畜禽物聯(lián)網(wǎng)理論、技術及應用PPT 第6章 設施畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)

設施畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)第6章6.1智慧養(yǎng)殖管理平臺 6.2

畜禽養(yǎng)殖APP 6.3物聯(lián)網(wǎng)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié) 6.4物聯(lián)網(wǎng)畜禽發(fā)情監(jiān)測 6.5物聯(lián)網(wǎng)畜禽稱重分欄6.6物聯(lián)網(wǎng)畜禽精準飼喂6.1智慧養(yǎng)殖管理平臺智慧養(yǎng)殖管理平臺是畜禽物聯(lián)網(wǎng)應用平臺，可以對養(yǎng)殖環(huán)境、畜禽和設施設備等實行智能管理，使畜禽養(yǎng)殖管理形成標準化模式，從而提高畜禽養(yǎng)殖效益。圖6-1所示為智慧養(yǎng)殖管理平臺的主要功能模塊。圖6-1智慧養(yǎng)殖管理平臺主要功能模塊6.1智慧養(yǎng)殖管理平臺智慧養(yǎng)殖管理平臺由多個既相互獨立又相互協(xié)調(diào)的系統(tǒng)組成，主要包括：1）智能傳感系統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境有高要求，養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量直接影響畜禽健康和產(chǎn)品品質(zhì)。不合理的溫濕度控制和過量有害氣體（如CO2、H2S、NH3）是導致畜禽疾病的主要原因。合理調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境是預防疾病傳播的關鍵。智能傳感系統(tǒng)的作用有兩方面：一是使用傳感器檢測環(huán)境是否適宜，包括氣體含量（如CO2、H2S、NH3）、溫濕度、噪音等指標；二是通過視頻監(jiān)控技術監(jiān)測畜禽活動，利用射頻識別技術識別個體，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。2）智能傳輸系統(tǒng)如圖6-2所示，智能傳輸系統(tǒng)主要運用4G/5G、NB-IoT、ZigBee、LoRa、RFID、Wi-Fi、藍牙等技術，連接無線采集節(jié)點、無線控制節(jié)點、無線監(jiān)控中心、無線網(wǎng)絡管理軟件等，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖信息自動傳輸功能。圖6-2智能傳輸系統(tǒng)6.1智慧養(yǎng)殖管理平臺3）智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)通過控制器與養(yǎng)殖設備相連，根據(jù)用戶預先設定的養(yǎng)殖環(huán)境指標、飼喂時間、飼喂用量等相關閾值，結(jié)合實時獲取的環(huán)境、畜禽、設備等信息，對養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)節(jié)設備（如加熱器、風機、濕簾）、飼喂設備等進行遠程自動控制，確保畜禽處在適宜的生長環(huán)境中，得到精細飼養(yǎng)。4）智能監(jiān)控管理系統(tǒng)智能監(jiān)控管理系統(tǒng)可以采用B/S（瀏覽器/服務器模式）或CS（客戶機/服務器模式）架構(gòu)，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)就能隨時隨地訪問該系統(tǒng)。智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能主要包括：（1）數(shù)據(jù)展示。養(yǎng)殖場的環(huán)境監(jiān)測傳感器通過無線通信模塊實時傳輸溫濕度、CO2濃度、NH3濃度等數(shù)據(jù)至智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，并以圖形、列表展示。RFID標簽攜帶畜禽信息上傳至系統(tǒng)，包括品種、出生時間、地點、防疫情況、飼料使用、飼喂次數(shù)，同時智能攝像頭提供實時監(jiān)控畫面，用戶可根據(jù)需要設定數(shù)據(jù)采集時間和頻率。（2）自動報警。在數(shù)據(jù)實時采集過程中，當發(fā)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境、畜禽或養(yǎng)殖設備等出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動報警。報警信息可以在系統(tǒng)界面顯示，也可以以短信的形式發(fā)送給管理人員，從而提高異常處理效率，減少損失。6.1智慧養(yǎng)殖管理平臺綜合來看，建設智慧畜禽養(yǎng)殖管理平臺，開展智慧畜禽養(yǎng)殖管理的意義主要體現(xiàn)在以下方面：（1）降低養(yǎng)殖成本：利用物聯(lián)網(wǎng)在養(yǎng)殖現(xiàn)場安裝智能監(jiān)測設備，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和設備控制，合理分配生產(chǎn)資料，提高資源利用率，降低生產(chǎn)成本。（2）提高生產(chǎn)效率：使用智能感知設備進行數(shù)據(jù)采集，通過無線通信技術傳輸數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)和云計算技術進行分析和處理，減少對人工操作的依賴，科學化管理和決策，提高生產(chǎn)效率。（3）增加產(chǎn)量：通過物聯(lián)網(wǎng)實施規(guī)?；I(yè)化、標準化畜禽養(yǎng)殖，實時監(jiān)測和調(diào)控養(yǎng)殖環(huán)境，利用自動喂料設備進行智能投喂，優(yōu)化基因配種，提高繁殖率，增加總體產(chǎn)量。（4）形成精準化養(yǎng)殖體系：利用技術替代人工操作，多維度對比養(yǎng)殖指標，建立畜禽養(yǎng)殖檔案數(shù)據(jù)庫，科學決策降低運營風險，提高養(yǎng)殖運營效率。（5）提高市場競爭力：將科技應用于養(yǎng)殖，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合科學養(yǎng)殖模式和質(zhì)量管理體系，打造高品質(zhì)畜產(chǎn)品，提高市場競爭力。（6）建立行業(yè)標準：掌握智慧養(yǎng)殖技術，積累生產(chǎn)數(shù)據(jù)，探索最佳環(huán)境標準，修正養(yǎng)殖經(jīng)驗，逐漸形成行業(yè)標準，推動畜禽業(yè)現(xiàn)代化進程。6.2

畜禽養(yǎng)殖APP畜禽養(yǎng)殖APP是畜禽物聯(lián)網(wǎng)中常見的應用，使養(yǎng)殖人員能夠通過智能終端遠程管理畜禽養(yǎng)殖活動，實現(xiàn)智能化、精細化管理，降低管理成本。用戶可連接APP與畜禽養(yǎng)殖管理系統(tǒng)服務器和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)查詢、管理畜禽業(yè)務的便捷操作。首頁展示功能模塊包括“畜禽管理”、“攝像監(jiān)控”、“環(huán)境監(jiān)測”和“智能控制”；數(shù)據(jù)頁面提供趨勢圖形式顯示畜禽管理和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)；消息頁面顯示環(huán)境及系統(tǒng)設備異常警報信息；管理人員可進行賬號管理和查看執(zhí)行歷史。畜禽養(yǎng)殖APP首頁如圖6-3所示。圖6-3畜禽養(yǎng)殖APP首頁畜禽養(yǎng)殖APP中的“畜禽管理”界面如圖6-4所示，畜禽管理模塊的功能包括“畜舍管理”、“消毒登記”、“配種登記”、“發(fā)病登記”、“免疫登記”和“生長測定”，點擊相應模塊可以進入具體的操作界面。畜禽養(yǎng)殖APP內(nèi)設有智能算法，通過輸入畜禽編號即可快速檢索該畜禽的信息，頁面上方實時顯示今日畜禽總數(shù)和今日屠宰總數(shù)。6.2

畜禽養(yǎng)殖APP圖6-4“畜禽管理”界面6.2

畜禽養(yǎng)殖APP“環(huán)境監(jiān)測”界面顯示所監(jiān)測養(yǎng)殖區(qū)域的溫度、濕度、二氧化碳、氨氣四項參數(shù)的數(shù)據(jù)，如圖6-5所示，通過“選擇設備”可以篩選需要顯示的參數(shù)，點擊相應參數(shù)可以查看該參數(shù)的數(shù)據(jù)變化趨勢圖。圖6-5“環(huán)境監(jiān)測”界面6.2

畜禽養(yǎng)殖APP監(jiān)控攝像設備實時獲取畜禽養(yǎng)殖場監(jiān)控畫面，可以在APP界面進行顯示，如圖6-6所示，通過“選擇畜舍”可以篩選需要顯示的畜舍監(jiān)控畫面，點擊相應監(jiān)控畫面進入下一級頁面可以選擇具體的監(jiān)控設備，查看該設備采集的監(jiān)控信息。圖6-6“攝像監(jiān)控”界面通過“智能控制”模塊控制畜禽養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)節(jié)設備和飼喂設備，也可以設定相關閾值，如圖6-7所示。6.2

畜禽養(yǎng)殖APP圖6-7“設備控制”界面畜禽的生長狀態(tài)和產(chǎn)品品質(zhì)受多種因素影響，其中環(huán)境因素如空氣溫濕度、氣體濃度、光照強度、通風率和噪聲等對其影響最為顯著。傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖管理依賴人工參與，數(shù)據(jù)采集和記錄主要由養(yǎng)殖人員完成，缺乏系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)存儲和管理設備，養(yǎng)殖環(huán)境調(diào)節(jié)也依賴人力。由于智能化水平低，養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；M程較慢，對經(jīng)營和產(chǎn)品質(zhì)量的全面管控有限。物聯(lián)網(wǎng)是推動畜禽養(yǎng)殖信息化的關鍵技術，通過綜合應用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測環(huán)境和生長狀態(tài)，以及利用云服務平臺進行遠程調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境，可以顯著提升養(yǎng)殖效益。1.環(huán)境及生長狀態(tài)監(jiān)測在畜禽生長過程中，適宜的環(huán)境對其健康至關重要。畜舍的通風狀況、光照強度、溫濕度以及噪音水平都會影響畜禽的生長狀態(tài)。例如，通風不良和氣體濃度過高可能引發(fā)疾病，而極端的溫濕度和過量噪音也會增加患病風險。因此，提高畜舍環(huán)境監(jiān)測水平是科學環(huán)境調(diào)節(jié)的前提，也是保障畜禽健康的關鍵。通過在畜舍內(nèi)安裝環(huán)境監(jiān)測傳感器，監(jiān)測溫度、濕度、CO2、H2S、NH3、光照等指標。采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸至云服務平臺，在后端管理平臺進行可視化展示，通過平臺或APP查詢，養(yǎng)殖人員可以實時了解畜舍環(huán)境數(shù)據(jù)，方便管理。同時，在畜舍內(nèi)安裝視頻監(jiān)控設備監(jiān)控設備運行狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，及時通知管理人員。視頻監(jiān)控還可觀察畜禽狀態(tài)，為判斷環(huán)境狀況、生長情況和診斷疾病提供依據(jù)。所有數(shù)據(jù)存儲在云服務平臺，結(jié)合養(yǎng)殖經(jīng)驗總結(jié)科學養(yǎng)殖方法，有利于提高養(yǎng)殖水平。這些數(shù)據(jù)也可用于溯源環(huán)節(jié)，推動畜禽溯源體系建設。6.3物聯(lián)網(wǎng)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)2.畜舍環(huán)境調(diào)節(jié)畜舍環(huán)境調(diào)節(jié)設備自動控制結(jié)構(gòu)圖如圖6-8所示，環(huán)境調(diào)節(jié)設備（如加熱器、濕簾、風機、開窗機等）通過云服務平臺的智能控制系統(tǒng)與畜舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)相連，實現(xiàn)設備聯(lián)動控制。結(jié)合養(yǎng)殖標準和實際養(yǎng)殖情況，養(yǎng)殖人員可以設定環(huán)境參數(shù)閾值，當環(huán)境參數(shù)數(shù)值超出閾值范圍時系統(tǒng)自動報警，同時啟動相應的環(huán)境調(diào)節(jié)設備，合理調(diào)節(jié)畜舍環(huán)境，當環(huán)境恢復理想狀態(tài)時，系統(tǒng)控制設備停止運行。養(yǎng)殖人員可以從PC端或手機APP了解環(huán)境信息和設備運行的狀態(tài)，接收報警信息，也可以對系統(tǒng)連接的環(huán)境調(diào)節(jié)設備進行遠程控制。6.3物聯(lián)網(wǎng)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)圖6-8畜舍環(huán)境調(diào)節(jié)設備自動控制結(jié)構(gòu)圖畜禽發(fā)情監(jiān)測是畜禽養(yǎng)殖中的重要環(huán)節(jié)，對畜禽繁育性能、企業(yè)經(jīng)濟效益有直接影響。監(jiān)測、確定畜禽的發(fā)情行為，及時配種，能夠有效發(fā)揮畜禽的繁殖能力，提高生產(chǎn)經(jīng)營效益。與人工觀察相比，物聯(lián)網(wǎng)在畜禽發(fā)情監(jiān)測的效率、準確性方面具有明顯優(yōu)勢。以下以母豬發(fā)情監(jiān)測為例，說明物聯(lián)網(wǎng)在畜禽發(fā)情監(jiān)測方面的具體應用。物聯(lián)網(wǎng)母豬發(fā)情監(jiān)測系統(tǒng)主要由智能耳標、傳感器模塊、智能網(wǎng)關、通信模塊、智能控制設備組成。主要監(jiān)測指標包括母豬的體溫、運動量及其與公豬的接觸頻率。（1）體溫監(jiān)測：使用RFID電子耳標對母豬進行個體標識，通過接觸式體溫檢測傳感器或紅外熱像儀測量體溫。數(shù)據(jù)實時傳輸至服務器，系統(tǒng)設定的閾值超過時，自動發(fā)出警報。養(yǎng)殖人員可通過手機、電腦隨時獲取母豬的體溫信息，結(jié)合其他生理信息判斷是否發(fā)情。（2）運動量監(jiān)測：利用加速度傳感器或紅外探測器實時測定母豬的行為變化，數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器。當運動量達到發(fā)情狀態(tài)標準時，服務器提醒養(yǎng)殖人員查看，因為發(fā)情期母豬采食量降低，活動更為活躍。（3）接觸頻率監(jiān)測：分離飼養(yǎng)公豬與母豬，設置接觸窗并在周圍布置監(jiān)測裝置。每頭母豬佩戴RFID電子耳標，當靠近接觸窗時，系統(tǒng)記錄接觸時間和頻率。服務器在信息超過閾值時自動標記母豬，并通知養(yǎng)殖人員，提示進行發(fā)情鑒定。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可綜合監(jiān)測母豬的體溫、運動量、對公豬的敏感程度等指標，判斷母豬是否處于發(fā)情期，并通過遠程報警方式提醒養(yǎng)殖人員啟動母豬配種流程。監(jiān)測數(shù)據(jù)由管理終端集中管理，可形成母豬發(fā)情期生理指標趨勢圖，建立生理參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為辨別母豬發(fā)情提供參考數(shù)據(jù)。6.4物聯(lián)網(wǎng)畜禽發(fā)情監(jiān)測智能稱重分欄系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)感知技術，結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和機械控制技術，實現(xiàn)畜禽的自動稱重和分欄。系統(tǒng)設備包括RFID電子耳標、RFID讀寫器、稱重傳感器、紅外光電傳感器、可編程邏輯控制器（PLC）、稱重欄和管理終端，通過無線網(wǎng)絡傳輸信息。其中，RFID讀寫器、稱重傳感器、紅外光電傳感器安裝在稱重欄內(nèi)，管理終端具備信息輸入、數(shù)據(jù)存儲、顯示、遠程控制和報警功能。該系統(tǒng)廣泛應用于豬、牛、羊等畜禽養(yǎng)殖管理，滿足規(guī)?；B(yǎng)殖場對精細化管理的需求。以肉牛稱重分欄為例，每頭豬、牛佩戴RFID電子耳標，將肉牛身份信息寫入耳標。養(yǎng)殖人員在管理終端輸入分欄體重標準。肉牛進入稱重欄時，紅外光電傳感器采集位置信息，傳輸至管理終端后發(fā)布指令關閉欄門。稱重傳感器采集體重信息，受系統(tǒng)誤差、振動、踩動等影響，需通過數(shù)據(jù)處理算法減小誤差。RFID讀寫器在稱重時讀取耳標信息，通過無線網(wǎng)絡傳輸至管理終端。管理終端結(jié)合體重標準確定肉牛分區(qū)，向控制器發(fā)布指令實現(xiàn)智能分欄。數(shù)據(jù)傳輸至管理終端后，系統(tǒng)自動進行體重數(shù)據(jù)分析，便于養(yǎng)殖人員精細化飼喂管理。管理終端發(fā)布指令控制整個系統(tǒng)，校正故障。6.5物聯(lián)網(wǎng)畜禽稱重分欄圖6-9肉牛自動稱重分欄流程6.5物聯(lián)網(wǎng)畜禽稱重分欄隨著優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品市場需求量不斷增加，畜禽飼養(yǎng)模式逐漸向精細化方向轉(zhuǎn)變，依據(jù)畜禽成長階段和身體狀況的不同，通過數(shù)據(jù)采集傳輸計算技術、精準飼喂控制技術開展科學精準飼養(yǎng)，對于滿足畜禽營養(yǎng)需求、提高養(yǎng)殖效益具有明顯作用。1.精準飼料配方設計在畜禽養(yǎng)殖中，為了避免營養(yǎng)不良或過剩，提高飼料使用效率，應采用大數(shù)據(jù)和云計算技術進行精準飼料配方設計。通過采集畜禽品種、生長周期、日常采食量、體重等信息，制作品種和生長周期對應的采食量變化趨勢圖和體重變化趨勢圖。利用云計算分析數(shù)據(jù)，得出每畜禽正常生長所需的營養(yǎng)成分。基于初步試驗數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)技術進行分析處理，總結(jié)出營養(yǎng)成分與飼料種類及用量的對應關系，通過紅外飼料分析儀檢測飼料中的營養(yǎng)成分含量，實現(xiàn)精準飼料供給。同時，建立飼料調(diào)配的數(shù)學模型，使養(yǎng)殖人員能夠迅速、準確地進行科學飼養(yǎng)，即使不具備專業(yè)知識也能完成飼料配制工作。2.精準飼喂系統(tǒng)精準飼喂系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、信息采集模塊、通信模塊和飼喂設備，并連接數(shù)據(jù)處理平臺。該系統(tǒng)通過控