一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于NB‑IoT的生猪生长关键参数监测系统及方法。包括现场设备端、远程服务器和手机客户端。现场设备端包括信息识别模块、PLC、参数采集模块、下料驱动模块和下料装置，实现饲料自动投放和生猪体重、体温、采食量、采食次数与现场温湿度信息的自动采集。采集的数据通过NB‑IoT上传到NB‑IoT连接管理平台，平台解析数据后推送至远程服务器。远程服务器对现场采集的数据进行处理并判断是否发生异常。手机客户端包括登录模块、监控节点管理模块、预警模块、信息监测模块和历史曲线分析模块。本发明专利技术可以有效获取生猪的生长参数，并且针对和生猪健康关系较大的体温和采食信息进行全天监测，饲养员可及时发现健康异常的猪只并通过手机端获取预警信息。

A NB-IoT Based Monitoring System and Method for Key Growth Parameters of Pigs

The invention discloses a monitoring system and method for key parameters of pig growth based on NB*IoT. Including field device, remote server and mobile client. Field equipment includes information identification module, PLC, parameter acquisition module, feeding drive module and feeding device, which can realize automatic feeding and pig weight, body temperature, feed intake, feeding times and field temperature and humidity information acquisition. The collected data is uploaded to the NB_IoT connection management platform through NB_IoT, and the platform parses the data and pushes it to the remote server. The remote server processes the data collected on the spot and determines if any abnormalities occur. Mobile client includes login module, monitoring node management module, early warning module, information monitoring module and history curve analysis module. The invention can effectively acquire the growth parameters of pigs, and monitor the temperature and feeding information of pigs, which is closely related to the health of pigs, so that the breeder can timely detect the abnormal health pigs and obtain early warning information through the mobile terminal.

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统及方法
本专利技术属于生猪等畜禽养殖领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统及方法。
技术介绍
生猪养殖是我国农业的支柱产业之一，中国养猪业正逐步由小规模向集约化、工厂化发展。随着生猪养殖规模化与集约化的程度不断提高，生猪生长环境不断恶化，病害发病率越来越高，对养殖户以及地区经济带来的损失越来越大。对生猪的生长信息进行监测，并有效地检测出参数的异常，采取相应的预防和治疗措施，是最大限度的降低损失的有效途径之一。近年来，计算机技术和远程通信技术在农业中得到了大量的应用，养猪业的信息化管理日益重要，设计一种生猪生长关键参数监测系统对于推动养殖业的发展具有重要意义。物联网在农业领域有着广泛的应用前景，运用物联网无线传输技术可解决传统有限网络布线困难、覆盖范围小和设备成本较高的问题。现阶段物联网的无线传输方案主要有ZIGBEE、WIFI、GPRS和LTE。但各自都有其缺点，其中ZIGBEE和WIFI传输距离短、穿透能力差且需要自建基站和网关，GPRS和LTE传输稳定，但功耗较大、通讯资费较贵且对网络覆盖的要求较高。窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)作为时下新兴的物联通讯方式，具有低功耗、广覆盖、低成本、大容量四个基础特点，使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存，降低部署成本，实现平滑升级。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了适应国内生猪养殖规模化和工厂化的要求，解决生猪养殖过程中，生猪生长信息的采集多通过人工采集，记录效率低，耗费大量的人工体力，提供一种生猪生长信息自动采集系统。本系统使用RFID电子标签和多种传感器，实时采集现场生猪的体重，采食量和生长的温湿度信息，运用NB-IoT通讯技术实现现场数据的远程传输。在实际养殖过程中发现，当猪只出现疾病时，会出现体温升高、采食量和采食次数下滑的情况。这些健康异常的猪只通过肉眼观察很难及时发现，情况严重时还可能传染其它猪只，给养殖户造成重大的经济损失。本系统重点监测猪只的体温和采食情况，并将采食数据与历史数据进行对比，及时发现猪只的采食行为异常。发生数据异常时及时通过手机客户端及时通知养殖户，对现场的猪只进行检查，必要时采取治疗措施。本专利技术通过以下技术手段实现上述目的。一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，包括现场设备端、远程服务器和手机客户端。所述现场设备端，包括信息识别模块、可编程逻辑控制器、现场参数采集模块、下料驱动模块和下料装置。所述可编程逻辑控制器(PLC)通过PORT口连接其他模块。所述信息识别模块包括电子耳标和电子耳标读写头。所述现场参数采集模块包括多个传感器。所述下料驱动模块，包括步进电机和步进电机驱动器，与下料装置相连接，由PLC控制步进电机驱动下料装置下料。所述数据传输模块和PLC之间进行UART通信，上传数据到NB-IoT连接管理平台，连接管理平台收到并解析数据后，使用HTTPS协议将数据推送到远程服务器。所述远程服务器，包括数据服务模块、数据库模块、数据处理模块和异常检测模块。所述数据服务模块作为服务端一方面使用NB-IoT连接管理平台的API和自定义的回调函数接收连接管理平台推送的现场采集数据，数据处理模块对数据进行数据类型转换和处理后存入数据库中，另一方面接收手机客户端的连接请求和提供数据信息。所述异常检测模块，检测生猪的采食量、采食次数、体温和生长环境的温湿度是否发生异常，当数据发生异常时将异常信息发送到饲养员的手机客户端，通知饲养员对现场设备和异常猪只进行处理。所述手机客户端，包括登录模块、监控节点管理模块、预警模块、信息监测模块和历史曲线分析模块。所述登录模块用于用户连接服务器以及身份确认。所述监控节点管理模块用于添加现场参数采集设备和待监测的猪个体的相关信息。所述预警模块用于获取和查询异常猪个体的预警信息。所述信息监测模块用于显示猪个体的生长参数信息。所述历史曲线分析模块用于显示猪个体生长参数历史信息的折线图。进一步，所述的基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，采集生猪生长的生理参数和环境参数，其中生理参数包括体重参数、采食参数和体温参数，并使用采食和体温参数用作疾病预警。进一步，所述多个传感器包括温湿度传感器、红外非接触式测温传感器、体重传感器和料重传感器。其中料重传感器位于食槽底部，系统在监测到猪只进入和离开采食区域的前后，获取食槽中饲料的重量，从而获取猪只单次进食的采食量。进一步，所述数据传输模块使用NB-IoTDTU模块连接NB-IoT基站，通过NB-IoT核心网传输现场数据到NB-IoT连接管理平台，默认传输协议为COAP协议。进一步，所述现场参数采集模块还包括光电开关和隔离围栏。所述光电开关用于检测是否有猪只进入测量区域，所述隔离围栏固定于测量区域两边，防止其它猪只干扰测量过程。进一步，所述的数据采集模块采集的体重值为多个离散的不稳定值，在远程服务器数据处理模块中使用数字滤波算法进行处理。进一步，所述的数字滤波算法为卡尔曼滤波算法。本专利技术还提出了一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统的监测方法，有如下步骤：步骤1，首先进行现场采集设备的安装，在猪生活区域的一部分划定采食区域，安装下料装置，隔离围栏，现场参数采集与下料控制的相关电子设备；步骤2，为猪个体佩戴电子耳标，并将电子耳标值和猪个体的基本信息使用手机客户端或上位机软件输入数据库中；步骤3，按照NB-IoT连接管理平台的规范定义配置文件和编解码文件，根据NB-IoT模块的IMEI注册平台设备。配置NB-IoT模块，连接NB-IoT连接管理平台，接受现场设备采集到的数据；步骤4，打开远程服务器，通过NB-IoT连接管理平台的API和自定义的回调函数获得平台推送的猪只体温、体重、采食量和生长环境温湿度数据；步骤5，调用数据数据处理模块，对采集的体重数据采用卡尔曼滤波算法，预测体重数据的真实值，数据处理完成后将采集的数据和时间存入数据库；步骤6，调用数据预警模块，根据预先设置的预警阈值，判断数据是否发生异常。其中对于采食量和采食次数，根据猪只耳标号从数据库中查找猪只48小时内所有的采食数据。将前24小时与后24小时的数据分别相加作为当日和历史采食数据，如果当日数据相比历史数据有明显下滑时，判定为采食异常；步骤7，判定为异常数据，将对应的耳标号信息存储到数据库异常值对应的表中，并发送预警信息给手机客户端；步骤8，饲养员使用手机客户端通过socket套接字与远程服务器相连，及时接收预警信息，根据预警信息对现场情况进行处理并实现服务器数据的共享，获取猪只的实时生长状态和历史数据。进一步，所述的步骤5体重数据处理具体执行以下步骤：步骤5.1，载入现场称量体重的原始时间序列值，由于在传输过程中发生丢包现象，缺失数值用其前值和后值的中值替代，并求取所有数据的平均值；步骤5.2，使用体重原始数据的平均值作为体重最优估计的初始值，最优协方差Pk-1的初始值取0，固定过程激励噪声方差Q和测量方差R，Q和R的值由试验确定，一般可取Q＝10-6，R＝10-5；步骤5.3，向前推算状态变量和误差协方差步骤5.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB‑IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，包括：现场设备端、远程服务器端和手机客户端；所述现场设备端，包括信息识别模块、可编程逻辑控制器(PLC)、现场参数采集模块、下料驱动模块和下料装置；所述可编程逻辑控制器(PLC)通过PORT口连接其他各模块；所述信息识别模块包括电子耳标和电子耳标读写头；所述现场参数采集模块包括多个传感器，采集生猪生长的生理参数和环境参数；所述下料驱动模块，包括步进电机和步进电机驱动器，与下料装置相连接，由PLC控制步进电机驱动下料装置下料；所述数据传输模块和所述PLC之间进行UART通信，将采集的数据上传到NB‑IoT连接管理平台，连接管理平台收到并解析数据后，通过HTTPS协议将数据推送到远程服务器；所述远程服务器，包括数据服务模块、数据库模块、数据处理模块和异常检测模块。所述数据服务模块作为服务端一方面通过NB‑IoT连接管理平台的API和自定义的回调函数接收连接管理平台推送的现场采集数据，由数据处理模块对数据进行数据类型转换和处理后存入所述数据库中，另一方面接收手机客户端的连接请求和提供数据信息；所述异常检测模块，检测生猪的采食量、采食次数、体温和生长环境的温湿度是否发生异常，当数据发生异常时将异常信息发送到饲养员的手机客户端，通知饲养员对现场设备和异常猪只进行处理。所述手机客户端，包括登录模块、监控节点管理模块、预警模块、信息监测模块和历史曲线分析模块。所述登录模块用于用户连接服务器以及身份确认；所述监控节点管理模块用于添加现场参数采集设备和待监测的猪个体的相关信息；所述预警模块用于获取和查询异常猪个体的预警信息；所述信息监测模块用于显示猪个体的生长参数信息；所述历史曲线分析模块用于显示猪个体生长参数历史信息的折线图。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，包括：现场设备端、远程服务器端和手机客户端；所述现场设备端，包括信息识别模块、可编程逻辑控制器(PLC)、现场参数采集模块、下料驱动模块和下料装置；所述可编程逻辑控制器(PLC)通过PORT口连接其他各模块；所述信息识别模块包括电子耳标和电子耳标读写头；所述现场参数采集模块包括多个传感器，采集生猪生长的生理参数和环境参数；所述下料驱动模块，包括步进电机和步进电机驱动器，与下料装置相连接，由PLC控制步进电机驱动下料装置下料；所述数据传输模块和所述PLC之间进行UART通信，将采集的数据上传到NB-IoT连接管理平台，连接管理平台收到并解析数据后，通过HTTPS协议将数据推送到远程服务器；所述远程服务器，包括数据服务模块、数据库模块、数据处理模块和异常检测模块。所述数据服务模块作为服务端一方面通过NB-IoT连接管理平台的API和自定义的回调函数接收连接管理平台推送的现场采集数据，由数据处理模块对数据进行数据类型转换和处理后存入所述数据库中，另一方面接收手机客户端的连接请求和提供数据信息；所述异常检测模块，检测生猪的采食量、采食次数、体温和生长环境的温湿度是否发生异常，当数据发生异常时将异常信息发送到饲养员的手机客户端，通知饲养员对现场设备和异常猪只进行处理。所述手机客户端，包括登录模块、监控节点管理模块、预警模块、信息监测模块和历史曲线分析模块。所述登录模块用于用户连接服务器以及身份确认；所述监控节点管理模块用于添加现场参数采集设备和待监测的猪个体的相关信息；所述预警模块用于获取和查询异常猪个体的预警信息；所述信息监测模块用于显示猪个体的生长参数信息；所述历史曲线分析模块用于显示猪个体生长参数历史信息的折线图。2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，所述生猪的生理参数包括生猪的体重参数、采食参数和体温参数，并使用采食和体温参数用作疾病预警；所述环境参数包括生猪的生长环境的温湿度。3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，所述多个传感器包括温湿度传感器、红外非接触式测温传感器、体重传感器和料重传感器；其中料重传感器位于食槽底部，系统在监测到猪只进入和离开采食区域的前后，获取食槽中饲料的重量并相减，获取猪只单次进食的采食量。4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，所述数据传输模块采用NB-IoTDTU模块连接NB-IoT基站，通过NB-IoT核心网传输现场数据到NB-IoT连接管理平台，默认传输协议为COAP协议。5.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的生猪生长关键参数监测系统，其特征在于，所述现场参数采集模块还包括光电开关和隔离围栏；所述光电开关用于检测是否有猪只进入测量区域，所述隔离围栏固定于测量区域两边，防止其它...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星桥，常润民，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32