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1系統總體方案設計

1．1系統總體方案

系統由感知層、傳輸層和應用層組成，總體方案如圖1所示。感知層主要包括相關傳感器以及相應的設備，用于采集現場的環境信息參數的采集;感知到的信息參數通過傳輸層上傳至應用層，為最終的應用服務。

1．2無線傳感器節點設計

傳感器節點是組成無線傳感器網絡的基本元素，本系統中傳感器節點結構如圖2所示。系統采用了統一的供電處理單元(市電、電池與太陽能可選)及基于IEEE802．15．4標準的傳感器模型的思想。其中，NACP為網絡應用處理器，TEDS為變送器電子數據表單。傳感器采集到的信息通過A/D轉換，經微處理器進行處理，通過NACP模塊將傳感器網絡與其它公網進行信息交互;同時，微處理器將信號經過D/A轉換送至光耦，最終對被控設備進行控制。

1．3智能管理模型設計

智能管理模型如圖3所示。模型的設計主要包括3個部分:基于WSN的數據采集、領域數據庫庫和知識庫、智能信息處理專家。將WSN采集到的數據通過領域數據庫和知識庫處理，最終建立環境預警與控制模型以及精細飼喂模型，為畜禽養殖的精準化預測和預警、餌料投喂的科學化和規范化管理提供理論基礎。

2簇型無線傳感器網絡設計

通信安全和能耗管理是組網方式需要考慮的兩個重要因素。對于實際應用環境，現場布線通常受到環境的制約，大多數情況下采用無線的方式。考慮采用分簇(分區域)的能量供應方式，每個簇的簇內節點采用太陽能板的供電方式，中心節點則采用市電供應能量。基于通信的穩定性和能耗，本文中采用簇型無線傳感器網絡設計，將畜禽養殖場進行分簇(分區域)組網，依據養殖品種(小豬和母豬)，按養殖場地進行分簇。全網分成多個簇團，每個簇團都有一個簇頭節點，由簇頭節點組成上一層傳輸網絡。在每一簇內采用特定的結構組網，簇內采用交叉雙鏈通信方式，各簇首之間采用自組網的結構進行組網。簇型無線傳感器網絡結構圖如圖4所示。交叉雙鏈通信方式如圖5所示。采用這一通信方式，有效地解決了在通信鏈路中某一傳感器節點出現故障而導致的整條鏈路通信失敗的情形，保證了通信的穩定性。

3效果與驗證

3．1網絡可靠性驗證

丟包率PLR(PacketLostRate)定義為數據幀丟失字節數與完整數據幀字節數之比。接收節點如果接收到的數據幀不完整，則說明存在丟包。本文中采用了簇型網絡結構，簇內采用交叉雙鏈通信方式。對丟包率進行測試，結果如圖6所示。由圖6可以看出:采用簇型組網方式，并且選用交叉雙鏈通信方式，丟包率有很大程度的降低，大大提高了網絡通信的穩定性。

3．2系統運行效果

監控中心計算機監控軟件用C#語言編程。監控系統軟件具有實時監控現場情況、保存歷史數據、對系統配置、提供幫助等功能。監控軟件界面圖如圖7所示。該養豬場由多個飼養棚組成，主要飼養對象為小豬和母豬。剛出生仔豬體溫調節中樞不全，缺乏體溫調節能力，對豬舍的環境要求很高。小豬豬舍的適宜溫度在22～30℃之間，濕度為60%～80%之間。通過控制界面可以調控至適宜溫度，主要是通過控制熱風爐和降溫設備來實現。2013年8月28日，自動控制模式下舍內平均溫濕度變化情況，如圖8所示。由圖8可以看出:小豬豬舍內的溫度在22～28℃之間，且波動比較小;濕度為60%～80%。

4結語

簡要介紹了基于物聯網的規模化畜禽養殖環境監控系統的設計方法，從組網方式和智能管理模型上進行了研究。將其應用到實際畜禽養殖環境中，結果表明，系統的穩定性和精準性有了明顯改善。1)采用簇型組網方式，系統的丟包率有很大程度的下降，網絡的穩定性有了很大程度的提高。2)通過智能化管理模型的建立，實現了畜禽養殖的精準化預測和預警、餌料投喂的科學化和規范化。由于規模化養殖的需要，對于現場環境的采集信息量比較大，所需傳感器數目和種類比較多，如何有效部署傳感器、保證網絡通信的穩定性，以獲得更精準更全面的環境信息，將有待于進一步的研究。

作者：張偉何勇劉飛阮艷鳳單位：嘉興學院機電工程學院 浙江大學嘉興市宏聯電子科技有限公司