一、需求说明

　　畜牧业是关系国计民生的重要产业，肉蛋奶是百姓“菜篮子”的重要品种。近年来，我国畜牧业综合生产能力不断增强，在保障国家食物安全、繁荣农村经济、促进农牧民增收等方面发挥了重要作用，但也存在产业发展质量效益不高、支持保障体系不健全、抵御各种风险能力偏弱等突出问题。

　　2020年印发《关于促进畜牧业高质量发展的意见》，要求到2025年畜禽养殖规模化率和畜禽粪污综合利用率分别达到70%以上和80%以上，到2030年分别达到75%以上和85%以上，提出加快构建现代养殖体系，加强大数据、人工智能、云计算、物联网、移动互联网等技术在畜牧业的应用，提高圈舍环境调控、精准饲喂、动物疫病监测、畜禽产品追溯等智能化水平，建立健全动物防疫体系，提高动物防疫监管服务能力。

　　二、通讯架构

　　基于物联网的畜禽智能养殖监控系统利用物联网技术，围绕设施化畜禽养殖场生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场环境信息(二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等)，同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现畜禽养殖的智能生产与科学管理。养殖户可以通过手机、计算机、监控中心显示大屏等信息终端，实时掌握养殖厂环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，保证畜禽健康生长，提高畜禽质量，降低疫病发生。

　　三、系统组成及功能

　　1、智能环境监控

　　通过传感器、音频、视频和远程传输技术在线采集养殖场环境信息(二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度、噪声、粉尘等)和畜禽的生长行为(进食、引水、排泄等)，实时监测设施内的养殖环境信息，及时预警异常情况，减少损失。

　　温湿度

　　通过室内室外的温度感器进行室风外对比,在炎热夏季,当舍内温度高于外界温度时,可启动风机进行空气交换,降低舍内温度,同样当舍内湿度高开外界湿度且湿度较大时,也可通风排湿;在寒冬尤其是北方,需要对畜禽养殖进行保温处理,适当时进行送暖(如太阳能、电热炉、锅炉供暖)等。

　　气体监测

　　畜禽养殖场中的空气含有氨气、硫化氢、二氧化碳等气体,如果这些浓度过大、作用时间长,会使畜禽体质变差,抵抗力降低,发病率升高等。所以应安装通风换气设备如风机等,及时排出污浊空气,不断进入新鲜空气，安装除臭设备定期刮粪除臭。通过畜禽养殖内的氨气、硫化氢、二氧化碳等气体传感器实时监测室内的相关气体浓度,当浓度达到一定程度时,就要进行通风换气除臭,保护舍内空气流通与清新。通风换气也要考虑对舍内温湿度的影响,冬天选择温度较高时通风换气,夏天选择凉爽的夜晚或早晨通风换气。

　　光照

　　充足的光照时间是保证牛健康、快速成长,高效产奶的一个重要因素,对于阴天畜禽养殖内光线阴暗或冬季日照时间不足的情况,适当增加辅助照明,弥补天气、季节因素光照度的不足。通过自动控制系统中的照度自动调节功能可以实现对畜禽养殖内照度的自由调节。

　　压力

　　由于某些时候通风性差等原因,有可能造成畜禽养殖内压力与外界存在差异,不利于内外气体流通,这也是舍内有害气体浓度过高的一个因素。当出现内外压差时,应启动相关设备进行通风换气等以保证空气流通。

　　2、智能供水

　　场区水泵监控

　　工作人员通过监控平台实时监控水泵的工作状态，工作电压、电流数据，远程手动控制水泵启泵和停泵;

　　液位远程监测

　　监控平台显示液位的实时数据，当液位处于低水位时自动开泵供水，处于高水位时自动停泵，超低水位时远程报警通知工作人员;

　　双泵交替工作

　　供水机房具有工作泵和备用泵双泵或多泵工作时，定时自动切换水泵工作，保护水泵机组，延长水泵寿命;

　　用水监测

　　远程实时监测用水管道的压力、用水量数据，对数据进行自动存储，生成曲线及数据报表供工作人员进行分析。

　　水泵保护

　　通过检测水泵的启停状态，设置工作电压电流等保护，当出现缺相、超压、过流等异常情况时自动停止启泵，同时远程报警，通知工作人员及时处理。

　　水质监测

　　使用水质PH、余氯、浊度等工业级传感器对水源水质进行实时数据监测，当水质参数异常时自动启动消毒设备进行消毒，水质数据自动传输至云端进行数据记录，1分钟一次，数据自动发送至工作人员邮箱进行备份。

　　3、能耗监测

　　耗水监测

　　通过流量计及4G/网络等远程传输终端实现对养殖场的单栋猪舍/牛舍/鸡舍、整体养殖场的用水量进行统计，形成数据曲线和报表。

　　耗电监测

　　通过智能电量采集终端/智能电量表等设备实现对大型耗电设备、供电机房等进行远程电量采集，实现电压、电流、功率因数、累计电量数据采集监测，高低温报警、过流过压报警，老式电表不具备通讯远传功能需要更改替换为智能电表。

　　4、统一调控

　　实现养殖舍内环境(包括照度、温度、湿度等)的集中、远程、联动控制。控制层主要包括温度控制，湿度控制，通风控制，光照控制以及定时喂食，喂水。

　　5、单体监测

　　采用电子测温耳标、自动称重系统和4G/5G/LORA等无线通讯技术，对猪牛等单体进行管理，集成测温、计步、定位、称重、分群等功能，精确判断牲畜健康、重量状态，做到疾病精确预警，实现自动化、信息化管理。

　　6、视频监控

　　在养殖区域内设置可移动监控设备，可实现：现场环境实时查看、远程实时监控、视频信息可回看、传输和存储，及时发现养殖过程中碰到的问题，查找分析原因，确保安全生产。

　　四、相关硬件设备

　　1、环境监控柜

　　1.1功能描述

　　实时采集场区环境温度、湿度数据

　　实时采集场区氨气、硫化氢、空气质量数据

　　实时采集场区粉尘、噪声数据

　　支持本地风机、卷帘、刮粪板、除尘机、饲喂机、供热系统控制

　　支持多路控制设备工作电流检测反馈

　　支持本地传感器数据显示

　　支持本地设备工作状态显示

　　支持本地策略配置

　　支持本地参数调整

　　支持远程遥控遥测

　　1.2接口描述

　　一路RS232

　　一路RS485

　　以太网、2G或4G全网通、WiFi接口

　　4-16通道的4-20mA采集

　　5-32路开关量信号采集

　　4-32路继电器控制输出

　　支持485通讯传感器/仪表数据接入等。

　　触摸显示屏操作控制

　　1.3技术参数

　　控制箱电源：交流220V

　　主控电源：DC12-24V

　　主控功耗：<6W

　　模拟量输入：4-20mA ，12Bit精度

　　开关量输入：光耦隔离输入

　　开关量输出：继电器干接点输出

　　Modbus RTU、Modbus TCP

　　工作温度：-30~80℃

　　湿度范围：相对湿度95%(无凝结)

　　1.4主控选型

　　4通道 DO控制输出 4路继电器(干接点)触点容量250VAC 10A/DC30V 10A

　　AI采集输入 5路输入，可接5个4-20ma或0-10V输出的传感器

　　DI采集输入 5路输入，可接5个干接点或NPN型开关量

　　8通道 DO控制输出 8路继电器(干接点)触点容量250VAC 10A/DC30V 10A

　　AI采集输入 8路输入，可接8个4-20ma或0-10V输出的传感器

　　DI采集输入 8路输入，可接8个干接点或NPN型开关量

　　16通道 DO控制输出 16路继电器(干接点)触点容量250VAC 10A/DC30V 10A

　　AI采集输入 12路输入，可接12个4-20ma或0-10V输出的传感器

　　DI采集输入 12路输入，可接12个干接点或NPN型开关量

　　1.5触摸控制

　　控制箱集成了触摸屏一体显示控制，可现场显示实际传感器数据，如温湿度、光照度、CO2等。并可现场触摸控制实际输出设备，如风机，卷帘、刮粪机等。

　　1.6传感器选型

　　空气温湿度传感器

　　氨气传感器

　　硫化氢传感器

　　空气质量传感器

　　噪声传感器

　　2、水泵控制柜

　　2.1控制柜：4G全网通/网口/WIFI，控制工作泵/备用泵/电磁阀输出，工作数据采集水箱水位/水箱温度/水泵工作电压/水泵工作电流/水泵工作频率/水泵用电量/管道压力/管道瞬时流量/管道累积流量/水质数据采集/水质PH数据/水质浊度数据/水质余氯数据等;

　　2.2传感器

　　液位传感器

　　电量采集

　　压力传感器

　　流量传感器

　　水质PH传感器

　　水质余氯传感器

　　水质浊度传感器

　　3、能耗检测

　　采用LORA无线方式对分散各个房间/社区的水表/电表数据进行采集，然后传输至智能监控主机，由主机通过2G/3G/4G或以太网WIFI方式上传至畜禽监控平台进行数据监控和记录。

　　LORA传输终端采用扩频通讯技术，多信道传输，通讯链路稳定，穿透性强，最远通讯距离可达3km。

　　3.1监控柜，能耗监控主机，上行：4G/网口/WIFI;下行：无线LORA通讯，作为LORA采集主机，接收LORA智能水表数据;接收LORA智能电表数据;供电220VAC;470-510Mhz频段;最远3km无线传输;

　　3.2无线采集终端

　　智能水表，无线LORA通讯;工业级LORA水表子机，470-510Mhz频段;最远3km无线传输;供电DC24V;阀门控制;水表数据采集;带IP68防水高强度压铸铝外壳

　　智能电表，LORA无线传输终端，RS485通讯;标准Modbus协议;电压/电流/功率/电量/频率等电参数采集，工业级LORA传输子机;470-510Mhz频段;最远3km无线传输;供电DC24V;电表数据采集;35mm导轨安装;

　　五、综合智能养殖监控平台

　　1、组态场景监控

　　畜禽监控平台可以根据畜禽养殖分布提供软件界面,在界面上区分畜禽养殖位置、布局、每个监测点位置等按照实际布局安排,实现监测界面的生动形象,同时也为实际监测提供方便。

　　2、单舍实时监控

　　1、提供实时供每个监测点的温湿度、氨气、二氧化碳浓度、光照度、大气压力;

　　2、提供历史数据查询，支持过去任一时段的数据查询，对一些突发事件提供数据依据。

　　3、提供历史曲查看，通过对过去某一时段的变化趋势观察，可以总结出相应的变化规律，从中可以总结出一些宝贵经验。

　　4、提供实时报警功能，当监测到的任一个参数达到报警条件时，监测软件会提供声音和相应数值闪烁报警，为相关管理人员提供报警提示。

　　3、智能逻辑控制

　　通过监控柜主机的PLC智能自控功能实现对养殖场中环境调控系统、智能供水系统、节能降耗系统、整场统一调节系统实现智能化、自动化调控，所有调控参数均可通过手机APP/电脑监控平台进行远程设置调节，实时生效。

　　4、设备集中监控

　　工作人员在管理中心通过大屏监控平台可同时查看养殖场内所有子系统设备的监控运行数据，统一展示。

　　5、监控数据报警

　　当环境监控、供水监控、能耗监测系统的环境温湿度、水位、电压、电流、电量、水量、畜禽体温等数据出现异常时，可通过监控平台声音报警提示，手机APP消息推送，微信消息通知，工作人员手机电话、短信报警等方式实现多种报警通知，方便工作人员及时处理，防止漏报造成的事故隐患。

　　报警方式包含APP消息推送、微信公众号消息通知、打电话、短信内容报警等四种方式，保证数据异常时，多渠道通知用户。

　　6、用户权限管理

　　针对不同的用户，对设备拥有不同的权限：

　　管理权限：设备信息管理权限、删除设备权限、控制权限、分享权限、设备内部参数配置权限、云策略控制配置权限。

　　编辑权限：设备信息管理权限。

　　操作权限：对设备进行远程控制的操作权限。

　　只读权限：查看设备的实时状态、查看设备的历史数据、曲线、统计报告。

　　7、数据曲线监控

　　平台对设备检测的传感器数据及控制数据自动进行记录，1分钟一次，可通过曲线查询方式展示，或通过下载导出EXCEL表格数据进行查看，也支持每日将备份数据自动发送接收邮箱。

　　8、视频监控

　　平台支持接入海康威视/萤石云等网络摄像头，支持视频监控和数据界面同步展示，当远程控制饲喂、风机等设备时，通过视频监控获取实时动作反馈。

　　六、系统应用

　　畜禽智能养殖监控系统应用范围：

　　动物卫生监督、动物疫病防控中心等政府监管部门;

　　畜牧技术服务(推广)中心;

　　农业科技示范区、农场等大型农业生产加工企业。

　　畜禽养殖智能监控系统，适用于牛棚，养猪场，鸭舍，鸡舍，养羊场等场所，可以实现对环境的各项数据实时无线采集监测，有利于技术人员进行科学的管理。