一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统及其工作方法

1.一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：包括监测执行模块、数据传输模块、上位机监测平台以及移动终端；
所述监测执行模块设置在畜禽舍内，包括实时监测畜禽舍内环境因子的监测模块以及改善畜禽舍内环境的执行模块；所述检测模块包括温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器，每一种都具有多个，依据畜禽舍环境监测要求排布在畜禽舍内，所述执行模块为设置在畜禽舍内的湿帘、风机和日光灯，所述湿帘和风机分设在畜禽舍头尾两端，日光灯均匀布置于畜禽舍顶部；
所述数据传输模块为设置在监测执行模块以及上位机监测平台之间的用于两者之间信息交互的ZigBee无线传感网络，包括监测节点、控制节点、路由节点、协调节点及外围电路；所述监测节点与监测模块相连，用于采集信息；所述控制节点与执行模块相连，用于传输控制信号；所述路由节点用来实现对采集到的信息及时有效地转发、处理和分析；所述协调节点是整个网络的中心；
所述上位机监测平台对监测模块上传的信息进行分析、显示、存储以及控制，并根据分析结果下发控制信号并控制执行模块，包括实时显示模块、数据处理模块、数据存储模块、控制模块以及报警模块，所述数据处理模块包括一模糊控制器，由监测模块收集到的温度信号、湿度信号及氨气浓度信号在该控制器内依次经过模糊化、模糊控制规则推理、反模糊化，输出可由执行模块执行的精确值；
所述移动终端通过连接在上位机监测平台上的ATK-SIM900A模块实现对于畜禽舍实时监控数据的查询及对畜禽舍内异常情况的报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：所述ZigBee无线传感网络主控芯片为CC2530，所述外围电路选取基于CC2530芯片的SZ2模块，所述监测模块连接在SZ2模块上。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统，其特征在于：所述ZigBee无线传感网络与上位机监测平台之间连接有TCP/IP型网关，该网关与ZigBee无线传感网络之间无线连接，与上位机监测平台之间同时支持WiFi无线连接和RJ45接口有线连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所述数据存储模块采用Microsoft Access数据库存储监测模块上传的异常数据，所述异常数据采用按种类独立存储的方式进行存储。
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所述光照传感器采集的光强信号在上位机监测平台内利用阈值法对其进行单独控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监测系统，其特征在于：所述控制模块包括自动控制模式以及手动控制模式。
7.一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：信息采集：温度传感器、湿度传感器、氨气传感器及光照传感器按照一定的频率采集畜禽舍内的温度信号、湿度信号、氨气浓度信号及光强信号，并由ZigBee无线传感网络将其上传到上位机监测平台；
步骤二：数据融合：对于同一环境因子，在畜禽舍内分布多个同类型传感器，在不同位置对舍内的环境数据进行实时监测，在步骤(1)中同一时间同类型传感器上传的信号为由较多信号组成的信号组，该信号组在上位机数据处理模块内首先根据最优加权数据融合算法进行处理，最终得出一个环境因子估算值，各类型传感信号都经过该步骤转换成对应的环境因子估算值；
步骤三：数据控制：禽舍环境的模糊控制器采用三输入双输出的多维模糊控制算法，以温度估算值，湿度估算值，氨气浓度估算值为输入，以风机出风量和湿帘出水量为输出；模糊控制器对步骤(2)中计算出的各环境因子估算值进行模糊化处理，根据隶属度函数计算出其对应的变量论域上的隶属度值作为输入，然后根据模糊规则控制表中的模糊规则确定输出；光强信号估算值在数据处理模块中利用阈值法对其进行单独控制；
步骤四：指令输出：在模糊控制器内对该模糊输出量反模糊化，并将反模糊化后的精确值作为控制器输出量，即风机出风量和湿帘出水量，并由ZigBee无线传感网络下发至风机和湿帘，控制其工作。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统的工作方法，其特征在于：所述步骤二中优加权数据融合算法的具体步骤是：
(1)根据各监测节点的历史测量数据，计算得出监测系统中n个同类型传感器的方差分别是 同时假定某一个监测时刻需要估计的真值为x，且各监测节点在这一时刻的测量值为x1,x2,...,xn，且各个测量值相互独立；
(2)由公式 先求出
(3)将 的值代入公式 得出最优加权因子Wi；
(4)由公式 计算出融合时刻各监测节点测量值的算
术平均值
(5)通过以上步骤可知各监测节点的测量方差对其加权因子的大小有直接影响，融合所得结果的准确性与其有密切关系，利用真实测量值计算得出测量方差和最优加权因子，将各计算结果代入公式 中即可得出融合后的估算值
9.根据权利要求7所述的一种基于物联网技术的畜禽舍环境监控系统的工作方法，其特征在于：所述步骤三中模糊规则的设计过程，包括如下步骤，下述步骤中，NB、NS、ZO、PS和PB分别对应为负大、负小、零、正小和正大：
(1)根据畜禽舍工作人员的养殖管理经验，将输入量温度T的变化范围确定在[T1，T2]，其变量论域为{t1，t2，t3，t4}，T1(2)湿度H的变化范围可以确定在[H1，H2]，它的变量论域为{h1，h2，h3，h4，h5}，H1(3)输入量有毒气体浓度N的变化范围确定在[N1，N2]，有毒气体浓度的变量论域为{n1，n2，n3，n4，n5}；N1(4)根据畜禽舍的具体情况，将输出量风机出风量F变化范围定为[1，5]，它的变量论域为{1，2，3,4,5}，其对应的变量语言为{NB，NS，ZO，PS，PB}；将输出量湿帘出水量W的变化范围定为[0，2]，它的变量论域为{0，1，2}，对应的变量语言为{ZO，PS，PB}；
(5)根据畜禽舍管理人员的多年管理经验，建立模糊规则控制表。

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