殖場主要是通過人為改善禽舍環境，如人為通風換氣、調節禽舍光照溫度等。這種方法適用于規模較小的養殖場，隨著養殖規模的擴大，其弊端也逐步凸顯。禽場人員配備和管理水平跟不上規模的增長，導致禽舍內空氣衛生狀況較差，氧氣含量減少，空氣中有毒氣體、灰塵含量和隨空氣傳播的病原微生物含量不斷增加；加之不能及時監控和改善禽舍環境，從而導致禽群抵抗力下降，嚴重時將引發疫病。

盡管雞舍智能測控系統已經在溫氏集團開始推廣使用，但被調查的養殖戶中真正使用的僅有5.66%，表明該項技術未能普及。

2.4 家禽糞便處理設施落后

對家禽排泄物的清潔及處理是家禽飼養過程的重要環節之一。“一日一清潔， 一日一消毒”能在源頭上杜絕病菌的傳播，而對排泄物應該進行無害化處理，既有效回收利用又能達到環保的目的。

被調查養殖戶表示，目前通過人工對家禽排泄物進行清潔。之前溫氏集團向養殖戶推廣的糞便自動清理機器，由于成本過高、效果不明顯而被擱置。而對于規模較大的養殖場來說，其人員配備少，難以做到每日清潔。

養殖戶還表示，家禽排泄物堆積到一定量時統一由雞屎廠或化肥廠收購，不存在直接丟棄、人為掩埋和人為焚燒等不正確的處理方法。但在排泄物從囤積到出售期間，病原菌不能有效地被殺滅，將長期藏匿于養殖場，提高了疫病爆發的可能性，也是家禽反復發病的原因之一。

3 養殖戶的物聯網使用意向分析

立足溫氏集團“公司+農戶”養殖模式的研究，運用養殖戶行為理論，參考技術接受模型，通過李克特量表評估養殖戶的物聯網使用意愿。調查數據顯示，有大約15.24%的養殖戶對在養殖過程中投入使用物聯網技術表示完全不同意，34.74%覺得比較不同意，28.78%覺得不確定，還有14.84%認為比較同意，僅有6.4%的養殖戶表示完全同意。

由此可知，養殖戶對使用物聯網的意愿并不高。筆者通過分析量表的度量因素，發現影響養殖戶的物聯網使用意愿的主要因素是：感知易用性、養殖規模和使用成本。

3.1 感知易用性直接影響養殖戶的物聯網使用意愿

養殖戶對使用物聯網技術的難易程度的感知直接影響了其物聯網使用意愿，感知易用性越大，則使用意愿越強。而掌握一項技術的難易程度很大程度上取決于使用者的理解能力、動手能力等，或是使用者接受新事物的能力。

養殖戶溫氏旗下的養殖戶大多學歷水平較低，對新興事物的接受能力有限。如果一項新的技術在推廣過程中存在使用難度和障礙，將會大大降低使用者的接受和使用意愿。將物聯網技術應用與家禽養殖過程中，對于知識水平有限的養殖戶而言，這一項技術是否容易操作，難度系數是多少，這都是養殖戶會考慮的問題。

3.2 養殖規模越大，養殖戶的物聯網使用意愿越高

溫氏旗下的養殖戶養殖規模大小不一，而規模是影響其對新技術的使用意愿的主要因素。從養殖場的主觀條件出發，大規模養殖場應用物聯網技術的邊際成本較小，有利于養殖戶增加收益，而小規模養殖場不存在人員配備不足問題，其應用物聯網技術的收益可能小于成本，所以小規模養殖戶的使用意愿相對較低。

3.3 使用成本是制約養殖戶使用物聯網技術的主要因素

在調查過程中筆者發現，技術的成本是制約養殖戶投入新技術的主要障礙，一項新的技術被采用，很大程度是由這項技術的應用成本和所獲得收益的差額決定，即應用該技術所產生的經濟效益具有導向作用。由于養殖場的選址有一定的要求，在物聯網技術的應用上，養殖戶除了要負擔本身技術設備的成本，還承擔著網絡設施成本、技術使用培訓成本等，這些成本都會讓收入單一的養殖戶不輕易投入使用一新技術。

4 在使用物聯網防控家禽養殖疫病方面的建議

對溫氏集團的案例分析發現，目前物聯網應用于家禽養殖領域的現狀并不樂觀，家禽養殖疫病防控方面仍存在許多漏洞，養殖戶的物聯網使用意向不高。為促進物聯網在家禽疫病防控環節的推廣使用，提出以下建議。

4.1 政府提供技術補貼，落實惠農政策

生產的智能化和信息化是傳統農業向現代化農業加速轉變的重中之重。由于收入水平的限制，農民往往無力承擔技術設備的投入成本，而先進技術設備的匱乏，又會降低農民的生產效率，使其收入減少，從而陷入“惡性循環”之中。所以，關注“三農”問題，貫徹落實惠農政策，政府可以通過補貼的方式，向投入使用物聯網技術的養殖戶提供一定比例的資金補助，從而降低養殖戶的物聯網使用成本，提高農民使用先進技術的積極性。

4.2 深化“公司+農戶”合作模式

物聯網技術的推廣有助于家禽養殖業的發展。物聯網技術的使用成本較高，如果養殖戶無法承擔這一技術的應用成本，那么再好的技術設備也將被閑置。

因此，筆者建議溫氏深化“公司+農戶”養殖模式，利用溫氏集團雄厚的財務實力，為養殖戶提供融資渠道或者直接提供貸款，使養殖戶具備擴大養殖規模、購買物聯網設備的資本。此外，也可以采用物聯網設備租賃的方式，將折舊周期長的大型物聯網設備通過租賃的方式租借給養殖戶使用，既降低了養殖戶的使用成本，也給溫氏集團帶來了穩定的現金流，繼續維持共贏局面。

4.3 鼓勵小規模養殖場的合并

溫氏旗下的小規模養殖戶居多，所有養殖環節都依靠人工操作，使生產效率和利潤率較低，從而導致物聯網技術無法在小規模的養殖場內投入使用。養殖場的逐步擴大有利于形成規模經濟，促進物聯網的推廣使用。因此，溫氏可以鼓勵旗下的小規模養殖戶進行合并，從而擴大養殖規模，利用規模效應解決應用先進技術成本過高的問題。另外，小規模養殖場之間的合并也有利于溫氏對養殖戶的管理。

4.4 面向養殖戶建立物聯網使用培訓體系

首先，在物網技術的研發過程中，技術研發人員應當充分換位思考，從農戶的角度出發，設計符合農戶使用習慣、和農戶認知理解水平相匹配的相關技術，降低使用難度。

其次，面向養殖戶建立物聯網使用培訓體系，對新技術投入使用的具體操作、注意事項等一系列問題進行培訓指導，落實到每一位養殖戶，幫助他們克服接受新技術的障礙。

主要參考文獻

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篇2

【關鍵詞】水產養殖 物聯網 嵌入式系統 ZigBee

在名貴水產品育種和養殖中，除了餌料的準確投放外，對水質的要求也很高，水的溫度、溶氧量、氨氮濃度、渾濁度、PH值等參數的實時測量[1]和控制是一個十分關鍵的問題。有的參數容易獲得，比如水位高低[2]、渾濁程度肉眼就可以看到，有的參數，比如溶氧量、氨氮濃度、PH值，單憑經驗很難精確和實時的估摸，需要借助儀器才能測知。現在的做法是，養殖戶購買單獨的儀表分別測量某個參數，市售的儀表有手持式的PH計、溶氧計、氨氮計，雖然也出現了在線式的測量儀器，但是這些設備在使用上還是存在一些問題。手持式儀表雖然攜帶方便，但是不能長時間在線測量，只有用戶覺得水質異常時才主動監測，所以測量不及時。而現有的在線測量的儀表功能又比較單一，比如只能測量溶氧量或者氨氮量，用戶必須購買所有這些不同廠家生產的測量儀器然后分別得到測量的結果，不能實現長時間多參素的連續測控，并且需要人的頻繁的參與，不能滿足生產的自動化管理需求。為此，我們提出了物聯網技術為核心的水溫、溶解氧濃度等水體多環境因子自動監控系統[3]，能連續在線測量多個水體參數，并根據用戶對測量閾值的設定自動開啟或關閉水閥、增氧機等相關設備或報警。在測控單元還進行各參數的補償和數據處理，有效地提高了測量準確度和控制的時效性，另外根據用戶的要求增加了存放歷史數據的上位機。

一、ZigBee技術與物聯網

水產養殖戶需要隨時了解水池的物理狀況，也就是水塘各參數通過互聯網或者移動通信網呈現在用戶面前，其實就是物聯網技術的水產養殖應用。物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，通過各種有線通信、無線通信技術或者移動通信網絡與互聯網結合形成的一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制，在這種互連中，物聯網需要解決的是最后100米的問題，ZigBee[4]技術是目前公認的最后100米主要技術解決方案，它比現有的WiFi、藍牙等無線技術更加安全、可靠，同時由于其組網能力強、具備網絡自愈能力并且功耗更低，ZigBee無線技術的這些特點非常適合物聯網的發展要求。

ZigBee協議是在IEEE 802.15.4標準的物理層和媒介層基礎上增加網絡層和應用層組成的，網絡中的所有設備都擁有一個64位的IEEE地址，在多個微小的末端設備之間相互協調實現通信。這些末端設備只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個節點發送到另一個節點，以達到更大的測控范圍和更高的通信效率。作為物聯網主要支撐技術之一，ZigBee技術的主要應用領域包括智慧城市、工業自動化、數字家庭、醫療設備和農業應用等，在水環境參數監測中，對數據量和通信速度的要求并不高，采用ZigBee技術既發揮了該技術的優點，又滿足了測控需要，節省系統成本。

二、基于物聯網技術的水產養殖測控系統

（一）系統的網絡結構

水產養殖測控系統結構如圖1所示，由ZigBee無線網絡、有線以太網絡、GPRS移動通信網絡組成。ZigBee網絡采用星形拓撲結構[5]，由一個負責協調管理的匯聚節點和可擴展的若干個測控子節點組成，其中匯聚節點是無線網絡的控制核心，負責ZigBee網絡的建立、維護、路由等功能，它除具有ZigBee全功能設備（FFD）的電路和協議棧之外，還具有RS232串行通信電路，可以提供ARM的訪問和控制功能。測控子節點是一個包含單片機的ZigBee協議應用終端設備（RFD），它用來測量水體的各個參數或執行水塘維護設備的運行控制，它通過ZigBee無線網絡和匯聚節點通信，并經過匯聚節點和以太網絡或GPRS網絡間接接受用戶的遠程控制。

（二）網關的設計

網關包括ARM處理器、人機交互模塊、ZigBee通信模塊、GSM通信模塊、以太網通信模塊五部分構成。ARM處理器采用SAMSUNG公司的S3C2440A[6]，S3C2440A為用戶提供了面向移動終端應用的豐富外設、低功耗管理和低成本的配置。S3C2440A內嵌ARM920T 32位ARM內核，運行在200MHz，集成了支持640*480真彩色LCD控制器；支持低成本的NAND Flash并可從其直接啟動，支持SDRAM等存儲器件，四通道的定時器和三通道的PWM，三個UART控制器滿足了GSM模塊、ZigBee模塊的擴展以及開發過程中的串口調試的需求。

如圖2所示，主節點以S3C2440A為核心，通過片內存儲控制器外擴32MB的NAND Flash和64MB SDRAM構成存儲子系統，通過片內的LCD控制器和GPIO外擴640×480的TFT LCD和4個按鍵構成人機交互界面，通過片內UART外擴RS485通信電路，通過片內SPI接口外擴ZigBee模塊。ZigBee模塊以TI/Chipcon的CC2420單片ZigBee 無線收發電路構成，GSM模塊采用西門子TC35成品，保證了穩定性和可靠性，也降低了系統成本。

（三）測控節點的設計

測控節點以TI/Chipcon的CC2530單片ZigBee無線收發電路和各傳感器電路構成。CC2530是在CC2420的基礎上增加微控制器、A/D、DMA、AES協處理器、USART、RAM、Flash等電路組成的，它是完整的ZigBee片上系統，只需外接簡單的射頻匹配電路和天線即可實現一個ZigBee的FFD或RFD節點，并可外擴常規的傳感器電路和I/O量。本設計中，測控節點外擴了溫度傳感器、溶氧傳感器、PH值傳感器測量電路，控制節點外擴了水閥繼電器、加熱爐、增氧機等功率設備的啟停控制電路，其中水體測量和調控用的溫度傳感器、溶氧傳感器、PH值傳感器、加熱爐、增氧機等均采用水產養殖專用設備。

（四）軟件設計

網關主要負責ZigBee網絡的維護和管理，接受遠程PC機的調度和控制，并且可以響應測控室內用戶的按鍵操作，執行現場查詢控制任務，需要進行復雜的多任務處理，因此主節點的軟件采用基于uCLinux嵌入式操作系統[7]開發。在S3C2440處理器上移植uCLinux后，根據網關的功能需求，構建uCLinux驅動程序和應用任務、ZigBee組網任務、主節點與測控節點通信交互任務、遠程端口監聽任務、文件管理任務、按鍵任務等一系列應用，實現主控協調器軟件的全部應用功能。

測控子節點加電初始化后，先后關閉傳感器模塊、射頻模塊、內部時鐘進入休眠模式，由休眠模式定時器產生定時中斷信號來控制節點的測量工作，當設定的數據發送間隔時間達到后，定時器發送一個中斷信號喚醒測控節點，微處理器脫離休眠狀態進入工作狀態，恢復時鐘并打開傳感器和射頻模塊的功能，整個節點微處理器采集傳感器檢測到的數據進行A/D轉換及一些初步處理，按照設定的數據格式送入射頻模塊調制成射頻信號發送出去，匯聚節點接收這個信號再還原成數字量送給遠程監控計算機。

（五）系統的應用

受目前技術的限制，溶氧量傳感器價格昂貴，又需要定期維護，使用較為麻煩，PH值傳感器雖然相對便宜，但是也需要定期維護，只有溫度傳感器便宜并且很少需要維護，所以建議溶氧傳感器數量少些，只放置在魚群集中的地方、PH值傳感器和溫度傳感器的數量可以適當多一些。具體應用時，上位機放置在用戶方便操作的地方，網關安置在水池附近的測控室內，上位機和網關之間通過有線以太網通信，測控子節點根據養殖現場規模的大小安置在水體適當的位置，網關也通過GSM網絡和用戶的手機通信。測控節點定時測量并通過網關向上位機和手機發送一次傳感器數值，當測量到水溫或溶氧量偏低時，自動啟動相應設備進行補償，當水體PH值不正常時發出報警聲，手機會收到是否更換水質的提示，用戶只需要回復短信即可打開相應設備，借助本系統的再現測控功能，用戶可以及時處理險情，減少損失。

本系統采用物聯網技術和嵌入式系統控制技術，實現了水產養殖多個水體環境參數的實時測控，不僅避免了傳統的手工測定存在的耗時費力、數據不及時等弊端，還可以隨時了解數據的變化情況，并對環境參數進行自動控制，降低了水產養殖的投入成本和勞動強度，提高了生產效率，加快水產養殖業的商業化進程。產品在滿足水塘環境因子測控需求的同時，還可以用于其他工農業控制和通信產品中，具有明顯的技術優勢和市場推廣前景。

參考文獻：

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篇3

關鍵詞：管理系統；物聯網；無線傳感器

引言

我國是一個水產養殖大國，水產養殖產量對于增加養殖戶收入十分重要。利用現代“物聯網”技術，保持水的質量和養殖效率，體現科技在水產養殖中的作用，則成為未來的發展的必然。“物聯網”也被稱為“無線傳感器網絡”，它指的是海量的信息通過各種傳感設備，如射頻識別（RFID）設備、紅外傳感器、全球定位系統、激光掃描儀，或其它連接方法。農業和漁業的基于智能環境監測系統需要對水產養殖產量、效率、生態、安全、智能化等方面有較高的要求。本文設計建立了一套集在線收集、智能網絡、無線傳輸、智能處理、預警信息傳播的功能系統，意義重大。

1物聯網體系架構

物聯網（DCM）的基本結構分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層是基礎，這一層是由有能力感知事物和收集信息識別對象等設備成分構成，在這一層上負責實現全面的感知功能。網絡層集成各種通信網絡和互聯網使這層負責數據的感知分類、聚合、加工，并能可靠地傳輸。各種網絡應用層的技術和產業的專業知識相結合，提供各種各樣的不同的用戶的應用，如智能交通、環境保護、安全回家、工業監控、個人衛生、軍事偵察等。

2物聯網水產養殖管理系統的設計流程

在系統運行時，硬件設備首先進行自查，檢查是否存在硬件故障，如有，則通過GPRS用戶發送短消息。如果發現水中超出標準值的相應數據，則通過GPRS用戶發出警告，提醒用戶是否需要調整傳輸控制信息節點質量。用戶可以通過手機，電腦，在瀏覽器的平板電腦或PDA進行登記，實時查看相關信息，并確認是否發送控制信息。如果瀏覽器發送請求到服務器，則通過GPRS網絡服務器發送指示Zig-Bee網絡的水質參數以作為調整依據，如果未能發送控制信號或者服務器繁忙，則退出瀏覽器或者重新登錄瀏覽器訪問服務器。

3WEB開發的相關技術

3.1C/S模式體系架構3.1.1傳統C/S分為客戶機模式和服務器模式，如圖2所示由于客戶端管理難度的非均勻負載，加之如果對系統升級，需要對所有的客戶一一進行。這不僅使得應用軟件使用不變，還使得軟件維護成本越來越高。這導致了兩個問題：系統可擴展性降低和難以安裝，這樣的應用程序的兩層結構極大地制約了Internet/Intranet的環境下的實際發展。因此，人們提出了三層結構的客戶端服務器系統。3.1.2三層C/S模式三層思想的結構是基于三個相對獨立的應用程序的邏輯功能的應用程序，它被分成了不同程度的抽象的三個部分，分別在客戶端層，商業邏輯層，數據服務層，如圖3所示：三層模式的關鍵點是要分離的業務邏輯被提取時，構成中間層，從而形成一個分布式應用系統真實。在三層模型中，大大降低了用戶端的壓力，這種結構被稱為“瘦客戶端”模式。如下圖4所示：集中應用系統的服務器和所有的應用程序可以通過在客戶端執行的Web瀏覽器的開發。基于B/S結構它具有許多優點，例如：①具有薄的客戶端的特性；②可以跨平臺運行；③表示層到Web頁面中，當從服務器發送到客戶端，定義并在服務端完成數據庫管業務邏輯層物理客戶機的請求。B/S系統的三層結構具有許多優于傳統的C/S架構的優勢，在Internet中使用基于Web技術，結合傳統的控制理論，拓展傳統功能的監控應用，更加順應時展潮流，是代表技術發展的大勢所趨。

4系統的設計與實現

4.1MyEclipse簡介MyEclipse企業平臺（(MyEclipse企業工作臺，稱為My-Eclipse）是EclipseIDE，使用它的擴展，我們可以提高工作效率和應用程序服務器集成。它是一個功能豐富的J2EE集成的開發環境，包括完整的代碼、調試、測試和的HTML、支持、Struts、JSF、CSS、Javascript、SQL、休眠等腳本及功能。4.2數據庫設計4.2.1概念模型設計(E-R圖)E-R模型的基本概念：要構建E-R圖的概念實體關系模型，這使得它們從數據庫模型圖不同。一個E-R圖由不同的實體類型、關系、特征和類型組成。（1）實體：現實世界中的事物；（2）屬性：事物的特性；（3）聯系：在真實世界中的對象之間的關系。本系統的E-R圖如圖5所示：4.2.2數據庫表及關系建立根據這些步驟將創建一個數據庫，以便建立列表結構。（1）用戶基本資料表；（2）池塘信息表:（3）水質報警引用表。4.2.3詳細數據庫結構設計（1）用戶基本資料表：用戶基本信息表存儲在需要用戶登錄，或基本的信息來記錄用戶的登錄名、密碼，用戶基本信息表如表1所示：（2）池塘信息表：池塘的信息表存儲在農戶養殖水生物種，以及池塘水深和面積信息，有利于管理。池塘信息表如表2所示：3）水質參數報警參考表:水質參數表引用報警，存儲在水質標準及其不同的水生物種的參數，如果超過標準范圍自動報警用戶進行比較的水質參數。水質報警引用表如表3所示：4.3系統模塊詳細設計本系統主要分為三個系統功能模塊：用戶登錄模塊、模擬顯示模塊、后臺管理模塊。用戶登錄模塊主要實現登陸的注冊和農民變化的基本信息。可實現用戶登錄、用戶注冊、資料修改等相關功能；模擬顯示模塊主要負責將各項信息、參數及報警提示等，以模擬LED的方式進行顯示；后臺管理模塊主要負責對用戶信息、池塘傳感信息及各項參數進行管理和修改，最終完成對整體養殖監測系統進行管理和控制。

5結語

篇4

關鍵詞 水產養殖；水質調控；物聯網

中圖分類號 S959 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）18-0324-03

近年來，隨著我國水產養殖業的快速發展，漁業信息化技術漸漸走近漁民的養殖過程中，但是由于我國水產業的整體管理水平較低，生產規模相對較小，信息技術條件不健全，還不能及時、準確地對水產養殖過程進行智能化管理。然而，目前我國水產養殖業正處于由傳統漁業向現代化漁業轉變的歷史時期，抓住發展機遇、實現歷史性的跨越需要信息技術等高新技術作為技術支撐。可以說信息化、數字化注定是水產養殖業現代化的必經之路[1-2]。

物聯網是新一代信息技術，農業物聯網就是運用各類傳感器，采集大田種植、設施園藝、畜禽水產養殖和農產品物流等相關信息，通過建立數據傳輸和格式轉換方法，集成無線傳感器網絡、電信網和互聯網，實現農業信息的多尺度（個域、視域、區域、地域）傳輸；最后將獲取的海量農業信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現農業產前、產中、產后的過程監控、科學管理和即時服務，進而實現農業生產集約、高產、優質、高效、生態和安全的目標[3-4]。我國傳統自然養殖是以消耗自然資源、污染環境為代價的，隨著科技的發展，新型養殖技術在提高魚類產量和降低能耗、保護養殖環境等方面成效顯著。物聯網技術應用于水產養殖有重大的理論和現實意義，使水產養殖向大規模、高水平、高質量發展，降低了自然水產養殖所需的能源。

1 基本結構

根據傳感器布置的位置可以分為2種結構，傳感器直接擺放在池塘中的浸入式（圖1）和將池水從塘中抽出來到室內用傳感器測量的抽水式（圖2）。

基于物聯網的水產養殖水質監控技術結構如圖1所示。在池塘中安裝養殖環境傳感器，通過養殖環境傳感器實時采集數據，并通過組網內的終端zigbee傳輸到中心zigbee，再由中心zigbee傳輸到DTU，由DTU傳輸入服務器，通過TCP/IP將數據應用于用戶管理程序，如PC客戶端或者PDA。運行于服務器上的專家系統也可以對數據進行統計分析，根據要求進行實時預警、報警，再由Zigbee網絡向下傳送命令到水質參數調節節點，啟動增氧機、水泵等，調節水質。

基于物聯網的水產養殖水質監控結構如圖2所示，通過抽水裝置將池塘的水抽取通過傳輸水管抽取到室內，在室內用室內水質傳感器測量水質指數，將數據信息傳輸到DTU，由DTU傳輸入服務器，通過TCP/IP將數據傳輸到PC客戶端或者PDA。

通過實踐比較浸入式與抽水式，發覺浸入式可以實時測量傳輸水質指數數據，但是存在著傳感器容易被污染，需要用自動清洗裝置或者人工定時清洗，以達到清除誤差的作用；然而抽水式雖然可以方便地清洗傳感器，但是池水從塘中由管道抽取到室內，池水容易受到污染，一些重要的水質指標變化很大，水管易沉積藻類等，對測量結果會有影響，需要定期清洗水管。通過定時清洗維護都可以得到準確的水質指數數據，可以根據實際的情況選擇不同方式。

2 傳感器的選擇與布置

2.1 池塘水質在線監測指標選擇和水質傳感器

水質是養好魚的重要因素，水產養殖重要的水質指標有很多，比如溶解氧、水溫、氨氮、pH值、電導率等，因此需要選用合適的水質指標以及水質傳感器。

（1）pH值。魚類安全生長的pH值范圍為6～9，過高或過低都會對魚類生長造成損害。在低pH值的水環境中，魚類血液中的pH值也會相應下降，導致血液對于氧的承載能力降低，致使魚類缺氧，長時間低pH值會出現死魚現象；高pH值會影響魚的血液循環并腐蝕魚類皮膚。除此之外，pH值還會影響水體中氨氮的存在形式，從而影響魚類生長。水體中的氨氮以離子態氨與非離子態氨2種形式存在，其中非離子態的氨對于魚類的危害極大。當pH值升高時非離子態的氨所占比例將顯著增大[5-6]。

（2）水溫。各種魚類都有最適生長溫度，在適宜的溫度下，大部分魚類的新陳代謝都隨著水溫的升高而升高，攝食量增加，生長加快；但溫度過低或過高都會對魚類產生不良影響。另外，水中溶解氧的含量隨水溫的升高而降低，而魚類的新陳代謝加快使耗氧量增加，易產生缺氧現象；水中的細菌在溫度升高時更加活躍，這也間接影響了魚類的生長。因此，在循環水養殖中要對溫度進行準確的監控與控制。

（3）電導率。電導率是以數字表示溶液傳導電流能力。純水電導率很小，當水中含無機酸、堿或鹽時，電導率增加。因此，常用于簡單推測水中離子成分的總濃度。水溶液的電導率取決于離子的性質和濃度。

（4）氨氮。水體氨氮增加會抑制魚類自身氨的排泄，使血液和組織中氨的濃度升高，降低血液對氧的承載能力，使血液CO濃度升高。此外，NH3不帶電，具有較高的脂溶性和通透性，易透過細胞膜直接引起魚類中毒，出現呼吸困難，分泌物增多，并發生衰竭死亡，所以循環水養殖中要注意對于氨氮含量的控制。

（5）溶解氧。溶解氧是池塘水產養殖中最重要的水質因子，決定了魚類的生存、生長、病害控制，影響池塘養殖密度和成活率，是提高魚塘產量的關鍵因素，關系到池塘高密度養殖的成敗。

根據重要的水質指標選擇水質傳感器，但是水質傳感器的種類很多，有溶解氧傳感器、水溫傳感器、氨氮傳感器、pH傳感器、電導率傳感器等，不同品牌的傳感器價格不同，可以根據預算和池塘實際情況選擇不同的傳感器組合。

2.2 傳感器的布置

傳感器布置的位置與池塘的大小有著一定的關系，池塘過大的話，需要布置2～3套水質傳感器，一般情況，1 hm2的池塘布置15套傳感器。傳感器布置的深度根據池塘主養魚活動水層，如果主養魚類為中上層魚類，可以將傳感器布置在距離水面50 cm處。

2.3 智能表頭

傳感器連接到智能表頭上，智能表頭可以通過傳感器傳輸采集的電流結合溫度等參數按照公式計算數據，并且將這些信息轉換成更易于網絡傳輸的電信號。

3 設備供電

安裝在池塘邊需要供電的的設備有傳感器的表頭、Zigbee、設備控制的繼電器等，根據設備生產廠家、產品不同，電壓是220 V或者12 V，使用220 V電的設備可以連接養殖基地的電，然而12 V的電則需要220 V轉化為12 V的電壓電流轉化器，或者使用太陽能電池板，使用太陽能電池板既可以使用太陽能源、節省成本，也可以起到美觀的作用。

4 數據通信

從設備傳輸到服務器的通信方式很多，可以分為無線通信方式、有線通信方式，有線方式指的是每一個設備通過一根線連接DTU和傳感設備，雖然傳輸非常穩定，但是存在著線太多不容易布設、成本太高的問題；相比而言，無線的方式可以很好地解決布線的問題。采用無線的方式可以根據養殖基地和平臺運行中心之間的距離選擇使用Zigbee或者GPRS等。當養殖基地和平臺運行中心之間的距離較遠，使用GPRS，購買移動網絡運營商的通訊卡，利用移動網絡運營商的衛星傳輸數據，但是會產生一定的流量費用。當養殖基地和平臺運行中心之間的距離較近，而且之間沒有太多高大的障礙物，Zigbee是一種便捷的無線通信方式，而且有著使用靈活、安裝方便等優點，該文選擇介紹Zigbee傳輸。

4.1 Zigbee

通過Zigbee實現信息傳輸，但是由于從傳感器傳輸到Zigbee到DTU，每個設備都需要響應時間，以至于一個DTU上設備不能太多，一個Zigbee上連接的傳感設備數目不能太多，否則在一個網內不能實現。

不同的傳感器具有著不同的波特率，根據傳感器調好Zigbee的網絡設置，設置在同一個波特率頻段上。一個Zigbee上監測的傳感器數目太多，就不可以在一個網內實現，此時可以根據實情組網。所以需要調節好，探頭數目和傳感器監測時間、設備計算時間、響應時間之間的關系。數據刷新時間需要大于傳感器響應時間和設備計算時間，這樣才可以避免數據傳輸堆積，數據延時的現象。

4.2 Zigbee-DTU布線

從Zigbee到DTU的方式有很多種，可以用無線，也可以用有線。無線簡單便捷，可以有效減少線太多不容易布設、成本太高的問題，但是由于服務器在室內安放，然而Zigbee信號穿墻衰減，很容易引起不必要的信號終止；利用網線或者光纖的有線的布線方法可以保障信號的清晰，不受干擾，但是從池塘邊到達室內的服務器有一定的距離，工程量太大。選擇采用無線加上有線的布置方法，室外采用無線的方法，利用Zigbee的終端節點無線傳輸信號信息到Zigbee的中心節點，而從Zigbee的中心節點到DTU之間采用有線的布置，這樣的布法可以有效地減少工程的成本，也可以保障信號信息不受干擾。

Zigbee技術在水產養殖的應用中有很多的優勢：一是水產養殖具有季節性，由于該設備安裝方便，所以可在于養殖季節安裝，養殖結束后再將設備收入庫中，有利于減少設備的損壞和丟失；二是該設備對水質數據的采樣具有周期性，當不需要采樣時，設備可以處于睡眠狀態，降低了功耗，特別適合于野外長期作業；三是水質監測設備體積較小，使用靈活，安裝方便；四是ZigBee具有自組網、自恢復的能力，當其中某一節點出現問題時，其他節點可以再次自動加入網絡，具有很強的自恢復能力，所以通信是十分安全可靠的；五是ZigBee采用的是免費的公共通信頻段，具有低成本的特點。

5 自動控制

服務器對下需要對網絡資源進行認知，進而達到自適應傳輸的目的，完成信息的表達與處理，也可以達到自動控制與遠程控制的效果。傳感器測量出水質參數，按照設定的控制門限，根據軟件設定好的算法，對繼電器控制設備發出開啟或者停止的指令。以溶氧為例，當傳感器監測到溶氧低于4 mg/L時，發出命令，開啟增氧機，并將增氧機的開啟狀態傳輸給控制中心；當溶氧高于4 mg/L時，監控中心發出指令，關閉增氧機。

6 應用展示

物聯網的服務主要靠應用層體現，應用層主要完成應用展示、服務呈現的工作，展示出服務的狀態，包括手機客戶端軟件等。通過智能手機軟件來呈現水質狀況，按照設定的時間采集數據，將數據呈現在曲線圖上，也可以根據實際水質狀況，手動或者自動的采取打開水泵等措施。

7 討論

漁業水質監測技術在美國、英國、日本、荷蘭等國工業化養殖已有相當規模的應用。我國的水質監測技術較國際水平還有一段差距，但隨著我國經濟水平和科學水平的提高，水質監測技術也在迅猛的發展。針對我國水質監測急需應用自動化技術這一現狀，該文研究基于物聯網技術，通過池塘水質調控，建立基于物聯網的水產養殖水質監控集成技術實現方法，探索我國物聯網技術在池塘養殖中的具體應用，推進池塘養殖向信息化發展，有一定的研究和實用價值，對于減小池塘養殖風險，降低養殖成本，提高生產效益，有實際的意義。

8 參考文獻

[1] 張紅燕，袁永明，賀艷輝，等.池塘養殖水質監控系統設計與實現[J].農機化研究，2011（10）：63-65，69.

[2] 萬眾華，武云志.水質監測技術的應用解決方案[J].中國水利，2004（1）：32-33.

[3] 趙靜，宋剛，周馳岷，等.無線傳感器網絡水質監測系統的研究與應用 [J]. 通信技術，2008，41（4）：124-126.

[4] 張紅燕，袁永明，賀艷輝，等.水產養殖專家系統的設計與實現[J]. 中國農學通報，2011（1）：436-440.

篇5

關鍵詞：物聯網；水產養殖機械；應用；思考

中國是世界第一水產養殖大國，投餌機、增氧機等水產養殖機械在日常的漁業生產中得到了較為普遍的推廣與使用。近年來，隨著農業機械現代化的快速發展，物聯網技術也逐步實現了與水產養殖技術的融合。2015－2017年，江蘇省農機化服務站在組織實施省農機三新工程“基于物聯網技術的自動投飼增氧一體化系統試驗示范”項目的過程中，對當前物聯網技術在江蘇水產養殖機械上的研究情況進行摸底調研，并對未來技術的發展和應用前景進行分析。

1發展現狀

物聯網是新一代電子信息技術的重要組成部分，是利用互聯網或局域網等通訊技術把感知設備、控制設備、操作設備等聯在一起，實現遠程化、信息化、智能化控制的網絡,簡單理解就是人與人、人與物、物與物相連的網絡，是一種集計算機軟硬件技術、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術和無線通訊技術等為一體的復雜技術。當前，在機械化水產養殖領域，物聯網技術的典型應用主要體現在以下幾個方面：

1.1養殖水體的水質監測

主要是利用不同類型的水質傳感器,現場實時檢測pH值、溶解氧、氨氮、鹽度、亞硝酸鹽、硫化氫和水溫等影響水產品生長與發育的水質參數，并通過有線或無線等方式傳送到手持設備和服務器終端，供養殖人員進行參考，以便及時對水體進行管護，改善水質環境，提高養殖效率。

1.2水產養殖機械的自動化或遠程化控制

主要是利用自動控制理論按照養殖人員的設定，定時定量啟動和關閉投餌機、曝氣增氧機等設備，或是根據水質監測的數據按需控制增氧機、換水泵及補水泵的啟停，也有的是利用zigbee或6Lowpan等技術搭建無線網絡，由主控計算機集中對監測數據進行分析處理后，人工或自動發送遠程指令，對各類水產養殖機械的運行進行精確控制。

1.3水質水情的實時預警

主要是按照設定的具體數值構建預警模型，實時跟蹤監測養殖水體的水質水情變化與養殖設備的運行情況。當發生意外災害、水情驟變或漁機設備故障時，及時向主控計算機發送預警信號，并利用GSM/GPRS/CDMA等模塊向養殖人員發送提醒短信，確保各項應急措施能夠迅速啟動，從而保障漁業生產安全。

1.4水產養殖的決策指導和追蹤溯源

主要是利用高精度攝像等設備實時監控水產養殖的整個過程，并配合水質監測等系統，依托主控計算機和服務器，構建水質數據庫、飼料數據庫、種苗數據庫、氣象數據庫、養殖數據庫、魚病數據庫等，按照模糊推理和統計決策的理論對多源信息進行融合，形成不同需求的養殖方案和智能化管理決策系統；還可以在互聯網上對外進行，為遠程專家指導和產品安全監管及溯源提供技術平臺。

2存在問題

綜上所述，隨著農業現代化的發展，物聯網技術已經逐步實現了與機械化水產養殖的融合。但是，在實際的生產實踐中，大多數的水產養殖戶，特別是中小型養殖戶，對這些技術的應用積極性并不高，究其原因，主要有以下幾點：

2.1技術工程體量較大，示范效應難以體現

從走訪調研的情況看，目前江蘇水產養殖機械物聯網技術的示范應用主要集中在規模化水產養殖中心，依托省、市科技項目支持，聯合相關科研院所和高校完成。養殖系統通常由主控計算機進行控制，功能囊括水質水情監測、自動化精確投飼、智能水體增氧、遠程控制、實時預警和專家決策等多個模塊，整體工程體量較大，現代化程度較高。對于普通的中小型養殖戶而言，門檻過高，學習、復制難度較大，示范輻射效應不明顯。

2.2過于追求“私人訂制”，設備投資成本過高

目前，各地使用的物聯網水產養殖系統，大多是以項目形式，根據自身情況重新設計或在傳統水產養殖機械的基礎上改造完成，屬于訂制產品，無法規模化批量生成，也無法享受農機購置補貼政策。因此，設備制造成本和工程預算較高，超出了普通養殖戶的預期。

2.3缺乏統一的標準，產品定型和推廣難

眾所周知，在計算機技術和互聯網技術的發展初期，曾由于技術封鎖造成推廣困難，隨著一系列標準化協議的簽訂和友好接口的開放，市場才逐步走向繁榮。同樣，目前物聯網水產養殖技術尚處于起步階段，缺乏統一的行業標準，各研究院所和企業開發的物聯網裝備尚不能實現友好互通，很難定型推廣。如果對系統進行拆分，其中大多數裝備又屬于通用性電子設備，很難享受農機補貼政策。因此，目前除了溶解氧智能監控設備等水質監測儀外，基本上沒有其他成熟的物聯網漁業機械通過農機推廣鑒定。

2.4技術本身存在一定瓶頸，設備維護相對繁瑣

水產養殖機械物聯網技術和其他領域的物聯網技術一樣，核心技術主要包括感知技術、傳輸技術、處理技術和控制技術四大模塊。其中傳輸技術因通信工程的迅速發展相對成熟，加上農業物聯網中無線局域網的范圍相對較小，傳輸速率等要求也不高，基本上能夠滿足應用要求。而其他三項核心技術在實際使用和推廣中均存在一定問題。感知技術和控制技術的最大問題在于高靈敏度、智能化、小型化傳感器十分缺乏，這也是整個中國物聯網產業發展的瓶頸。目前，進口傳感器價格昂貴。國產傳感器產品制造工藝技術相對落后，品種少，質量較差，需要定期進行維護保養，還很容易損壞和出現檢測誤差，給養殖戶的日常使用帶來了很大麻煩。處理技術方面，隨著云計算和大數據的日益完善，技術本身已不存在大的問題，主要是缺乏相應的水產養殖研究人員，缺少數據積累和穩定的算法模型，智能決策尚不能對漁業生產形成科學有效的指導。

3思考與建議

雖然該技術在應用領域仍然存在一定的困難，但是在當前農業現代化高速發展的時期，高效化、智能化、節約化、精準化仍是農業機械化的發展方向。近年來，水產養殖業人力成本逐年增加，養殖效益下滑，集約化、規模化、現代化、科學化水產養殖經營逐漸成為發展趨勢，物聯網技術依靠其多技術融合的巨大優勢，理應在提高漁業生產效率、提升水產養殖管理水平、加強水產品質量監管力度等方面發揮出更重要的作用。為此，水產養殖機械生產企業和漁業物聯網研究機構應多從推廣應用的角度思考未來產業發展，逐步培養用戶群體，使物聯網技術在水產養殖領域創造更大的經濟效益和社會效益。

3.1豐富產品序列，控制銷售價格

農業機械的發展歷程是一個從簡到繁，從功能單一到復式作業的漸變過程，水產養殖機械物聯網技術發展也應如此。在跟蹤科技前沿的同時，也要豐富自身的產品序列，既要研究完善水產養殖智能化管理信息系統，也要加快對普通物聯網漁機的開發。如能夠定時定量投飼的投餌機、能夠檢測溶氧量不足并自動開啟的增氧機、能夠追蹤災害天氣并發送短信的預警器等。這些功能單一的水產養殖機械，能夠有效控制物聯網技術的運用成本，更符合普通養殖戶的實際需要，同時也更方便推廣鑒定，便于農機部門示范宣傳，逐步培養物聯網漁機的市場用戶。

3.2簡化操作模式，提高設備質量

目前的物聯網技術在水產養殖機械上的運用，絕大多數以主控計算機為中心構建管理系統，大多數的操作控制和信息、資料查詢都需要在計算機上完成，而傳感器等設備設施還需要定期進行清洗、養護，這對于當前科技意識差、文化素質低、接受新事物能力不強的農村勞動者和水產養殖戶而言，接受起來存在一定難度。因此，開發操作更加便捷的人機界面，研制精確度更高、靈敏度更強、可靠性更好、成本更低、安裝維護更加方便的傳感設備，解決自組織網絡和感知節點合理部署等共性問題，也成為物聯網行業必須解決的主要問題。

3.3加強產學研結合，搭建合作平臺

積極引進水產養殖、自動控制、農業機械、物聯網和信息化等方面專業人才，鼓勵企業與高等院校、科研機構通過委托研發、聯合研發、購買技術等多種方式進行合作交流，充分發揮各自的優勢作用，形成更加完善的水產養殖物聯網研究體系，建立更加緊密的產業技術聯盟和技術創新平臺，加快高新技術成果的轉化，為物聯網技術產品的批量生產、大規模應用提供技術支持，為更加科學、系統、高效的指導漁業生產提供支撐。

3.4建立統一標準，爭取政府扶持