引言

國內養(yǎng)豬產業(yè)正朝向規(guī)?；?、現代化方向發(fā)展，以高效的生產來應對日益增長的生產成本和波動的市場行情。與市場發(fā)展不相符的是大多數豬場的設施化、信息化水平亟待提高,影響整體養(yǎng)殖效益;養(yǎng)殖環(huán)境簡陋，不能提供適宜生長的環(huán)境,都對豬病預防不利；養(yǎng)殖設施水平落后，飼料配送主要是靠人工完成，勞動強度大，飼喂量控制靠飼養(yǎng)人員主觀經驗判定,導致飼料浪費；管理模式陳舊，總體管理水平低，大多利用人工記錄的方式，未建立信息化的管理模式。

農業(yè)物聯網是物聯網技術在農業(yè)生產經營管理中的具體應用，通過操作終端及傳感器采集各類農業(yè)數據，基于無線傳感器網、移動通信網和互聯網實現信息傳輸，實現對農業(yè)生產過程監(jiān)控、農業(yè)數據遠程采集和測量、農業(yè)遠程診斷等方面的信息化需求。農業(yè)物聯網目前尚處于起步階段，已有一些探索和成功應用案例，如農業(yè)環(huán)境監(jiān)測、溫室控制、節(jié)水灌溉、氣象監(jiān)測、產品安全與溯源、設備智能診斷管理等。

借鑒畜牧業(yè)發(fā)達國家的經驗，將傳統養(yǎng)殖設施和技術與物聯網相結合，集成自動飼喂器、發(fā)情監(jiān)測器、分離門等養(yǎng)殖設施與裝備，采集養(yǎng)殖環(huán)境參數和動物生理參數的傳感器技術、電子標簽與閱讀器等動物標識技術、移動終端及互聯網技術，所建立的母豬精細養(yǎng)殖管理物聯網平臺具備如下功能:

母豬耳標識別、基于電子標識的自動稱重、分群管理技術；

母豬生理參數和行為方式的監(jiān)測技術；

母豬個體的養(yǎng)分精確供給與自動飼喂技術。

1物聯網管理平臺的功能設計

1.1養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控

通過豬場養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統可對豬舍養(yǎng)殖環(huán)境進行監(jiān)測和控制，采集豬場養(yǎng)殖環(huán)境(如溫濕度、光照強度、大氣壓、氨氣氣體濃度、硫化氫氣體濃度等)參數，自動控制豬舍通風設備、光照系統、濕簾系統和加熱設備。圖1所示是一種豬場環(huán)境參數采集與傳輸方案。

環(huán)境參數傳感節(jié)點中的環(huán)境指標監(jiān)測傳感器和無線傳輸模塊，可根據環(huán)境指標的測定要求布置在豬舍內部和豬場主要廢氣排放點。傳感節(jié)點通過自組織的方式構成智能無線傳感網絡，把監(jiān)測到的相關環(huán)境參數數據實時地沿著節(jié)點多跳式進行傳輸發(fā)往基站?？刂破魍ㄟ^驅動電路得到被控設備的運行狀態(tài)，通過多跳的方式也發(fā)往基站?；緦⒈O(jiān)控數據以表格和曲線的形式通過串口發(fā)往監(jiān)控站點，用戶通過監(jiān)控站點對傳感器網絡進行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測任務，以查看監(jiān)測數據。

1.2母豬生理參數監(jiān)測

基于無線傳感網建立母豬生理參數監(jiān)測系統，采用傳感器有測量體溫、脈搏、呼吸的傳感器，給母豬佩帶無線傳感器節(jié)點，通過無線路由將采集信息(如體溫、脈搏、位置信息)收集到匯聚節(jié)點，再通過網絡傳送到服務器上，對其發(fā)情、健康狀況和疾病通過手機等移動終端進行實時預報、預警。

體溫是衡量動物健康狀況的重要參數，采用傳統方式測量家畜體溫存在操作不便及產生應激等困難。開發(fā)無線動物體溫測量系統，由溫度傳感器、溫度信號處理器和無線發(fā)射器構成，可遠程高精度獲得動物體溫信息。初步獲得的體溫傳感器，測溫靈敏度為0.2°C。

正確識別母豬正常發(fā)情是獲得母豬適期配種時間和提高其受胎率的技術關鍵。目前，大部分種豬場識別母豬發(fā)情僅依靠人工觀察的手段來完成。開發(fā)基于母豬行為方式的發(fā)情監(jiān)測系統，可有效減少母豬非生產繁殖的天數與投入的人工費用。

1.3母豬標識系統

母豬通過RFID耳標進行個體標識，具有識讀距離遠,靈敏度高，在運動中可正確讀取和安全性高等特點。RFID耳標可配合自動飼喂設備、自動稱重設備和其他設備，構成自動數據采集系統。如系統會自動讀取并記錄每頭生豬的電子標識號碼+采食量+體重等，傳送到電腦數據庫中。

RFID專用識讀設備根據外形和功能的不同，可以分為固定式通道識讀器、棒形和掌上電腦型識讀器。其中，固定式通道識讀器采用大型天線和交流供電，發(fā)射功率大，可安裝在生豬通道中，識讀距離可達50cm；棒形識讀設備是國外養(yǎng)殖場使用最廣的識讀設備，外殼采用高強度材料，達到工業(yè)等級，可靠耐用，更有大容量數據存儲功能和藍牙無線數據傳輸功能，可以識讀符合國際動物識別標準的所有類型電子標簽;掌上電腦型識讀器內置RFID讀寫模塊和GPRS通訊模塊,主要用于管理員巡視和獸醫(yī)操作。

2物聯網平臺設計

2.1平臺總體架構

母豬精細養(yǎng)殖管理物聯網平臺的總體架構可基于層次化方案設計，在系統層次之間設置標準軟硬件接口，提供完整的整體解決方案和開放性的事務性系統接口。圖2所示是豬場物聯網平臺的總體架構。

系統中的數據采集系統主要面向養(yǎng)殖場生產現場，是集成有無線傳感網、RFID、有線監(jiān)控系統、環(huán)境控制子系統等技術建立的數據采集平臺。平臺包括現場數據采集網絡、采集傳感裝置及采集設備接口，可以自由組網，匯總網絡內的各類相關傳感信息。

在數據匯聚系統中，數據經過融合、前端處理和匯總,根據不同現場條件，采用以太網、藍牙、Wi-Fi、3G網絡等多種數據接入方式，通過遠程方式來高速傳輸數據。

數據處理中心是遠端專門建立的數據處理中心，可接收各種海量傳感數據，并應用云計算、專家系統等技術形成數據處理、顯示、使用系統平臺，并提供快速有效的反饋功能。數據處理中心采用核心加密數據庫及算法，對外提供通用型數據處理接口和應用接口。

應用系統模塊可提供各業(yè)務系統管理軟件，包括養(yǎng)殖場管理系統、專家系統、獸醫(yī)監(jiān)測與治療系統等，是實現母豬精細養(yǎng)殖管理的綜合信息平臺。

2.2物聯網節(jié)點技術

針對數據采集系統的特點，無線傳感網設計采用如圖3所示的ZigBee方案。其中，ZigBee協調器是ZigBee網絡的核心，負責網絡的建立及數據存儲，同時具有ZigBee路由器的通訊功能，一個網絡中只能有一個協調器。協調器通過GPRS/3G通訊部件接入互聯網，將數據傳輸到云端服務器。ZigBee路由器負責通訊信息的中轉，在信息采集節(jié)點和協調器之間起聯絡作用。ZigBee路由器同時具有接入傳感器的功能，一個ZigBee網絡中，可以有多個路由器。系統中的信息采集節(jié)點攜帶ZigBee通訊部件,能自動尋找附近的ZigBee路由器，加入ZigBee網絡，并定時向網絡發(fā)送監(jiān)測數據。

2.3物聯網平臺軟件架構

豬場管理物聯網平臺的軟件基于SaaS架構，它是RFID、傳感器等物聯網技術與云計算、SaaS軟件技術的集成。

SaaS的前身是ASP（ApplicationServiceProvider，應用服務提供商）。在這種模式下，企業(yè)不需要購買硬件服務器、軟件系統和帶寬，只需要支付租用費，上網就可以享受到相應的硬件、軟件和維護服務，享有軟件使用權和不斷升級的服務。設計出色的SaaS應用具有可擴展性、多用戶高效性，而且可配置。確?？蛻魬门渲玫暮喴仔?，同時還不必為每項配置支付額外的開發(fā)或運營成本。SaaS平臺主要解決兩個方面的問題：

一是節(jié)點設備的互聯互通。物聯網架構中存在大量終端節(jié)點，需要建立統一的網絡連接規(guī)范。簡單對象訪問協議SOAP（SimpleObjectAccessProtocol）主要應用于TCP/IP的網絡環(huán)境，對于廉價、低功耗傳感器過于復雜。筆者選擇遠程過程調用RPC（RemoteProcedureCall）中間件技術，數據交換格式為JSON（JavascriptObjectNotation），在ZigBee網絡中實現數據無縫傳輸。

二是多租戶體系。多租戶技術在多用戶的環(huán)境下，共用相同的系統或程序組件，仍可確保各用戶間數據的隔離性，傳統的關系型數據庫未考慮多租戶應用。筆者選擇一種非關系型（NOSQL）的數據庫MongoDB,特點是高性能、易部署、易使用，存儲數據非常方便，并且是免費開源的。

2.4豬場管理信息軟件

在典型豬場業(yè)務分析的基礎上，可設計豬場生產管理系統框架，稱為“網上牧場”平臺。平臺基于物聯網技術和SaaS技術，可實現對母豬養(yǎng)殖數據實時采集監(jiān)控和信息管理，為獸醫(yī)部門提供遠程監(jiān)控和診斷手段，為管理者和投資者提供基于網絡的遠程數據監(jiān)控平臺，以便隨時掌握養(yǎng)殖狀況。

應用系統包括生產管理、繁殖育種、獸醫(yī)防疫、溯源管理、物料管理、報表管理等模塊。每個模塊可作進一步細分，如生產管理業(yè)務可以細分為基礎母豬/哺乳仔豬管理、基礎公豬的管理和豬群管理。豬群管理又可以分為斷奶豬群管理、生長豬群管理、育肥豬群管理等。圖4所示是該母豬精細養(yǎng)殖物聯網平臺應用系統的功能結構示意圖?？紤]到不同豬場生產規(guī)模和生產方式的差異，系統設計采用自頂向下的模塊化的設計，而在具體的編程中又采用了面向對象的程序設計方法。

3系統實施實例

該母豬精細養(yǎng)殖管理物聯網已在常州市康樂農牧有限公司實施。實際使用證明，應用溫度、濕度、照度、風速和氨氣濃度等傳感器建立的豬舍環(huán)境參數采集系統，可以為生豬提供良好的生存環(huán)境；為母豬和后備豬佩戴電子耳標，有利于快速識別豬群和豬只，實施數字化管理；基于嵌入式技術和無線局域網，開發(fā)手機、PDA等移動終端，實現豬場信息采集和生產管理等各項功能。記錄種豬的完整譜系、繁殖育種生產記錄，以及免疫、檢疫、豬病和投入品記錄等，構建母豬精細養(yǎng)殖數據庫。圖5所示是該母豬精細養(yǎng)殖物聯網系統節(jié)點示意圖。

圖6所示是該母豬精細養(yǎng)殖物聯網系統的軟件界面。

4結語

針對目前我國養(yǎng)豬業(yè)信息化應用水平低，信息化投入預算少，設施投資不足，數字化管理程度不高等實際情況，急需建立一個綜合性產業(yè)信息平臺。利用物聯網可自動、實時監(jiān)測動物的行為和健康狀況，對動物的發(fā)情、疾病、疫情等進行監(jiān)控和預警，以便能對養(yǎng)殖場環(huán)境、動物健康、養(yǎng)殖、繁殖情況進行實時監(jiān)控管理，實現自動化、智能化、現代化、可監(jiān)控的數字化養(yǎng)殖系統。

20211019_616ed4ac7eeb0__母豬精細養(yǎng)殖管理物聯網平臺的建立