畜牧业智能养殖系统项目解决方案

基于物联网技术的畜牧业智能养殖系统

解

决

方

案

湖北鑫兴禾科技有限公司

2015年12月

目录

一、概述 (3)

1.1畜牧业养殖的现状 (3)

1.2畜牧业智能养殖系统的总体目标 (3)

1.3设计原则 (3)

二、畜牧业智能养殖系统 (4)

1.1畜牧业智能养殖系统建设内容 (5)

1.2体系结构 (5)

三、畜牧业智能养殖系统解决方案 (6)

1.1 畜牧业智能养殖系统 (6)

1.1.1禽舍内环境信息的采集与自动控制系统 (6)

1.1.2 通信组网设计 (10)

1.1.3 畜牧业智能养殖应用系统 (11)

四、系统项目组织成员 (13)

五、项目施工周期 (16)

六、项目报价总计 (17)

八、售后服务与技术支持 (21)

一、概述

1.1畜牧业养殖的现状

我国现代畜牧业养殖是一种“高投入、高产出、高效益”的集约化产业。资本密集型和劳动集约化是其基本特征。这种集约化的产业耗费了大量的人力和自然资源，并在某种程度上对环境造成负面影响。使用物联网可以有效降低资源消耗，并减少对环境的影响，使畜牧业养殖成为管理科学、资源节约、环境友好、效益显著的产业。加快物联网技术在当下畜牧业养殖建设中的应用已成为我国畜牧业养殖业发展的必然选择。

目前，我国针对新时期不断出现的食品安全新问题，已提出了构建安全战略框架的构想，其中一个重要的构建原则就是可追溯性原则。建立禽产品安全性全系统是确保食品安全的关键。以现在信息化技术为手段，实现禽产品从养殖场到屠宰场，从屠宰场到超市，从超市到市民餐桌的全程、有效监管。食品安全关系到国民最基本的生存需求，利用先进的物联网技术来提升禽产品安全的管理意义重大。

1.2畜牧业智能养殖系统的总体目标

本项目由畜牧业智能养殖系统构成。

畜牧业智能养殖建设目标是：

畜牧业饲养场环境的智能化监测是当今畜牧业养殖业发展的重要方向,它推动着粗放式、低效的养殖业向知识型、技术型、现代化的高效畜牧业养殖业转变。与此同时也必然对养殖环境特别是禽舍环境方面提出了更高的要求。采用物联网技术通过智能感知、识别与普适计算、泛在网络的融合，来大幅提升畜牧业饲养效率、能源节约、防疫检疫水平，在实现自动化、智能及安全管理的同时创造最大的经济和社会效益。

1.3设计原则

畜牧业智能养殖系统的建设须坚持“先进性、实用性、开放性、标准化、可靠性、稳定性、安全性、易维护性、可管理性”的设计原则。

（1）先进性：采用先进的思想、成熟的技术与设计方法，符合当前潮流与未来发展趋势，以便跟上信息技术的发展，具有较强的生命力，具有长期使用价值。

（2）实用性：建设的核心目的就是“应用”，须坚持实用的设计原则，紧紧围绕市场食品安全的实际需求。在能够满足畜牧业智能养殖及全程溯源系统建设要求的前提下，以尽可能以少的投入，取得尽可能大的效益。

（3）开放性：具有良好的开放性和兼容性。

（4）标准化：应符合业界主流标准与规范，包括基础架构与各个应用系统的系统集成与标识数据整合，均遵循标准化原则，不依赖特定的网络、系统软件与硬件，能够部署并运行在各种主流的软硬件环境中，解决目前该领域系统软件不兼容的问题。

（5）可靠性：畜牧业智能养殖系统支撑着整个食品生产销售链的管理与监督，必须具有高可靠性、高容错性和强大的数据处理能力，以确保不间断运行、确保局部出错不影响整体、确保快速响应。

（6）稳定性：必须具有良好的稳定性，保证持续运行时间长、故障间隔大、无故障时间长。

（7）安全性：畜牧业智能养殖系统涉及到从“养殖到餐桌”的大量敏感数据，安全运行至关重要。必须构建全方位、多层次、完善的安全保障体系，在保证物理安全和网络安全的基础上，保证数据安全。

（8）易维护性：畜牧业智能养殖系统涉及从养殖、防检疫、加工、销售到餐桌食用众多环节，数据量、信息量巨大，对系统的稳定性和可靠性有重大考验，因此必须坚持易维护的设计原则，确保结构清晰、操作简单、维护方便。

（9）可管理性：应具有高可管理性，使得系统管理员和运行维护人员的管理简便快捷，降低运行维护费用。

综上，畜牧业智能养殖涵盖食品安全的诸多方面，应进行统一规划、承前启后、分步实施。

二、畜牧业智能养殖系统

畜牧业智能养殖系统是一项系统工程，涉及物联网及信息技术的各个层面。建设应遵从“顶层设计，分步实施，边建边用边完善”的原则。首先提出总体解决方案，确定畜牧业智能养殖的体系结构，以及各系统之间的接口规范。

1.1畜牧业智能养殖系统建设内容

基于物联网技术的畜牧业智能养殖系统建设内容包括：

（1）禽舍内环境信息采集和自动控制建设（传感层）：实时监测禽舍内温度、湿度、光照强度、氨气浓度、硫化氢浓度和二氧化碳浓度。布置监测节点、构建无线传感网络、安装禽舍内自动控制执行机构；

（2）通讯组网连接（传输层）：搭建有线通信和无线通信相结合的综合组网方式，实现数据的短距离传输和长距离中继功能；

（3）畜牧业智能养殖应用系统建设（应用层）：由精细饲养子系统、能耗控制子系统、疾病防检子系统和粪便清理子系统组成；

（4）畜牧业智能养殖信息管理平台建设：进行数据的采集、存储、处理、分析、接口、运维。具备海量数据存储和大规模计算性能。支撑远程及智能终端的查询、管理和控制；

1.2体系结构

通过以上分析，完善的畜牧业智能养殖系统体系结构和应用解决方案，如图所示：

三、 畜牧业智能养殖系统解决方案

1.1 畜牧业智能养殖系统

畜牧业智能养殖系统主要实现：禽舍内环境信息的采集与自动控制；禽舍内的信息及数据经无线传感网、有线传输方式、无线传输方式进行汇集、存储；再由畜牧业智能养殖信息管理平台进行统一地分析、处理，支持远程查询、管理和控制；从而实现禽舍内环境监测、精细饲养、节能减排、疾病检防和粪便清理等功能；奠定覆盖从养殖到消费的全程质量安全的基础。具体如下：

图1.系统主要构成

1.1.1禽舍内环境信息的采集与自动控制系统

根据禽舍环境的特点，本方案主要对以下几个对鸡生长影响较大的环境参数进行重点的自动化监控：温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、氨气浓度、粉尘控制和视频图像。ZigBee 传感器节点采集前七项环境参数，在禽舍内构建无线传感网，由禽舍内环境信息控制器（根据禽舍内具体设备情况由湖北

畜牧业智能养殖系统

水、电、节能

疾病检防

粪便再生利用

饲料节能

综合管理中心

数据信息中心

无线网络布置

有线网络布置

内部环境自动

监

鑫兴禾科技有限公司基于嵌入式技术进行专项开发）进行各传感器数据的汇总与分析，并根据预先设定参数阈值对禽舍内风机等设备进行自动控制，调节禽舍内环境。

图2.禽舍内环境信息的采集与自动控制子系统

一、温度监测

温度在鸡的生长过程中起着至关重要的作用。如果温度过低，鸡容易受凉而引起拉稀或产生呼吸道疾病等；小鸡为了取暖容易造成扎堆，影响采食和活动，造成伤残，严重时会造成大量死亡。雏鸡生长的最适温度，随日龄的增加而下降，1日龄为34.4～35℃，此后有规律的下降，到十八日龄为 26.7℃，32 日龄为18.9℃。因此，适宜的温度控制是养鸡场成败的关键。

考虑到畜牧业养殖场特殊的现场环境,传感器应该满足以下条件:传感器的特性参数与被检测量的线性相关程度好,易于测量,精度高；误差小,老化慢,对检测信号以外的物理量不敏感；耐机械、化学和热作用；结构简单,造价低,体积小。拟定测量范围:-55～+l25摄氏度,测量精度:士0.5%摄氏度。

二、湿度监测

养鸡场不仅要保持合适的温度，适宜的湿度也同样重要，湿度太高，有利于

病原性真菌、细菌和寄生虫的生长繁殖。在高湿的环境下，鸡的机体抵抗力下降，发病率增加，容易传染病得蔓延，死亡率升高。高温高湿的环境还容易使饲料霉败，可使雏鸡群爆发曲霉菌病。湿度过低，容易造成鸡的羽毛生长不良。

本方案在畜舍现场环境采用陶瓷湿度传感器。它利用微细孔分布的金属氧化物陶瓷主体吸附水分后,导电性质发生变化的原理制成的,具有性能稳定、体积小、灵敏度高和测量范围宽等优点,特别适合在畜舍恶劣的环境下使用。拟定测量范围:O～100%RH,测量精度:2%RH(0～1OO%RH,25摄氏度),非线性误差士0.5%RH,响应时间:155(25摄氏度及空气缓慢流动环境下)。

三、光照度监测

光照的强度和畜禽的健康息息相关，自然光中含有紫外线，适量的光照能够杀死细菌病毒等，而且还能促进畜禽对钙、磷的吸收，保证骨骼的正常发育等等。然而，如果过强的光照会使动物身体温度过高，影响动物正常的新陈代谢等活动，可见光照度的监测是必要的。

选用具有较高灵敏度、测量精度高、安装方便、价格低廉的感光探测器。

四、二氧化碳浓度监测

鸡舍中二氧化碳浓度过高，会导致鸡舍中氧浓度过低，鸡舍缺氧，引起慢性毒害作用，使鸡食欲下降，体质减弱。因此，实时准确地监测鸡舍内二氧化碳，构建鸡舍二氧化碳信息采集网系统，对于提高蛋鸡的生产能力、降低发病率和死亡率具有重要的意义。

考虑到禽舍中二氧化碳气体的浓度比较大,根据系统气体采样的要求,采用根据比尔定律和气体对红外线的选择性吸收原理设计的二氧化碳分析仪进行二氧化碳监测。

五、硫化氢浓度监测

禽舍内空气中的硫化氢主要来自含硫有机物（垫草、粪尿和饲料等）的分解。较高的硫化氢对畜牧业和人都有危害。因此对畜舍养殖环境进行硫化氢浓度的监测显得尤为必要。

根据本方案的整体要求，本方案选择电化学气体传感器。要求具有良好的灵敏度、简单的驱动电路、长使用寿命、易于标定、安装和调试。

六、氨气浓度监测

氨气属于碱性物质，其溶解度很高。它常被吸附或溶解在畜禽的黏膜、潮湿

的墙壁和地面上，对皮肤组织有强烈的刺激和腐蚀性，它会破坏细胞膜的结构。鸡在短期内吸入少量的氨气，可以被体液所吸收，最终变成尿素被排出体外，但在一定程度上会降低鸡的体质；鸡若生长在高浓度氨气环境中，身体组织会直接受到强烈的刺激，引起皮肤组织灼伤，使组织溶解、坏死，还能引起中枢神经系统麻痹，中毒性肝病、心肌损伤等病症。

由于本方案氨气传感器主要用于畜舍内部，环境湿度较大，又要考虑到成本问题，因此，将选用电化学式氨气传感器。要求驱动电路简单、良好的灵敏度和长使用寿命、数据易于传输读取，适合多数场合的安装和拆卸。

七、粉尘控制

禽舍内的粉尘来源于谷物，垫料，羽毛，排泄物和微生物等，是病毒、细菌、真菌孢子等有机物质的载体，同时可能携带有害气体和臭气。粉尘微粒过多会影响鸡的采食、增重和生产性能，使机体的免疫力降低，患上各种呼吸系统疾病，严重影响畜禽生产效益。粉尘危害工作人员的健康,研究表明，粉尘会引起呼吸困难、哮喘、粉尘中毒综合症和支气管炎，严重的情况会导致肺功能衰竭。另外，粉尘通过气体交换传播到鸡舍外，会使周边环境在一定范围内受到污染。

为此，采用畜禽舍电净化防疫系统这一综合性技术装备。该系统既可降低有害气体浓度又可除去粉尘。它可在禽舍内建立空间电场控制网络，而空间电场控制网络是由一定数量的绝缘子依据禽舍结构对空间电场强度影响规律而合理地悬置在棚梁上的，绝缘子之间由电极线连接在一起，该空间电极网络由主电源供电。空间电极与地面和建筑结构之间产生的强电场、高能带电粒子、微量臭氧能非常有效地除尘、除雾、除湿和杀灭空气中和物体表面的病原微生物。

八、视频图像监控

视频监控不仅可以监控进入养鸡场的人，包括外来人员和鸡场养殖工人，而且还可以对鸡场的环境和鸡本身进行实时监控，例如监控死鸡病鸡等。监控摄像系统采用可变焦摄像头，根据需要可随时变焦，通过监控平台或手机等远程智能终端查看各养殖场的状况了解鸡的状态，有利于对鸡场进行更加及时、细致地管理。

图3.禽舍内视频图像监控

1.1.2 通信组网设计

将根据禽舍养殖场建设具体情况，采用无线传感网、有线通信、无线通信相融合的综合组网设计。在禽舍内部采用无线传感网；有线通信性能可靠，前提投入低；无线通讯覆盖范围大、后期维护方便。

（1）基于ZigBee的无线传感网

（2）基于RS485或光纤的有线通信

（3）基于3G/4G/ GPRS 的无线通信

图4.畜牧业智能养殖通信组网

1.1.3 畜牧业智能养殖应用系统

由精细饲养子系统、能耗控制子系统、疾病防检子系统和粪便处理子系统组成。

一、精细饲养子系统

包括两个主要模块：自动投喂模块，根据不同畜（禽）的生长模型，结合畜（禽）个体的体重和月龄等情况，计算该个体（或小群体）的天进食量，分时分量自动投喂；自动投喂设备，根据自动投喂模块的分析结果，完成自动投喂控制，当发生异常情况时自动报警。

二、能耗控制子系统

将普通的白炽灯换成led节能灯，LED照明系统光电转化效率高，是白炽灯的5倍左右；LED灯具寿命长、发热低，鸡场能耗可以大大降低；还可防止白炽灯破灭引起鸡的猝死；最主要的是，LED照明系统可以实现智能化调控，可根据畜牧业生长的光需求特性来选择不同的光色、光强和光周期参数，定制畜牧业生长所需的最佳光源。

安装乳头饮水器。它是一种自动化的供水系统，可以很好的解决真空饮水器和普拉松饮水器易受到污染、不利于疫病的预防和控制、增加饲料消耗、不利于粪便处理等缺点。

三、疾病防检子系统

基于视频图像监控技术，将由可变焦摄像头构建的视频监控系统与红外摄像仪相结合，对鸡舍内的死鸡、病鸡进行实时监测。可采用基于红色区域提取及二值逻辑与运算和基于物体轮廓提取和支持向量机的死鸡探测算法对死鸡进行探测，还可使用红外摄像仪对整个禽舍温度进行监测，如图5所示。

图5.畜牧业智能养殖通信组网

四、粪便处理子系统

人工清粪与粪便处理机相结合，建立沼气池对禽舍内的粪便统一管理。沼气池发酵后的沼渣、沼液，发酵充分是很好的有机食品的理想肥料，同时沼渣又是一种很好的鱼料这样不仅实现环境的保护而且变废为宝实现资源的再利用。同时

沼气可以用来发电，节省电力资源。

四、系统项目组织成员

项目实施小组构成

在项目工程建设中，针对项目的质量保证机构或个人，制订包括管理、文档、评审、工具等内容的质量保证计划。工程项目的建设在严格的质量监督之下完成预期的工程目标，从而避免建设过程随意性，出现不按设计进行系统集成施工、软件书写编码、软件系统版本失控、软硬件测试工作不到位等情况，严格控制工程建设质量、进度。

质量保证体系是贯穿整个项目实施过程的第三方独立审查活动，其目标是以独立审查方式，从第三方的角度监控建设任务的执行，对项目是否遵循已制定的计划、标准和规程，向开发人员和管理层提供反映产品和过程质量的信息和数据，提高项目透明度，同时辅助整个项目团队取得高质量的工作成果。主要包括以下五个方面：

通过监控建设过程来保证产品质量；

保障系统集成方面的施工严格按照标准与规则实施；

保证建设过程符合相应标准与规程；

1)保证软件产品、软件过程中存在的不适合问题得到处理，必要时将问题

反映给高级管理者；

确保项目组制定的计划、标准和规程适合项目组需要，同时满足评审和审计需要。

在本项目中实施质量保证工作主要包括以下五个方面的内容：

1、拟定质量保证计划

项目质量保证计划的目的是规划出哪些是需要被跟踪的工作，并建立文档。此文档可以作为质量保证代表的工作指南，帮助项目经理确保所有工作按计划完成。

在项目早期，根据项目计划制定与其对应的质量保证计划，定义出各阶段的检查重点，标识出检查的工作产品对象，以及在每个阶段质量保证计划的输出产品。编写完质量保证计划后要组织质量保证计划的评审，并形成评审报告。通过评审的质量保证计划发送给各项目经理、项目开发人员和所有相关人员。

2、参与项目的阶段性评审和审计

对于阶段产品的审计通常是检查其阶段产品是否按计划按规程输出并内容完整，这里的规程既包括企业内部统一的规程，也包括项目组内自己定义的规程。质量保证计划参与评审是从保证评审过程有效性方面入手，例如参与评审的人是否具备一定资格、是否规定的人员都参加了评审、评审中是否对被评审对象的每个部分都进行了评审并给出了明确的结论等。

3、对项目日常活动与规程的符合性进行检查

由于质量保证计划独立于项目组，如果只是参与阶段性的检查和审计很难及时反映项目组的工作过程，所以质量保证计划也要在两个阶段点之间设置若干小的跟踪点来监督项目的进行情况，以便能及时反映出项目组中存在的问题，并对其进行追踪。

4、对配置管理工作的检查和审计

质量保证计划要对项目过程中的配置管理工作是否按照项目最初制定的配置管理计划进行监督，包括配置管理人员是否定期进行该方面的工作、是否所有人得到的都是开发过程产品的有效版本。

5、跟踪问题的解决情况

对于项目评审和项目日常工作中发现的问题，质量保证计划要进行跟踪，直至解决。对于在项目组内可以解决的问题就在项目组内部解决；对于在项目组内部无法解决的问题，或是在项目组中跟催多次也没有得到解决的问题，可以利用

独立汇报的渠道报告给高层管理者。

五、项目施工周期

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六、项目报价总计

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