养鸡物联网技术精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇养鸡物联网技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

[关键词]家禽；疫病；防控；物联网；使用意向

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.04.030

[中图分类号]TP393 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）04-00-03

0 引 言

随着我国经济的发展和家禽疾病的蔓延，家禽养殖业面临着严峻挑战，其升级成为了一个必然的趋势――加快推动传统家禽养殖向现代生产方式转型，从散养方式向集中规模化养殖转变，利用信息化技术提高畜禽养殖的质量及安全水平。而农业物联网的出现在一定程度上加快了家禽业生产的集约化、自动化、智能化和信息化发展。在欧美发达国家，农业物联网已成为畜牧养殖的重要组成部分，大量猪、牛、鸡等畜禽养殖实现了全程监控和实时监测，有效防控了家禽疫病的发生。2009年8月，提出建立中国传感信息中心的战略设想，为农业物联网的发展提供契机和动力。此后中央1号文件也多次提出要加大力度推广农业物联网的使用。

但近年来，农业物联网技术的推广遇到了障碍。企业和科研投入大量资源研发和推出物联网技术，如温氏集团成立的物联网研究中心，但这些新技术却得不到真正的应用。这个问题涉及养殖户的行为。因为养殖户是物联网技术的直接应用者，他们的使用意愿直接影响了物联网技术的推广。假设养殖户是一个理性经济人，那么养殖户作出经济行为选择时，必然考虑收益和成本问题。

因此，本文在了解家禽养殖疫病防控现状的基础上，运用养殖户行为、技术接受等理论，评估养殖户的物联网使用意向，找出影响使用意向的因素，从而为相关政策建议提供证据和参考，以推进物联网技术在家禽疫病防控领域的应用进程。

1 研究综述

农业物联网的应用范围包括农业动作物生产智能监控、农产品质量安全溯源体系建立、智能农机和农业信息传送等多个方面。学者对物联网在畜禽养殖监控和疫病防控方面的应用作出了相关研究。颜波提出，畜禽养殖的规模化让人工操作的弊端逐渐突显，农业物联网的出现为大规模高效管理提供了支撑。周茁 等通过研究，总结出了适用于我国生猪养殖的农业物联网体系结构，该结构包括育种繁育、数字化精细喂养、个体行为视频监测、疾病诊断、猪舍环境监控、粪便自动清理及无害化处理和综合应用7个应用模块。王海则基于牛羊养殖过程中的信息可追溯层面，提出通过给牛羊佩戴电子耳标实现一对一的电子建档，当发生疫情或畜产品质量等问题，就可以追溯到源头禽只。

纵观国内外相关文献，关于农业物联网在畜禽养殖方面应用的研究已有不少，并且得到了很多有价值的研究结论。但是从当前文献检索的结果来看，目前的研究大多数涉及猪、牛、羊和水产品的安全养殖领域，对养鸡的物联网应用探索很少。而且，大多数研究都是集中于研究技术的使用现状和前景，较少关注物联网直接使用者的行为和技术的使用意向，这关系到技术的推广可行性，是技术被充分应用的前提条件。因此，本文将基于前人的研究，利用对广东温氏集团实地调研采集的数据，分析目前物联网技术在家禽疫病防控方面的应用现状，同时对养殖户的物联网技术使用意向进行评估，并在此基础上提出相关的对策建议。

2 家禽养殖疫病防控与物联网应用

温氏集团在物联网技术的应用程度上具有一定的代表性。自1991年启动信息技术研究与应用以来，温氏应用物联网技术以协助生产养殖管理，实现现场的实时监控、环境自动检测、生产设备自动控制等，向着机械化、精细化、智能化迈进，这些技术在奶牛和生猪的养殖上应用广泛，例如：奶牛生理特征监测传感器项圈，实时监测奶牛的生理特征，实现奶牛期预测等异常行为判断，提升企业生产效率和现代化管理水平。

S着家禽养殖自动化和智能化进程的不断推进，温氏也加大了家禽智能化养殖的研发力度，如禽舍环境智能监控系统，并在养殖场设点应用和推广，将实用性强、效果好的技术设备通过补贴购买的形式推荐给养殖户使用。但调查发现，这些研发出来的物联网技术在家禽养殖领域的应用现状却远远比不上在猪羊养殖领域。

2.1 家禽安全溯源体系形同虚设

调查数据显示，目前大多数养殖场只能根据禽只的特征或特殊标记识别家禽，无法对家禽建立档案信息系统，构建家禽安全溯源体系。当家禽出现疾病时，无法及时和准确地追踪到疫病源头禽只，从而导致家禽疫病的扩散和蔓延。

为了进一步建设动物标志及疫病可追溯体系，实现重大家禽疫病及鸡肉产品质量安全事件的快速追踪，温氏已逐步向旗下养殖户推广使用电子脚环，但是该项技术只局限于二维码识别。二维码系统里记载的只是温氏产品的相关“广告”信息，和真正意义上的电子建档、信息可追溯相比还有很长的一段距离。

2.2 禽只个体实时监测无法实现

基于引种选育和日常养殖两个重要环节的实时监测现状，调查数据如图1所示。

在调查的养殖户中，有10.38%的养殖户认为自己的养殖场不能做到逐步淘汰异常禽只，达到净化禽群保证禽群优良的标准；剩余的89.62%则表示自己只能根据经验，通过人为观察禽只的行为变化和健康状况，淘汰异常禽只。

图2显示，几乎所有的养殖户都通过观察家禽的行为、精神状态和排泄物来辨别和发现异常禽只，在“公司+农户”的养殖模式下，41.51%的养殖户表示管理员定期对家禽进行抽检诊断也能帮助其及时发现异常禽只。

由此可见，养殖户在逐渐实现养殖的规模化，却还远远达不到规范化，由于养殖密度过大，养殖场不能对家禽个体进行实时监控，只能凭经验观察禽只，做不到实时监测和落实到每只禽只，因此不能及时检测发现病禽，为家禽疫病的滋长提供了机会。温氏技术人员反映，实现家禽养殖的个体体征智能监测及疫病预警诊断，需要投入大量的研究成本，并且家禽个体特征等原因也会阻碍该技术的应用。

2.3 鸡舍智能测控系统未能普及

温氏集团在改善鸡舍环境方面做出了重大的努力，加大了鸡舍智能测控系统的研发力度，并积极向养殖户推广使用，但似乎效果不佳。

表1的调查数据显示，目前养殖场主要是通过人为改善禽舍环境，如人为通风换气、调节禽舍光照温度等。这种方法适用于规模较小的养殖场，随着养殖规模的扩大，其弊端也逐步凸显。禽场人员配备和管理水平跟不上规模的增长，导致禽舍内空气卫生状况较差，氧气含量减少，空气中有毒气体、灰尘含量和随空气传播的病原微生物含量不断增加；加之不能及时监控和改善禽舍环境，从而导致禽群抵抗力下降，严重时将引发疫病。

尽管鸡舍智能测控系统已经在温氏集团开始推广使用，但被调查的养殖户中真正使用的仅有5.66%，表明该项技术未能普及。

2.4 家禽粪便处理设施落后

对家禽排泄物的清洁及处理是家禽饲养过程的重要环节之一。“一日一清洁， 一日一消毒”能在源头上杜绝病菌的传播，而对排泄物应该进行无害化处理，既有效回收利用又能达到环保的目的。

被调查养殖户表示，目前通过人工对家禽排泄物进行清洁。之前温氏集团向养殖户推广的粪便自动清理机器，由于成本过高、效果不明显而被搁置。而对于规模较大的养殖场来说，其人员配备少，难以做到每日清洁。

养殖户还表示，家禽排泄物堆积到一定量时统一由鸡屎厂或化肥厂收购，不存在直接丢弃、人为掩埋和人为焚烧等不正确的处理方法。但在排泄物从囤积到出售期间，病原菌不能有效地被杀灭，将长期藏匿于养殖场，提高了疫病爆发的可能性，也是家禽反复发病的原因之一。

3 养殖户的物联网使用意向分析

立足温氏集团“公司+农户”养殖模式的研究，运用养殖户行为理论，参考技术接受模型，通过李克特量表评估养殖户的物联网使用意愿。调查数据显示，有大约15.24%的养殖户对在养殖过程中投入使用物联网技术表示完全不同意，34.74%觉得比较不同意，28.78%觉得不确定，还有14.84%认为比较同意，仅有6.4%的养殖户表示完全同意。

由此可知，养殖户对使用物联网的意愿并不高。笔者通过分析量表的度量因素，发现影响养殖户的物联网使用意愿的主要因素是：感知易用性、养殖规模和使用成本。

3.1 感知易用性直接影响养殖户的物联网使用意愿

养殖户对使用物联网技术的难易程度的感知直接影响了其物联网使用意愿，感知易用性越大，则使用意愿越强。而掌握一项技术的难易程度很大程度上取决于使用者的理解能力、动手能力等，或是使用者接受新事物的能力。

养殖户温氏旗下的养殖户大多学历水平较低，对新兴事物的接受能力有限。如果一项新的技术在推广过程中存在使用难度和障碍，将会大大降低使用者的接受和使用意愿。将物联网技术应用与家禽养殖过程中，对于知识水平有限的养殖户而言，这一项技术是否容易操作，难度系数是多少，这都是养殖户会考虑的问题。

3.2 养殖规模越大，养殖户的物联网使用意愿越高

温氏旗下的养殖户养殖规模大小不一，而规模是影响其对新技术的使用意愿的主要因素。从养殖场的主观条件出发，大规模养殖场应用物联网技术的边际成本较小，有利于养殖户增加收益，而小规模养殖场不存在人员配备不足问题，其应用物联网技术的收益可能小于成本，所以小规模养殖户的使用意愿相对较低。

3.3 使用成本是制约养殖户使用物联网技术的主要因素

在调查过程中笔者发现，技术的成本是制约养殖户投入新技术的主要障碍，一项新的技术被采用，很大程度是由这项技术的应用成本和所获得收益的差额决定，即应用该技术所产生的经济效益具有导向作用。由于养殖场的选址有一定的要求，在物联网技术的应用上，养殖户除了要负担本身技术设备的成本，还承担着网络设施成本、技术使用培训成本等，这些成本都会让收入单一的养殖户不轻易投入使用一新技术。

4 在使用物联网防控家禽养殖疫病方面的建议

对温氏集团的案例分析发现，目前物联网应用于家禽养殖领域的现状并不乐观，家禽养殖疫病防控方面仍存在许多漏洞，养殖户的物联网使用意向不高。为促进物联网在家禽疫病防控环节的推广使用，提出以下建议。

4.1 政府提供技术补贴，落实惠农政策

生产的智能化和信息化是传统农业向现代化农业加速转变的重中之重。由于收入水平的限制，农民往往无力承担技术设备的投入成本，而先进技术设备的匮乏，又会降低农民的生产效率，使其收入减少，从而陷入“恶性循环”之中。所以，关注“三农”问题，贯彻落实惠农政策，政府可以通过补贴的方式，向投入使用物联网技术的养殖户提供一定比例的资金补助，从而降低养殖户的物联网使用成本，提高农民使用先进技术的积极性。

4.2 深化“公司+农户”合作模式

物联网技术的推广有助于家禽养殖业的发展。物联网技术的使用成本较高，如果养殖户无法承担这一技术的应用成本，那么再好的技术设备也将被闲置。

因此，笔者建议温氏深化“公司+农户”养殖模式，利用温氏集团雄厚的财务实力，为养殖户提供融资渠道或者直接提供贷款，使养殖户具备扩大养殖规模、购买物联网设备的资本。此外，也可以采用物联网设备租赁的方式，将折旧周期长的大型物联网设备通过租赁的方式租借给养殖户使用，既降低了养殖户的使用成本，也给温氏集团带来了稳定的现金流，继续维持共赢局面。

4.3 鼓励小规模养殖场的合并

温氏旗下的小规模养殖户居多，所有养殖环节都依靠人工操作，使生产效率和利润率较低，从而导致物联网技术无法在小规模的养殖场内投入使用。养殖场的逐步扩大有利于形成规模经济，促进物联网的推广使用。因此，温氏可以鼓励旗下的小规模养殖户进行合并，从而扩大养殖规模，利用规模效应解决应用先进技术成本过高的问题。另外，小规模养殖场之间的合并也有利于温氏对养殖户的管理。

4.4 面向养殖户建立物联网使用培训体系

首先，在物网技术的研发过程中，技术研发人员应当充分换位思考，从农户的角度出发，设计符合农户使用习惯、和农户认知理解水平相匹配的相关技术，降低使用难度。

其次，面向养殖户建立物联网使用培训体系，对新技术投入使用的具体操作、注意事项等一系列问题进行培训指导，落实到每一位养殖户，帮助他们克服接受新技术的障碍。

主要参考文献

[1]陈渝，杨保建.技术接受模型理论发展研究综述[J].科技进步与对策，2009（6）.

[2]何莲，凌秋育.农产品质量安全可追溯系统建设存在的问题及对策思考――基于四川省的实证分析[J].农村经济，2012（2）.

[3]李容，尹兴旺，蒋祖玲，等.“公司+农户”养禽模式的考察报告――汉川广东温氏家禽业的调查与思考[J].湖北畜牧兽医，2009（4）.

[4]王海.基于农业物联网的安全养殖探析[J].农业灾害研究，2015（1）.

[5]吴胜香，陈芳，吴胜峰.规模禽场禽流感的综合防控措施[J].国外畜牧学：猪与禽，2010（5）.

[6]徐海斌，王鸿翔，杨晓琳.现代农业中物联网应用现状与展望[J].江苏农业学，2013（42）.

[7]颜波，石平.基于物联网的水产养殖智能化监控系统[J].农业机械学报，2014（1）.

[8]张建华，赵璞，刘佳佳.物联网在奶牛养殖中的应用及展望[J].农业展望，2014（10）.

[9]E Spiesslmayr.Electronic Identification （RFID Technology） For Improvement of Traceability of Pigs and Meat[C]//European Conference on Precision Livestock Farming，2005.

篇2

【关键词】水产养殖 物联网 嵌入式系统 ZigBee

在名贵水产品育种和养殖中，除了饵料的准确投放外，对水质的要求也很高，水的温度、溶氧量、氨氮浓度、浑浊度、PH值等参数的实时测量[1]和控制是一个十分关键的问题。有的参数容易获得，比如水位高低[2]、浑浊程度肉眼就可以看到，有的参数，比如溶氧量、氨氮浓度、PH值，单凭经验很难精确和实时的估摸，需要借助仪器才能测知。现在的做法是，养殖户购买单独的仪表分别测量某个参数，市售的仪表有手持式的PH计、溶氧计、氨氮计，虽然也出现了在线式的测量仪器，但是这些设备在使用上还是存在一些问题。手持式仪表虽然携带方便，但是不能长时间在线测量，只有用户觉得水质异常时才主动监测，所以测量不及时。而现有的在线测量的仪表功能又比较单一，比如只能测量溶氧量或者氨氮量，用户必须购买所有这些不同厂家生产的测量仪器然后分别得到测量的结果，不能实现长时间多参素的连续测控，并且需要人的频繁的参与，不能满足生产的自动化管理需求。为此，我们提出了物联网技术为核心的水温、溶解氧浓度等水体多环境因子自动监控系统[3]，能连续在线测量多个水体参数，并根据用户对测量阈值的设定自动开启或关闭水阀、增氧机等相关设备或报警。在测控单元还进行各参数的补偿和数据处理，有效地提高了测量准确度和控制的时效性，另外根据用户的要求增加了存放历史数据的上位机。

一、ZigBee技术与物联网

水产养殖户需要随时了解水池的物理状况，也就是水塘各参数通过互联网或者移动通信网呈现在用户面前，其实就是物联网技术的水产养殖应用。物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，通过各种有线通信、无线通信技术或者移动通信网络与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，在这种互连中，物联网需要解决的是最后100米的问题，ZigBee[4]技术是目前公认的最后100米主要技术解决方案，它比现有的WiFi、蓝牙等无线技术更加安全、可靠，同时由于其组网能力强、具备网络自愈能力并且功耗更低，ZigBee无线技术的这些特点非常适合物联网的发展要求。

ZigBee协议是在IEEE 802.15.4标准的物理层和媒介层基础上增加网络层和应用层组成的，网络中的所有设备都拥有一个64位的IEEE地址，在多个微小的末端设备之间相互协调实现通信。这些末端设备只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点发送到另一个节点，以达到更大的测控范围和更高的通信效率。作为物联网主要支撑技术之一，ZigBee技术的主要应用领域包括智慧城市、工业自动化、数字家庭、医疗设备和农业应用等，在水环境参数监测中，对数据量和通信速度的要求并不高，采用ZigBee技术既发挥了该技术的优点，又满足了测控需要，节省系统成本。

二、基于物联网技术的水产养殖测控系统

（一）系统的网络结构

水产养殖测控系统结构如图1所示，由ZigBee无线网络、有线以太网络、GPRS移动通信网络组成。ZigBee网络采用星形拓扑结构[5]，由一个负责协调管理的汇聚节点和可扩展的若干个测控子节点组成，其中汇聚节点是无线网络的控制核心，负责ZigBee网络的建立、维护、路由等功能，它除具有ZigBee全功能设备（FFD）的电路和协议栈之外，还具有RS232串行通信电路，可以提供ARM的访问和控制功能。测控子节点是一个包含单片机的ZigBee协议应用终端设备（RFD），它用来测量水体的各个参数或执行水塘维护设备的运行控制，它通过ZigBee无线网络和汇聚节点通信，并经过汇聚节点和以太网络或GPRS网络间接接受用户的远程控制。

（二）网关的设计

网关包括ARM处理器、人机交互模块、ZigBee通信模块、GSM通信模块、以太网通信模块五部分构成。ARM处理器采用SAMSUNG公司的S3C2440A[6]，S3C2440A为用户提供了面向移动终端应用的丰富外设、低功耗管理和低成本的配置。S3C2440A内嵌ARM920T 32位ARM内核，运行在200MHz，集成了支持640*480真彩色LCD控制器；支持低成本的NAND Flash并可从其直接启动，支持SDRAM等存储器件，四通道的定时器和三通道的PWM，三个UART控制器满足了GSM模块、ZigBee模块的扩展以及开发过程中的串口调试的需求。

如图2所示，主节点以S3C2440A为核心，通过片内存储控制器外扩32MB的NAND Flash和64MB SDRAM构成存储子系统，通过片内的LCD控制器和GPIO外扩640×480的TFT LCD和4个按键构成人机交互界面，通过片内UART外扩RS485通信电路，通过片内SPI接口外扩ZigBee模块。ZigBee模块以TI/Chipcon的CC2420单片ZigBee 无线收发电路构成，GSM模块采用西门子TC35成品，保证了稳定性和可靠性，也降低了系统成本。

（三）测控节点的设计

测控节点以TI/Chipcon的CC2530单片ZigBee无线收发电路和各传感器电路构成。CC2530是在CC2420的基础上增加微控制器、A/D、DMA、AES协处理器、USART、RAM、Flash等电路组成的，它是完整的ZigBee片上系统，只需外接简单的射频匹配电路和天线即可实现一个ZigBee的FFD或RFD节点，并可外扩常规的传感器电路和I/O量。本设计中，测控节点外扩了温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器测量电路，控制节点外扩了水阀继电器、加热炉、增氧机等功率设备的启停控制电路，其中水体测量和调控用的温度传感器、溶氧传感器、PH值传感器、加热炉、增氧机等均采用水产养殖专用设备。

（四）软件设计

网关主要负责ZigBee网络的维护和管理，接受远程PC机的调度和控制，并且可以响应测控室内用户的按键操作，执行现场查询控制任务，需要进行复杂的多任务处理，因此主节点的软件采用基于uCLinux嵌入式操作系统[7]开发。在S3C2440处理器上移植uCLinux后，根据网关的功能需求，构建uCLinux驱动程序和应用任务、ZigBee组网任务、主节点与测控节点通信交互任务、远程端口监听任务、文件管理任务、按键任务等一系列应用，实现主控协调器软件的全部应用功能。

测控子节点加电初始化后，先后关闭传感器模块、射频模块、内部时钟进入休眠模式，由休眠模式定时器产生定时中断信号来控制节点的测量工作，当设定的数据发送间隔时间达到后，定时器发送一个中断信号唤醒测控节点，微处理器脱离休眠状态进入工作状态，恢复时钟并打开传感器和射频模块的功能，整个节点微处理器采集传感器检测到的数据进行A/D转换及一些初步处理，按照设定的数据格式送入射频模块调制成射频信号发送出去，汇聚节点接收这个信号再还原成数字量送给远程监控计算机。

（五）系统的应用

受目前技术的限制，溶氧量传感器价格昂贵，又需要定期维护，使用较为麻烦，PH值传感器虽然相对便宜，但是也需要定期维护，只有温度传感器便宜并且很少需要维护，所以建议溶氧传感器数量少些，只放置在鱼群集中的地方、PH值传感器和温度传感器的数量可以适当多一些。具体应用时，上位机放置在用户方便操作的地方，网关安置在水池附近的测控室内，上位机和网关之间通过有线以太网通信，测控子节点根据养殖现场规模的大小安置在水体适当的位置，网关也通过GSM网络和用户的手机通信。测控节点定时测量并通过网关向上位机和手机发送一次传感器数值，当测量到水温或溶氧量偏低时，自动启动相应设备进行补偿，当水体PH值不正常时发出报警声，手机会收到是否更换水质的提示，用户只需要回复短信即可打开相应设备，借助本系统的再现测控功能，用户可以及时处理险情，减少损失。

本系统采用物联网技术和嵌入式系统控制技术，实现了水产养殖多个水体环境参数的实时测控，不仅避免了传统的手工测定存在的耗时费力、数据不及时等弊端，还可以随时了解数据的变化情况，并对环境参数进行自动控制，降低了水产养殖的投入成本和劳动强度，提高了生产效率，加快水产养殖业的商业化进程。产品在满足水塘环境因子测控需求的同时，还可以用于其他工农业控制和通信产品中，具有明显的技术优势和市场推广前景。

参考文献：

[1]刘丽.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水质监测系统中的应用[J]. 安徽职业技术学院学报，2009，8（1）：14-17.

[2]袁国良，钟飞.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水位检测监控系统中的应用[J].水利技术监督，2008，（3）：31-33.

[3]朱祥贤， 卢素锋. ZigBee技术在水产养殖业中的应用[J]. 现代电子技术，2009，（23）：168-170.

[4]朱祥贤，葛素娟，卢素锋. 基于ZigBee技术的无线传感器网络应用方案[J]. 科技信息，2009，（35）：66-67.

[5]武永胜，王伟，沈昱明. 基于ZigBee技术的无线传感器网络组网设计[J]. 电子测量技术，2009，32（11）：121-124.

[6]张豪，杨春燕，汪筱阳. S3C2440A芯片及应用[J]. 电子设计工程，2011，19（24）：26-29.

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关键词：管理系统；物联网；无线传感器

引言

我国是一个水产养殖大国，水产养殖产量对于增加养殖户收入十分重要。利用现代“物联网”技术，保持水的质量和养殖效率，体现科技在水产养殖中的作用，则成为未来的发展的必然。“物联网”也被称为“无线传感器网络”，它指的是海量的信息通过各种传感设备，如射频识别（RFID）设备、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪，或其它连接方法。农业和渔业的基于智能环境监测系统需要对水产养殖产量、效率、生态、安全、智能化等方面有较高的要求。本文设计建立了一套集在线收集、智能网络、无线传输、智能处理、预警信息传播的功能系统，意义重大。

1物联网体系架构

物联网（DCM）的基本结构分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层是基础，这一层是由有能力感知事物和收集信息识别对象等设备成分构成，在这一层上负责实现全面的感知功能。网络层集成各种通信网络和互联网使这层负责数据的感知分类、聚合、加工，并能可靠地传输。各种网络应用层的技术和产业的专业知识相结合，提供各种各样的不同的用户的应用，如智能交通、环境保护、安全回家、工业监控、个人卫生、军事侦察等。

2物联网水产养殖管理系统的设计流程

在系统运行时，硬件设备首先进行自查，检查是否存在硬件故障，如有，则通过GPRS用户发送短消息。如果发现水中超出标准值的相应数据，则通过GPRS用户发出警告，提醒用户是否需要调整传输控制信息节点质量。用户可以通过手机，电脑，在浏览器的平板电脑或PDA进行登记，实时查看相关信息，并确认是否发送控制信息。如果浏览器发送请求到服务器，则通过GPRS网络服务器发送指示Zig-Bee网络的水质参数以作为调整依据，如果未能发送控制信号或者服务器繁忙，则退出浏览器或者重新登录浏览器访问服务器。

3WEB开发的相关技术

3.1C/S模式体系架构3.1.1传统C/S分为客户机模式和服务器模式，如图2所示由于客户端管理难度的非均匀负载，加之如果对系统升级，需要对所有的客户一一进行。这不仅使得应用软件使用不变，还使得软件维护成本越来越高。这导致了两个问题：系统可扩展性降低和难以安装，这样的应用程序的两层结构极大地制约了Internet/Intranet的环境下的实际发展。因此，人们提出了三层结构的客户端服务器系统。3.1.2三层C/S模式三层思想的结构是基于三个相对独立的应用程序的逻辑功能的应用程序，它被分成了不同程度的抽象的三个部分，分别在客户端层，商业逻辑层，数据服务层，如图3所示：三层模式的关键点是要分离的业务逻辑被提取时，构成中间层，从而形成一个分布式应用系统真实。在三层模型中，大大降低了用户端的压力，这种结构被称为“瘦客户端”模式。如下图4所示：集中应用系统的服务器和所有的应用程序可以通过在客户端执行的Web浏览器的开发。基于B/S结构它具有许多优点，例如：①具有薄的客户端的特性；②可以跨平台运行；③表示层到Web页面中，当从服务器发送到客户端，定义并在服务端完成数据库管业务逻辑层物理客户机的请求。B/S系统的三层结构具有许多优于传统的C/S架构的优势，在Internet中使用基于Web技术，结合传统的控制理论，拓展传统功能的监控应用，更加顺应时展潮流，是代表技术发展的大势所趋。

4系统的设计与实现

4.1MyEclipse简介MyEclipse企业平台（(MyEclipse企业工作台，称为My-Eclipse）是EclipseIDE，使用它的扩展，我们可以提高工作效率和应用程序服务器集成。它是一个功能丰富的J2EE集成的开发环境，包括完整的代码、调试、测试和的HTML、支持、Struts、JSF、CSS、Javascript、SQL、休眠等脚本及功能。4.2数据库设计4.2.1概念模型设计(E-R图)E-R模型的基本概念：要构建E-R图的概念实体关系模型，这使得它们从数据库模型图不同。一个E-R图由不同的实体类型、关系、特征和类型组成。（1）实体：现实世界中的事物；（2）属性：事物的特性；（3）联系：在真实世界中的对象之间的关系。本系统的E-R图如图5所示：4.2.2数据库表及关系建立根据这些步骤将创建一个数据库，以便建立列表结构。（1）用户基本资料表；（2）池塘信息表:（3）水质报警引用表。4.2.3详细数据库结构设计（1）用户基本资料表：用户基本信息表存储在需要用户登录，或基本的信息来记录用户的登录名、密码，用户基本信息表如表1所示：（2）池塘信息表：池塘的信息表存储在农户养殖水生物种，以及池塘水深和面积信息，有利于管理。池塘信息表如表2所示：3）水质参数报警参考表:水质参数表引用报警，存储在水质标准及其不同的水生物种的参数，如果超过标准范围自动报警用户进行比较的水质参数。水质报警引用表如表3所示：4.3系统模块详细设计本系统主要分为三个系统功能模块：用户登录模块、模拟显示模块、后台管理模块。用户登录模块主要实现登陆的注册和农民变化的基本信息。可实现用户登录、用户注册、资料修改等相关功能；模拟显示模块主要负责将各项信息、参数及报警提示等，以模拟LED的方式进行显示；后台管理模块主要负责对用户信息、池塘传感信息及各项参数进行管理和修改，最终完成对整体养殖监测系统进行管理和控制。

5结语

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关键词 水产养殖；水质调控；物联网

中图分类号 S959 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）18-0324-03

近年来，随着我国水产养殖业的快速发展，渔业信息化技术渐渐走近渔民的养殖过程中，但是由于我国水产业的整体管理水平较低，生产规模相对较小，信息技术条件不健全，还不能及时、准确地对水产养殖过程进行智能化管理。然而，目前我国水产养殖业正处于由传统渔业向现代化渔业转变的历史时期，抓住发展机遇、实现历史性的跨越需要信息技术等高新技术作为技术支撑。可以说信息化、数字化注定是水产养殖业现代化的必经之路[1-2]。

物联网是新一代信息技术，农业物联网就是运用各类传感器，采集大田种植、设施园艺、畜禽水产养殖和农产品物流等相关信息，通过建立数据传输和格式转换方法，集成无线传感器网络、电信网和互联网，实现农业信息的多尺度（个域、视域、区域、地域）传输；最后将获取的海量农业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农业产前、产中、产后的过程监控、科学管理和即时服务，进而实现农业生产集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标[3-4]。我国传统自然养殖是以消耗自然资源、污染环境为代价的，随着科技的发展，新型养殖技术在提高鱼类产量和降低能耗、保护养殖环境等方面成效显著。物联网技术应用于水产养殖有重大的理论和现实意义，使水产养殖向大规模、高水平、高质量发展，降低了自然水产养殖所需的能源。

1 基本结构

根据传感器布置的位置可以分为2种结构，传感器直接摆放在池塘中的浸入式（图1）和将池水从塘中抽出来到室内用传感器测量的抽水式（图2）。

基于物联网的水产养殖水质监控技术结构如图1所示。在池塘中安装养殖环境传感器，通过养殖环境传感器实时采集数据，并通过组网内的终端zigbee传输到中心zigbee，再由中心zigbee传输到DTU，由DTU传输入服务器，通过TCP/IP将数据应用于用户管理程序，如PC客户端或者PDA。运行于服务器上的专家系统也可以对数据进行统计分析，根据要求进行实时预警、报警，再由Zigbee网络向下传送命令到水质参数调节节点，启动增氧机、水泵等，调节水质。

基于物联网的水产养殖水质监控结构如图2所示，通过抽水装置将池塘的水抽取通过传输水管抽取到室内，在室内用室内水质传感器测量水质指数，将数据信息传输到DTU，由DTU传输入服务器，通过TCP/IP将数据传输到PC客户端或者PDA。

通过实践比较浸入式与抽水式，发觉浸入式可以实时测量传输水质指数数据，但是存在着传感器容易被污染，需要用自动清洗装置或者人工定时清洗，以达到清除误差的作用；然而抽水式虽然可以方便地清洗传感器，但是池水从塘中由管道抽取到室内，池水容易受到污染，一些重要的水质指标变化很大，水管易沉积藻类等，对测量结果会有影响，需要定期清洗水管。通过定时清洗维护都可以得到准确的水质指数数据，可以根据实际的情况选择不同方式。

2 传感器的选择与布置

2.1 池塘水质在线监测指标选择和水质传感器

水质是养好鱼的重要因素，水产养殖重要的水质指标有很多，比如溶解氧、水温、氨氮、pH值、电导率等，因此需要选用合适的水质指标以及水质传感器。

（1）pH值。鱼类安全生长的pH值范围为6～9，过高或过低都会对鱼类生长造成损害。在低pH值的水环境中，鱼类血液中的pH值也会相应下降，导致血液对于氧的承载能力降低，致使鱼类缺氧，长时间低pH值会出现死鱼现象；高pH值会影响鱼的血液循环并腐蚀鱼类皮肤。除此之外，pH值还会影响水体中氨氮的存在形式，从而影响鱼类生长。水体中的氨氮以离子态氨与非离子态氨2种形式存在，其中非离子态的氨对于鱼类的危害极大。当pH值升高时非离子态的氨所占比例将显著增大[5-6]。

（2）水温。各种鱼类都有最适生长温度，在适宜的温度下，大部分鱼类的新陈代谢都随着水温的升高而升高，摄食量增加，生长加快；但温度过低或过高都会对鱼类产生不良影响。另外，水中溶解氧的含量随水温的升高而降低，而鱼类的新陈代谢加快使耗氧量增加，易产生缺氧现象；水中的细菌在温度升高时更加活跃，这也间接影响了鱼类的生长。因此，在循环水养殖中要对温度进行准确的监控与控制。

（3）电导率。电导率是以数字表示溶液传导电流能力。纯水电导率很小，当水中含无机酸、碱或盐时，电导率增加。因此，常用于简单推测水中离子成分的总浓度。水溶液的电导率取决于离子的性质和浓度。

（4）氨氮。水体氨氮增加会抑制鱼类自身氨的排泄，使血液和组织中氨的浓度升高，降低血液对氧的承载能力，使血液CO浓度升高。此外，NH3不带电，具有较高的脂溶性和通透性，易透过细胞膜直接引起鱼类中毒，出现呼吸困难，分泌物增多，并发生衰竭死亡，所以循环水养殖中要注意对于氨氮含量的控制。

（5）溶解氧。溶解氧是池塘水产养殖中最重要的水质因子，决定了鱼类的生存、生长、病害控制，影响池塘养殖密度和成活率，是提高鱼塘产量的关键因素，关系到池塘高密度养殖的成败。

根据重要的水质指标选择水质传感器，但是水质传感器的种类很多，有溶解氧传感器、水温传感器、氨氮传感器、pH传感器、电导率传感器等，不同品牌的传感器价格不同，可以根据预算和池塘实际情况选择不同的传感器组合。

2.2 传感器的布置

传感器布置的位置与池塘的大小有着一定的关系，池塘过大的话，需要布置2～3套水质传感器，一般情况，1 hm2的池塘布置15套传感器。传感器布置的深度根据池塘主养鱼活动水层，如果主养鱼类为中上层鱼类，可以将传感器布置在距离水面50 cm处。

2.3 智能表头

传感器连接到智能表头上，智能表头可以通过传感器传输采集的电流结合温度等参数按照公式计算数据，并且将这些信息转换成更易于网络传输的电信号。

3 设备供电

安装在池塘边需要供电的的设备有传感器的表头、Zigbee、设备控制的继电器等，根据设备生产厂家、产品不同，电压是220 V或者12 V，使用220 V电的设备可以连接养殖基地的电，然而12 V的电则需要220 V转化为12 V的电压电流转化器，或者使用太阳能电池板，使用太阳能电池板既可以使用太阳能源、节省成本，也可以起到美观的作用。

4 数据通信

从设备传输到服务器的通信方式很多，可以分为无线通信方式、有线通信方式，有线方式指的是每一个设备通过一根线连接DTU和传感设备，虽然传输非常稳定，但是存在着线太多不容易布设、成本太高的问题；相比而言，无线的方式可以很好地解决布线的问题。采用无线的方式可以根据养殖基地和平台运行中心之间的距离选择使用Zigbee或者GPRS等。当养殖基地和平台运行中心之间的距离较远，使用GPRS，购买移动网络运营商的通讯卡，利用移动网络运营商的卫星传输数据，但是会产生一定的流量费用。当养殖基地和平台运行中心之间的距离较近，而且之间没有太多高大的障碍物，Zigbee是一种便捷的无线通信方式，而且有着使用灵活、安装方便等优点，该文选择介绍Zigbee传输。

4.1 Zigbee

通过Zigbee实现信息传输，但是由于从传感器传输到Zigbee到DTU，每个设备都需要响应时间，以至于一个DTU上设备不能太多，一个Zigbee上连接的传感设备数目不能太多，否则在一个网内不能实现。

不同的传感器具有着不同的波特率，根据传感器调好Zigbee的网络设置，设置在同一个波特率频段上。一个Zigbee上监测的传感器数目太多，就不可以在一个网内实现，此时可以根据实情组网。所以需要调节好，探头数目和传感器监测时间、设备计算时间、响应时间之间的关系。数据刷新时间需要大于传感器响应时间和设备计算时间，这样才可以避免数据传输堆积，数据延时的现象。

4.2 Zigbee-DTU布线

从Zigbee到DTU的方式有很多种，可以用无线，也可以用有线。无线简单便捷，可以有效减少线太多不容易布设、成本太高的问题，但是由于服务器在室内安放，然而Zigbee信号穿墙衰减，很容易引起不必要的信号终止；利用网线或者光纤的有线的布线方法可以保障信号的清晰，不受干扰，但是从池塘边到达室内的服务器有一定的距离，工程量太大。选择采用无线加上有线的布置方法，室外采用无线的方法，利用Zigbee的终端节点无线传输信号信息到Zigbee的中心节点，而从Zigbee的中心节点到DTU之间采用有线的布置，这样的布法可以有效地减少工程的成本，也可以保障信号信息不受干扰。

Zigbee技术在水产养殖的应用中有很多的优势：一是水产养殖具有季节性，由于该设备安装方便，所以可在于养殖季节安装，养殖结束后再将设备收入库中，有利于减少设备的损坏和丢失；二是该设备对水质数据的采样具有周期性，当不需要采样时，设备可以处于睡眠状态，降低了功耗，特别适合于野外长期作业；三是水质监测设备体积较小，使用灵活，安装方便；四是ZigBee具有自组网、自恢复的能力，当其中某一节点出现问题时，其他节点可以再次自动加入网络，具有很强的自恢复能力，所以通信是十分安全可靠的；五是ZigBee采用的是免费的公共通信频段，具有低成本的特点。

5 自动控制

服务器对下需要对网络资源进行认知，进而达到自适应传输的目的，完成信息的表达与处理，也可以达到自动控制与远程控制的效果。传感器测量出水质参数，按照设定的控制门限，根据软件设定好的算法，对继电器控制设备发出开启或者停止的指令。以溶氧为例，当传感器监测到溶氧低于4 mg/L时，发出命令，开启增氧机，并将增氧机的开启状态传输给控制中心；当溶氧高于4 mg/L时，监控中心发出指令，关闭增氧机。

6 应用展示

物联网的服务主要靠应用层体现，应用层主要完成应用展示、服务呈现的工作，展示出服务的状态，包括手机客户端软件等。通过智能手机软件来呈现水质状况，按照设定的时间采集数据，将数据呈现在曲线图上，也可以根据实际水质状况，手动或者自动的采取打开水泵等措施。

7 讨论

渔业水质监测技术在美国、英国、日本、荷兰等国工业化养殖已有相当规模的应用。我国的水质监测技术较国际水平还有一段差距，但随着我国经济水平和科学水平的提高，水质监测技术也在迅猛的发展。针对我国水质监测急需应用自动化技术这一现状，该文研究基于物联网技术，通过池塘水质调控，建立基于物联网的水产养殖水质监控集成技术实现方法，探索我国物联网技术在池塘养殖中的具体应用，推进池塘养殖向信息化发展，有一定的研究和实用价值，对于减小池塘养殖风险，降低养殖成本，提高生产效益，有实际的意义。

8 参考文献

[1] 张红燕，袁永明，贺艳辉，等.池塘养殖水质监控系统设计与实现[J].农机化研究，2011（10）：63-65，69.

[2] 万众华，武云志.水质监测技术的应用解决方案[J].中国水利，2004（1）：32-33.

[3] 赵静，宋刚，周驰岷，等.无线传感器网络水质监测系统的研究与应用 [J]. 通信技术，2008，41（4）：124-126.

[4] 张红燕，袁永明，贺艳辉，等.水产养殖专家系统的设计与实现[J]. 中国农学通报，2011（1）：436-440.

篇5

关键词：物联网；水产养殖机械；应用；思考

中国是世界第一水产养殖大国，投饵机、增氧机等水产养殖机械在日常的渔业生产中得到了较为普遍的推广与使用。近年来，随着农业机械现代化的快速发展，物联网技术也逐步实现了与水产养殖技术的融合。2015－2017年，江苏省农机化服务站在组织实施省农机三新工程“基于物联网技术的自动投饲增氧一体化系统试验示范”项目的过程中，对当前物联网技术在江苏水产养殖机械上的研究情况进行摸底调研，并对未来技术的发展和应用前景进行分析。

1发展现状

物联网是新一代电子信息技术的重要组成部分，是利用互联网或局域网等通讯技术把感知设备、控制设备、操作设备等联在一起，实现远程化、信息化、智能化控制的网络,简单理解就是人与人、人与物、物与物相连的网络，是一种集计算机软硬件技术、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术和无线通讯技术等为一体的复杂技术。当前，在机械化水产养殖领域，物联网技术的典型应用主要体现在以下几个方面：

1.1养殖水体的水质监测

主要是利用不同类型的水质传感器,现场实时检测pH值、溶解氧、氨氮、盐度、亚硝酸盐、硫化氢和水温等影响水产品生长与发育的水质参数，并通过有线或无线等方式传送到手持设备和服务器终端，供养殖人员进行参考，以便及时对水体进行管护，改善水质环境，提高养殖效率。

1.2水产养殖机械的自动化或远程化控制

主要是利用自动控制理论按照养殖人员的设定，定时定量启动和关闭投饵机、曝气增氧机等设备，或是根据水质监测的数据按需控制增氧机、换水泵及补水泵的启停，也有的是利用zigbee或6Lowpan等技术搭建无线网络，由主控计算机集中对监测数据进行分析处理后，人工或自动发送远程指令，对各类水产养殖机械的运行进行精确控制。

1.3水质水情的实时预警

主要是按照设定的具体数值构建预警模型，实时跟踪监测养殖水体的水质水情变化与养殖设备的运行情况。当发生意外灾害、水情骤变或渔机设备故障时，及时向主控计算机发送预警信号，并利用GSM/GPRS/CDMA等模块向养殖人员发送提醒短信，确保各项应急措施能够迅速启动，从而保障渔业生产安全。

1.4水产养殖的决策指导和追踪溯源

主要是利用高精度摄像等设备实时监控水产养殖的整个过程，并配合水质监测等系统，依托主控计算机和服务器，构建水质数据库、饲料数据库、种苗数据库、气象数据库、养殖数据库、鱼病数据库等，按照模糊推理和统计决策的理论对多源信息进行融合，形成不同需求的养殖方案和智能化管理决策系统；还可以在互联网上对外进行，为远程专家指导和产品安全监管及溯源提供技术平台。

2存在问题

综上所述，随着农业现代化的发展，物联网技术已经逐步实现了与机械化水产养殖的融合。但是，在实际的生产实践中，大多数的水产养殖户，特别是中小型养殖户，对这些技术的应用积极性并不高，究其原因，主要有以下几点：

2.1技术工程体量较大，示范效应难以体现

从走访调研的情况看，目前江苏水产养殖机械物联网技术的示范应用主要集中在规模化水产养殖中心，依托省、市科技项目支持，联合相关科研院所和高校完成。养殖系统通常由主控计算机进行控制，功能囊括水质水情监测、自动化精确投饲、智能水体增氧、远程控制、实时预警和专家决策等多个模块，整体工程体量较大，现代化程度较高。对于普通的中小型养殖户而言，门槛过高，学习、复制难度较大，示范辐射效应不明显。

2.2过于追求“私人订制”，设备投资成本过高

目前，各地使用的物联网水产养殖系统，大多是以项目形式，根据自身情况重新设计或在传统水产养殖机械的基础上改造完成，属于订制产品，无法规模化批量生成，也无法享受农机购置补贴政策。因此，设备制造成本和工程预算较高，超出了普通养殖户的预期。

2.3缺乏统一的标准，产品定型和推广难

众所周知，在计算机技术和互联网技术的发展初期，曾由于技术封锁造成推广困难，随着一系列标准化协议的签订和友好接口的开放，市场才逐步走向繁荣。同样，目前物联网水产养殖技术尚处于起步阶段，缺乏统一的行业标准，各研究院所和企业开发的物联网装备尚不能实现友好互通，很难定型推广。如果对系统进行拆分，其中大多数装备又属于通用性电子设备，很难享受农机补贴政策。因此，目前除了溶解氧智能监控设备等水质监测仪外，基本上没有其他成熟的物联网渔业机械通过农机推广鉴定。

2.4技术本身存在一定瓶颈，设备维护相对繁琐

水产养殖机械物联网技术和其他领域的物联网技术一样，核心技术主要包括感知技术、传输技术、处理技术和控制技术四大模块。其中传输技术因通信工程的迅速发展相对成熟，加上农业物联网中无线局域网的范围相对较小，传输速率等要求也不高，基本上能够满足应用要求。而其他三项核心技术在实际使用和推广中均存在一定问题。感知技术和控制技术的最大问题在于高灵敏度、智能化、小型化传感器十分缺乏，这也是整个中国物联网产业发展的瓶颈。目前，进口传感器价格昂贵。国产传感器产品制造工艺技术相对落后，品种少，质量较差，需要定期进行维护保养，还很容易损坏和出现检测误差，给养殖户的日常使用带来了很大麻烦。处理技术方面，随着云计算和大数据的日益完善，技术本身已不存在大的问题，主要是缺乏相应的水产养殖研究人员，缺少数据积累和稳定的算法模型，智能决策尚不能对渔业生产形成科学有效的指导。

3思考与建议

虽然该技术在应用领域仍然存在一定的困难，但是在当前农业现代化高速发展的时期，高效化、智能化、节约化、精准化仍是农业机械化的发展方向。近年来，水产养殖业人力成本逐年增加，养殖效益下滑，集约化、规模化、现代化、科学化水产养殖经营逐渐成为发展趋势，物联网技术依靠其多技术融合的巨大优势，理应在提高渔业生产效率、提升水产养殖管理水平、加强水产品质量监管力度等方面发挥出更重要的作用。为此，水产养殖机械生产企业和渔业物联网研究机构应多从推广应用的角度思考未来产业发展，逐步培养用户群体，使物联网技术在水产养殖领域创造更大的经济效益和社会效益。

3.1丰富产品序列，控制销售价格

农业机械的发展历程是一个从简到繁，从功能单一到复式作业的渐变过程，水产养殖机械物联网技术发展也应如此。在跟踪科技前沿的同时，也要丰富自身的产品序列，既要研究完善水产养殖智能化管理信息系统，也要加快对普通物联网渔机的开发。如能够定时定量投饲的投饵机、能够检测溶氧量不足并自动开启的增氧机、能够追踪灾害天气并发送短信的预警器等。这些功能单一的水产养殖机械，能够有效控制物联网技术的运用成本，更符合普通养殖户的实际需要，同时也更方便推广鉴定，便于农机部门示范宣传，逐步培养物联网渔机的市场用户。

3.2简化操作模式，提高设备质量

目前的物联网技术在水产养殖机械上的运用，绝大多数以主控计算机为中心构建管理系统，大多数的操作控制和信息、资料查询都需要在计算机上完成，而传感器等设备设施还需要定期进行清洗、养护，这对于当前科技意识差、文化素质低、接受新事物能力不强的农村劳动者和水产养殖户而言，接受起来存在一定难度。因此，开发操作更加便捷的人机界面，研制精确度更高、灵敏度更强、可靠性更好、成本更低、安装维护更加方便的传感设备，解决自组织网络和感知节点合理部署等共性问题，也成为物联网行业必须解决的主要问题。

3.3加强产学研结合，搭建合作平台

积极引进水产养殖、自动控制、农业机械、物联网和信息化等方面专业人才，鼓励企业与高等院校、科研机构通过委托研发、联合研发、购买技术等多种方式进行合作交流，充分发挥各自的优势作用，形成更加完善的水产养殖物联网研究体系，建立更加紧密的产业技术联盟和技术创新平台，加快高新技术成果的转化，为物联网技术产品的批量生产、大规模应用提供技术支持，为更加科学、系统、高效的指导渔业生产提供支撑。

3.4建立统一标准，争取政府扶持