基于物联网技术的禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案样本.docx

1、基于物联网技术的禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案样本基于物联网技术禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案设计单位：天津物联智慧科技有限公司设计日期：11月第一章 概述1.1禽类养殖及溯源现状国内当代禽类养殖是一种“高投入、高产出、高效益”集约化产业。资本密集型和劳动集约化是其基本特性。这种集约化产业耗费了大量人力和自然资源，并在某种限度上对环境导致负面影响。使用物联网可以有效减少资源消耗，并减少对环境影响，使禽类养殖成为管理科学、资源节约、环境和谐、效益明显产业。加快物联网技术在当下禽类养殖建设中应用已成为国内禽类养殖业发展必然选取。当前，国内针对新时期不断浮现食品安全新问题，已提出了构建安全战

2、略框架构想，其中一种重要构建原则就是可追溯性原则。建立禽产品安全性全程可追溯系统是保证食品安全核心。以物联网RFID技术为载体，以当前信息化技术为手段，实现禽产品从养殖场到屠宰场，从屠宰场到超市，从超市到市民餐桌全程、有效监管。食品安全关系到国民最基本生存需求，运用先进物联网技术来提高禽产品安全管理意义重大。1.2禽类智慧养殖及全程溯源系统总体目的本项目由禽类智慧养殖系统和全程溯源系统构成。禽类智慧养殖建设目的是：禽类饲养场环境智能化监测是当今禽类养殖业发展重要方向,它推动着粗放式、低效养殖业向知识型、技术型、当代化高效禽类养殖业转变。与此同步也必然对养殖环境特别是禽舍环境方面提出了更高规定。

3、采用物联网技术通过智能感知、辨认与普适计算、泛在网络融合，来大幅提高禽类饲养效率、能源节约、防疫检疫水平，在实现自动化、智能及安全管理同步创造最大经济和社会效益。禽产品全程溯源体系建立总体目的是：以新型禽类“电子标签”为载体，运用先进物联网技术、成熟计算机与数据库技术，在科学合理管理规范与完备通用技术规范下，建立食品安全数据库，通过标记编码、标记佩戴、身份辨认、信息录入与传播、数据分析和查询，给禽类食品配一种唯一“电子身份证”，使禽类养殖场中养殖、防疫检疫、监督与后期加工、销售有机结合，完毕禽类食品从“养殖场到餐桌”各环节一体化全程追踪和追溯，从而实现对禽类疫情和产品安全事件迅速解决。1.3设

4、计原则禽类智慧养殖及全程溯源系统建设须坚持“先进性、实用性、开放性、原则化、可靠性、稳定性、安全性、易维护性、可管理性”设计原则。 （1）先进性：采用先进思想、成熟技术与设计办法，符合当前潮流与将来发展趋势，以便跟上信息技术发展，具备较强生命力，具备长期使用价值。 （2）实用性：建设核心目就是“应用”，须坚持实用设计原则，紧扣市场食品安全实际需求。在可以满足禽类智慧养殖及全程溯源系统建设规定前提下，以尽量以少投入，获得尽量大效益。 （3）开放性：具备良好开放性和兼容性。通过信息门户、唯一身份标记和公共数据互换，整合、集成各环节应用系统和各种信息资源，建立完善多级互联互通可追溯网络。 （4）原则

5、化：应符合业界主流原则与规范，涉及基本架构与各个应用系统系统集成与标记数据整合，均遵循原则化原则，不依赖特定网络、系统软件与硬件，可以布置并运营在各种主流软硬件环境中，解决当前该领域系统软件不兼容问题。 （5）可靠性：禽类智慧养殖及全程溯源系统支撑着整个食品生产销售链管理与监督，必要具备高可靠性、高容错性和强大数据解决能力，以保证不间断运营、保证局部出错不影响整体、保证迅速响应。 （6）稳定性：必要具备良好稳定性，保证持续运营时间长、故障间隔大、无端障时间长。 （7）安全性：禽类智慧养殖及全程溯源系统涉及到从“养殖到餐桌”大量敏感数据，安全运营至关重要。必要构建全方位、多层次、完善安全保障体系

6、，在保证物理安全和网络安全基本上，保证数据安全。 （8）易维护性：禽类智慧养殖及全程溯源系统涉及从养殖、防检疫、加工、销售到餐桌食用众多环节，数据量、信息量巨大，对系统稳定性和可靠性有重大考验，因而必要坚持易维护设计原则，保证构造清晰、操作简朴、维护以便。 （9）可管理性：应具备高可管理性，使得系统管理员和运营维护人员管理简便快捷，减少运营维护费用。 综上，禽类智慧养殖与全程追溯涵盖食品安全诸多方面，应进行统一规划、承前启后、分步实行。第二章 禽类智慧养殖及全程溯源系统禽类智慧养殖及全程溯源系统是一项系统工程，涉及物联网及信息技术各个层面。建设应遵从“顶层设计，分步实行，边建边用边完善”原则。

7、一方面提出总体解决方案，拟定禽类智慧养殖体系构造，制定全程溯源信息原则，以及各系统之间接口规范。2.1禽类智慧养殖系统建设内容基于物联网技术禽类智慧养殖系统建设内容涉及：（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（传播层）：搭建有线通信和无线通信相结合综合组网方式，实现数据短距离传播和长距离中继功能；（3）禽类智慧养殖应用系统建设（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构成；（4）禽类智慧养殖信息管理平

8、台建设：进行数据采集、存储、解决、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查询、管理和控制；（5）设立禽类智慧养殖系统与全程溯源系统接口：基于物联网RFID技术构建覆盖禽类从生产、养殖、屠宰或生产加工、流通到消费各个环节，统一且唯一“电子身份”，作为禽类智慧养殖系统与全程溯源系统硬件接口。禽类智慧养殖信息管理平台为禽类智慧养殖系统与全程溯源系统提供软件接口。2.2全程溯源系统建设内容（1）建立统一信息原则，规范禽产品全程溯源管理标记规则，为保证数据完整性、精确性与一致性提供根据；（2）建立一种从养殖到最后消费品，覆盖食品生产各个阶段资料中心数据信息库，集中信息资源

9、管理、应用服务管理和内容整合；（3）构建统一“电子身份”认证系统，集中养殖场禽类及其产品生产、防检疫、加工、销售过程中电子信息管理，产品电子身份唯一性、真实性，实现全程可追溯；（4）构建安全可靠公共数据互换系统，实现国家、省、市、县、公司、消费者等各个环节应用系统之间数据互换与数据共享；（5）运用3G网络和RFID技术，开发基于手机可追溯终端。2.3体系构造通过以上分析，结合天津物联智慧产品线及专业项目实行经验，本方案给出先进，完善禽类智慧养殖及全程溯源系统体系构造和应用解决方案，如图所示：第三章 禽类智慧养殖及全程溯源系统解决方案2.1 禽类智慧养殖系统禽类智慧养殖系统重要实现：禽舍内环境信

10、息采集与自动控制；禽舍内信息及数据经无线传感网、有线传播方式、无线传播方式进行汇集、存储；再由禽类智慧养殖信息管理平台进行统一地分析、解决，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；建立统一且唯一“电子身份”，奠定覆盖从养殖到消费全程质量安全追溯基本。详细如下：图1.系统重要构成2.1.1禽舍内环境信息采集与自动控制系统依照禽舍环境特点，本方案重要对如下几种对鸡生长影响较大环境参数进行重点自动化监控：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，

11、由禽舍内环境信息控制器（依照禽舍内详细设备状况由天津物联智慧科技有限公司基于嵌入式技术进行专项开发）进行各传感器数据汇总与分析，并依照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. 禽舍内环境信息采集与自动控制子系统一、温度监测温度在鸡生长过程中起着至关重要作用。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；小鸡为了取暖容易导致扎堆，影响采食和活动，导致伤残，严重时会导致大量死亡。雏鸡生长最适温度，随日龄增长而下降，1日龄为34.435，此后有规律下降，到十八日龄为 26.7，32 日龄为18.9。因而，适当温度控制是养鸡场成败核心。考虑到禽类养殖场特殊现场环境

12、,传感器应当满足如下条件:传感器特性参数与被检测量线性有关限度好,易于测量,精度高；误差小,老化慢,对检测信号以外物理量不敏感；耐机械、化学和热作用；构造简朴,造价低,体积小。拟定测量范畴:-55+l25摄氏度,测量精度:士0.5%摄氏度。二、湿度监测养鸡场不但要保持适当温度，适当湿度也同样重要，湿度太高，有助于病原性真菌、细菌和寄生虫生长繁殖。在高湿环境下，鸡机体抵抗力下降，发病率增长，容易传染病得蔓延，死亡率升高。高温高湿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，容易导致鸡羽毛生长不良。本方案在畜舍现场环境采用陶瓷湿度传感器。它运用微细孔分布金属氧化物陶瓷主体吸附水分后,导电

13、性质发生变化原理制成,具备性能稳定、体积小、敏捷度高和测量范畴宽等长处,特别适合在畜舍恶劣环境下使用。拟定测量范畴:O100%RH,测量精度:2%RH(01OO%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、光照度监测光照强度和畜禽健康息息有关，自然光中具有紫外线，适量光照可以杀死细菌病毒等，并且还能增进畜禽对钙、磷吸取，保证骨骼正常发育等等。然而，如果过强光照会使动物身体温度过高，影响动物正常新陈代谢等活动，可见光照度监测是必要。选用品有较高敏捷度、测量精度高、安装以便、价格低廉感光探测器。四、二氧化碳浓度监测鸡舍中二氧化碳浓度过高，会

14、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，体质削弱。因而，实时精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，对于提高蛋鸡生产能力、减少发病率和死亡率具备重要意义。考虑到禽舍中二氧化碳气体浓度比较大,依照系统气体采样规定,采用依照比尔定律和气体对红外线选取性吸取原理设计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硫化氢重要来自含硫有机物（垫草、粪尿和饲料等）分解。较高硫化氢对禽类和人均有危害。因而对畜舍养殖环境进行硫化氢浓度监测显得尤为必要。依照本方案整体规定，本方案选取电化学气体传感器。规定具备良好敏捷度、简朴驱动电路、长使用寿命、易于标定、

15、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黏膜、潮湿墙壁和地面上，对皮肤组织有强烈刺激和腐蚀性，它会破坏细胞膜构造。鸡在短期内吸入少量氨气，可以被体液所吸取，最后变成尿素被排出体外，但在一定限度上会减少鸡体质；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重要用于畜舍内部，环境湿度较大，又要考虑到成本问题，因而，将选用电化学式氨气传感器。规定驱动电路简朴、良好敏捷度和长使用寿命、数据易于传播读取，适合多数场合安装和拆卸。七、粉尘控制禽舍

16、内粉尘来源于谷物，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载体，同步也许携带有害气体和臭气。粉尘微粒过多会影响鸡采食、增重和生产性能，使机体免疫力减少，患上各种呼吸系统疾病，严重影响畜禽生产效益。粉尘危害工作人员健康,研究表白，粉尘会引起呼吸困难、哮喘、粉尘中毒综合症和支气管炎，严重状况会导致肺功能衰竭。此外，粉尘通过气体互换传播到鸡舍外，会使周边环境在一定范畴内受到污染。为此，采用畜禽舍电净化防疫系统这一综合性技术装备。该系统既可减少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绝缘子根据禽舍构造对空间电场强度影响规律而合理地

17、悬置在棚梁上，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构造之间产生强电场、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病原微生物。八、视频图像监控视频监控不但可以监控进入养鸡场人，涉及外来人员和鸡场养殖工人，并且还可以对鸡场环境和鸡自身进行实时监控，例如监控死鸡病鸡等。监控摄像系统采用可变焦摄像头，依照需要可随时变焦，通过监控平台或手机等远程智能终端查看各养殖场状况理解鸡状态，有助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2.1.2 通信组网设计将依照禽舍养殖场建设详细状况，采用无线传感网、有线通信、无线通信相

18、融合综合组网设计。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；无线通讯覆盖范畴大、后期维护以便。（1）基于 ZigBee无线传感网（2）基于RS485或光纤有线通信（3）基于3G/4G/ GPRS 无线通信图4.禽类智慧养殖通信组网2.1.3 禽类智慧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解决子系统构成。一、精细饲养子系统涉及两个重要模块：自动投喂模块，依照不同畜（禽）生长模型，结合畜（禽）个体体重和月龄等状况，计算该个体（或小群体）天进食量，分时分量自动投喂；自动投喂设备，依照自动投喂模块分析成果，完毕自动投喂控制，当发生异常状况时自动报警。二、能耗控

19、制子系统将普通白炽灯换成led节能灯，LED照明系统光电转化效率高，是白炽灯5倍左右；LED灯具寿命长、发热低，鸡场能耗可以大大减少；还可防止白炽灯破灭引起鸡猝死；最重要是，LED照明系统可以实现智能化调控，可依照禽类生长光需求特性来选取不同光色、光强和光周期参数，定制禽类生长所需最佳光源。安装乳头饮水器。它是一种自动化供水系统，可以较好解决真空饮水器和普拉松饮水器易受到污染、不利于疫病防止和控制、增长饲料消耗、不利于粪便解决等缺陷。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视频监控系统与红外摄像仪相结合，对鸡舍内死鸡、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

20、和基于物体轮廓提取和支持向量机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.禽类智慧养殖通信组网四、粪便解决子系统人工清粪与粪便解决机相结合，建立沼气池对禽舍内粪便统一管理。沼气池发酵后沼渣、沼液，发酵充分是较好有机食品抱负肥料，同步沼渣又是一种较好鱼料这样不但实现环保并且变废为宝实现资源再运用。同步沼气可以用来发电，节约电力资源。2.14 禽类智慧养殖信息管理平台养殖管理重要对种鸡苗育雏期、育成期、产蛋期、孵化期等饲养状况进行管理,可记录、记录各期用料、用药、防疫、体重、产蛋、孵化状况及各种实际指标,并与原则指标进行比较分析，做到科学养殖。本方案提出

21、禽类智慧养殖信息管理平台由养殖ERP管理系统、数据库、养殖环境数据采集软件和数据查询软件构成。一、养殖ERP管理软件功能模块设计养殖ERP管理系统功能模块如下图所示：图6. 养殖ERP管理系统功能模块二、数据库数据库是系统基本，数据库设计好坏直接影响到前期系统开发、系统布置和后期系统扩展和维护，因而数据库设计尤为重要。在禽类智慧养殖信息管理平台中数据种类涉及实时测量数据、历史数据、顾客登录日记等，这些数据问有也许重复，为了把这些数据信息合理保存在数据库中，更好组织起来，必要以某种特定形式将这些数据加以关联。在本系统数据中关系数据库设计如图7所示。图7. 养殖ERP管理软件功能模块本系统数据库按

22、不同功能分为如下几种某些：（1）区域表，本系统可以同步监控各种区域，区域表记录着区域名称、地址等信息，区域最大；（2）养殖环境表，在一种养殖场中也许有各种养殖场，每个养殖场均有自己环境监测设备，区域表定义有关名称和地址等有关信息，是整个数据库中心表；（3）顾客表，是为远程查询系统设计，只有登陆信息与数据库中信息匹配上才干登陆到远程查询系统，增强系统安全性；（4）日记信息表，记录顾客每次登陆有关信息，例如登陆时间、操作记录等等。当系统浮现安全问题时候，可以溯源问题源头，及时解决问题；（5）最新数据表，记录近来一次采集回来数据信息，涉及温湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度、硫化氢浓度、光照度和采集时间等

23、等；（6）历史数据表，存储所有采集回来数据，以便顾客记录信息；（7）报警上下限表，存储有关环境信息报警上下限值，当环境信息超过此值时会报警，提示顾客采用相应办法；（8）错误信息表，存储有关错误信息，例如采集器无法采集数据，或者网络通讯异常等错误信息，当系统浮现异常状况后，以便查找问题来源，迅速解决问题。三、养殖环境数据采集软件该软件基于C/S架构，重要负责禽舍养殖环境有关信息录入、数据采集、超限报警、数据存储和本地实时数据显示、查询、修改等工作，并判断环境参数与否处在合理范畴内。四、数据查询软件 该软件基于B/S架构，是对外数据发布平台，查询有关禽舍环境信息，并提供有关历史数据和趋势图等。该软

24、件运用WWW技术，在计算机服务器中安装Web服务软件，通过Web站点和动态网页，实现远程联网，进行Internet远程数据查询，监测禽舍养殖环境信息状态，系统日记和操作记录等。图8. 登录页面2.15 禽类智慧养殖系统与全程溯源系统接口 分为软件和硬件接口，其中软件接口由禽类智慧养殖信息管理平台提供。 硬件接口采用电子脚环作为覆盖禽类从生产、养殖、屠宰或生产加工、流通到消费各个环节，统一且唯一“电子身份”。选型决定因素涉及：（1）电子脚环 必要应用直径不不不大于3.5CM小脚环 脚环需支持读写功能 脚环容量不不大于256bit（2）通道式读写器 远距离读卡器有效识读距离达到50CM 依照鸡通过

25、时特点，远距离读卡器可以覆盖鸡通过范畴（3）手持设备 手持机具备读写脚环功能，读写距离不低于5CM 手持机可通过串口或蓝牙方式与PC进行通讯 手持机提供编程接口，可支持应用开发图9. 电子脚环2.2 全程溯源系统2.2.1 业务系统概要流程图10. 全程溯源系统业务系统概要流程2.2.2 重要模块建设统一信息原则平台、统一身份认证系统、过程跟踪模块、数据中心、预警自动上报模块、数据信息管理模块、公共数据互换平台、网络安全体系是禽类产品全程溯源系统建设重要内容。详细如下：（1）统一信息原则平台建设：规范禽类养殖及食品溯源管理标记规则，为保证数据完整性、精确性与一致性提供根据；（2）统一身份标签认

26、证系统建设：建立统一身份认证中心。集中进行禽类身份认证，保证禽类及其产品电子身份唯一性与真实性，提高整个产品链条系统安全性；（3）过程跟踪模块建设：对某个检查活动从开始到结束完整状态跟踪及反馈解决；（4）数据中心建设：建设一种为整个养殖、生产、加工和销售链条服务数据中心，保证数据实时更新和高度一致；（5）预警自动上报模块建设：依照数据中心获得检测数据及时与信息原则平台有关鉴定法则相比较，自动判断某过程与否浮现异常状况并及时上报解决；（6）数据信息管理模块建设： 寻常检测数据、监管数据（涉及正常、异常数据）录入系统，供数据记录研究之用 各类检测、监测数据查询、记录功能 某个独立过程跟踪查询，保证

27、各环节溯源可行性和可靠性（7）公共数据互换平台建设：建立一种跨网段、跨路由、突破地区限制和软硬件不兼容问题溯源产品数据上传、交流和共享平台， 将分散、异构信息和数据资源进行聚合，通过统一访问入口，实现各环节溯源数据资源和互联网资源、各种应用系统跨数据库、跨系统平台无缝接入和集成；（8）网络安全体系建设：建立溯源产品全链条网络安全和信息安全体系，保证溯源网络安全，保证核心数据、核心应用模块安全，实现溯源系统及其各子系统安全高效运营。2.2.3 系统体系构造禽类信息化养殖及全程溯源系统体系构造重要由三个层次、二级节点和一种数据中心与基本构架平台构成。三个层次：网络资源平台系统、公共服务平台系统和应

28、用服务平台系统。二级节点：由食品供应链及安全生产监管中心和食品产业链中各核心检测节点构成。数据中心为海量禽类食品追溯与安全监测数据提供充分存储空间，保证信息共享开放性、资源共享及安全性，实现食品追踪与安全监测管理功能。各核心监测节点涉及养殖场节点、生产与加工线节点、仓库与配送节点、消费节点，实现各节点数据采集和信息链连接，并使各环节可视。一种数据中心与基本构架平台：一种中心为食品供应链及安全生产监管数据管理中心，本中心是构建于基本支撑平台RFID之上管理平台。图10. 系统构造图2.2.4 系统设计本设计方案重要涉及两个系统：溯源管理系统和电子标记系统。（1）全程溯源管理系统：提供整个业务流程

29、中数据记录、查询功能，从而解决禽类溯源问题。（2）RFID电子标记系统：重要标记禽类及其产品身份，以及与“溯源管理系统”中数据相应；并检查在产地检查检疫工作和外地检查检疫工作中检查检疫对象与否统一，从而保证溯源有效性。全程溯源管理系统功能全程溯源管理系统功能重要涉及：中心数据库系统、养殖场饲养管理信息系统、安全生产与加工管理系统、食品供应链管理系统、消费终端查询系统、检查检疫与监控系统、食品安全公共信息服务平台系统等构成。（1）中心数据库系统功能重要涉及：中心数据库重要涉及：食品分类库及样品库、食品有关监管与生产单位等基本数据、食品安全原则与安全指标、食品生产与管理信息、食品安全监测与检测数据

30、、管理服务系统等。（2）养殖场饲养管理信息系统功能重要涉及：生产原料管理、生产过程管理、实验室管理、出场管理、脚环管理、综合查询、基本数据维护等。（3）安全生产与加工管理系统功能重要是：为养殖场食品进行生产加工进行信息管理。在生产与加工环节中，将养殖环节中电子标签所标记信息传递入生产加工环节信息链，按管理原则与规范采集生产加工不同节点上信息，通过电子标签唯一标记，并将该信息传送到物流配送环节中。（4）供应链管理系统：重要为仓储和物流配送进行信息管理，通过RFID技术在生产加工及商店供应链中建立追溯系统。（5）消费终端查询系统：在食品进入终端销售时，消费者可以查询食品有关信息。（6）6. 检疫监控系统：不但在养殖、生产加工过程进行检查检疫，基于RFID技术检疫监控还可以在道口使用，并将监控链延伸到超市。RFID电子标记系统P149 图 6-18.