1、ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 026智能养殖场网络设计及仿真陈瑞志，吴克俭，李春红，欧阳斌，连端(湛江科技学院 智能制造学院，广东 湛江 524094)摘要:针对智能养殖场网络系统需求进行规划设计，利用智能手机或 PC 机等终端设备，通过按下远程按钮来完成关闭和打开养殖场电子设备的监控。利用思科网络模拟器建立智能养殖场网络系统模型;运用多种传感器、物联网服务器、无
2、线网关和微处理器等组成智能养殖场网络系统，便捷地监视和控制电子设备，实现和测试该系统各种功能，达到良好的效果。在优化养殖场生产、管理，提高养殖场能源利用和工作效率，降低人工成本等方面提供参考。关键词:智能控制;传感器;网络仿真;物联网;智能农场中图分类号:TP 391.9文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0132 04Network Design and Simulation of Intelligent FarmCHEN uizhi，WU Kejian，LI Chunhong，OUYANG Bin，LIAN Duan(Intelligent Manufacturin
3、g College，Zhanjiang University of Science and Technology，Zhanjiang 524094，Guangdong，China)Abstract:This paper analyzes the network system requirements and planning design of intelligent farm，it makes use ofterminal devices such as smart phones or PC computers to complete the monitoring of closing an
4、d opening the electronicequipment of the farm by pressing the switch or remote button We use Cisco Network Simulator to establish thesimulation intelligent farm network system model，and use a variety of sensors，Internet of Things servers，wirelessgateways，microprocessors and other components of the i
5、ntelligent farm network system，to conveniently monitor andcontrol of electronic equipment It realizes and tests various functions of the system，and achieves good resultsTherefore，it can provide a good reference for optimizing the production and management of the farm，improving theenergy utilization
6、and working efficiency of the farm，and reducing the cost of artificial useKey words:intelligent control;sensors;network simulation;internet of things;intelligent farm收稿日期:2022-11-08基金项目:2019 年度广东高校科研平台和项目(特色创新类项目)(2019KTSCX239);2018 年度广东海洋大学寸金学院重点学科建设项目与科研专利项目(CJZL2019001):2021 年度湛江科技学院“品牌提升计划”校级教学团
7、队项目(PPJH202102JXTD);2019 年第二批教育部产学合作协同育人项目(201902272054);2020 年度广东省教育科学“十三五”规划研究项目(2020GXJK462)。作者简介:陈瑞志(1981 )，男，湖南郴州人，硕士，副教授，主要研究方向为网络通信安全、网络仿真等。Tel:13726923310;E-mail:chenruizhi520163 com0引言养殖场作为禽畜生产的主要场所，其环境卫生等直接影响家禽家畜的健康生长以及产出的禽畜肉质的品质。国内外对食品安全越来越重视，对食品的品质提出更高的要求。肉食品的生产过程、运输、销售等环节，一旦出现问题，可以追溯肉食生
8、产的各个环节，便于追究问责，这将大大提高肉食品信息的透明度，增强肉食品的安全。禽畜产品在饲养、运输、屠宰、入市的各个关键环节，需要有人负责快速录入相关信息;以供消费者查询;基于物联网接入各种传感器、智能控制设备、射频识别(FID)、物联网服务器(IOT 服务器)等，为上述需求提供了解决方案。国内外学者做了大量研究，文献 1-2 中进行了一些智能家居开发，以监视或控制家庭中的电子设备，使用 SMS 网关和蓝牙完成传第 1 期陈瑞志，等:智能养殖场网络设计及仿真输媒体，在创建或构建智能家居系统时不能最大程度提高对家庭电子设备的监视或控制能力。文献 3-4中通过网关设备连接家庭某些电子设备，提升家庭
9、生活的 舒 适 性、安 全 性。文 献7中 介 绍 一 种 以TMS320F2812 DSP 芯片为核心，对大棚的温度、湿度、光照度等农作物生长条件数据进行采集，同时进行相应的控制调整，使大棚环境始终保持在一个稳定的状态，以满足大棚内农作物生长的实际需要。实物研究及实验存在周期长、投入资金多等问题，利用仿真进行无线网络研究6 以及便捷地构建各种不同需求的应用场景，提高实验和研究完成进程。文献 9 中利用多种仿真软件构造多元化满足多需求的综合网络实验室。文献 10-14中基于 Cisco packettracer(PT)在网络仿真教学、网络工程项目仿真等方面进行网络仿真，效果良好。文献 5 中通
10、过 PT 仿真构建智能家居网络，实现对多个电子设备的智能控制。本文通过对智能禽畜养殖场需求分析和规划设计，利用 PT 构建养殖场网络仿真系统，实现智能禽畜养殖场的基本功能，对于优化养殖场生产、管理，提高养殖场能源利用和工作效率，降低人工使用成本等方面具有重要意义。1智能养殖场需求分析智能养殖场网络，场址条件、禽畜种类、养殖规模、生产工艺流程、禽畜养殖场总平面、种植的植物与禽畜数量的比例关系，各种环境因素光照、温湿度等对禽畜生长、健康、生殖等具体有多大的影响，这里不做研究，读者可以参考文献 15 等。智能养殖场需要的主要设施设备，包括饲养、饮水(自动喂料系统、饮水器、水位传感器等)、粪污处理、通
11、风(送风机、自动门窗等)、加湿干燥(加湿器、干燥剂等)、加热降温(红外灯局部供热或暖气全栋供暖、空调)，照明，环境自动监控(各种环境指标监测传感器、继电器和相应的自动化控制设备)，空气净化，防火及自动报警、视频监控和各种福利娱乐玩具设备等。养殖产品在生产、运输、销售过程中的信息采集、传送、存取和查询，需要综合应用传感器、计算机网络、嵌入式开发、智能终端 APP 开发、二维码与射频识别和数据库等技术。通过使用本地或远程控制所有电子设备:照明，网络摄像头、门窗，风扇、空调、加湿器、浇灌(喷洒)和各种监控环境指标的传感器，可通过家庭网关或 IOT 服务器，进行远程监控。也可使用嵌入式开发技术预设条件
12、指令，让微处理器或单片机智能自动控制。智能养殖场服务器，能允许特定的用户通过因特网连接，随时随地安全访问并远程监控养殖场电子设备的运行。2智能养殖场网络设计智能养殖场网络系统，应具备智能监控养殖场生产管理，养场内动植物生长、生活环境的各项指标，为后期禽畜运输、销售提供个体标识和认证等功能。养殖场主要场景分为室内、室外、禽畜标识和安全访问等。室内室内是禽畜主要的休息场所。室内的空间的大小和环境直接影响着禽畜是否能正常休息和生长，最终将影响其产量和效率。养殖场室内温湿度、恶臭气体、气压等应能自动调节在适合禽畜生活的范围;使用温湿度传感器和一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)传感器实时监视温湿度和空
13、气情况，利用空调、加湿器、抽湿机、空气净化器等自动或人工控制、远程或本地控制，使得室内环境指标达到适合禽畜生活的最佳范围;利用气压监视器实时监控大气气压。室内的防火、通风等设备等影响着禽畜生活的安全，利用烟雾传感器监视室内烟雾的情况，并自动智能打开灭火装置;利用网络摄像头监视禽畜生活的实时画面，传输至服务器存储，也可以提供远程手机端随时随地监控。室外室外是禽畜活动的主要场所。室外的空间大小、空气的质量、光照、恶臭气体、气压、卫生等环境因素对禽畜的生长、健康、生殖等至关重要，是影响禽畜肉质产出重要的因素;是禽畜健康生长，提高免疫力，避免个体过度肥胖，减少病毒侵袭的成功概率，从而减少发病率。禽畜的
14、运动量通过佩戴的运动传感器，可监控其心率、呼吸等。室外环境的绿化、草被等通过传感器监控土壤环境指标，根据需要自动控制洒水装置或通知管理员施肥浇水。禽畜个体标识和认证牛羊等禽畜的身份标识，通过牛羊耳标的 FID 电子标签或二维码等标识存储牛羊的身份、养殖场、养殖人等信息，记录该牛羊从饲养、出栏、运输以及销售各个环节的信息。疫苗注射情况，预防病毒感染引发各种疾病:禽流感、猪流感，甚至瘟疫。阅读器，了解牛羊从生产、养殖、运输、屠宰、销售的整个过程。远程安全访问IOT 服务器主要是提供有相关权限用户登录，用以远程监控智能养殖场的设备和信息，安全性要求较高，除了分配分级用户权限和资源及其认证外，还可通过
15、虚拟专用网络(VPN)接入，同时配合防火墙限制进入 IOT 服务器的内外网段，这种方法可不用做静态 NAT，减少公有 IP 地址的使用。3智能养殖场网络模型的构建与仿真3.1仿真实现概述根据智能养殖场的规划设计，确定网络设备、连接介质和各种物件(系统里没有的设备或物件，可以通331第 42 卷过 Generic sensor、Thing 等进行改造，包括外观、属性及功能(功能的调整需要编程);选择相应的设备和物件拖放至主活动区，连接好物件和设备，其中智能设备可以直接连接智能网关，传统设备因为没有网卡，需要IOT custom cable(物联网定制电缆线)，连接其数据接口与 MCU，通过 MU
16、C 连接智能网关，形成初步仿真模型。按照规划设置好各个网络设备接口、终端设备、物件的 IP 地址。理顺各子系统或功能模块需要的设备和物件以及它们之间的内在联系和逻辑关系;把远程监控设备和物件分组注册到智能网关和 IOT 服务器上。配置好相应的网络设备功能。通过手机 APP 的编程，实现智能终端的特制功能;实现子系统内各物件之间以及各子系统之间的交互。3.2仿真实现物联网智能养殖场网络仿真，可利用 PT 7.2 及以上版本来实现，如图 1 所示。构建智能养殖场网络连接核心是网关，它充当传输媒体与外部网络连接，提供路由;IOT 服务器是物联网智能养殖场网络的数据中心，和智能网关类似，服务器也可控制和监视电子设备的接口以及一些要自动控制设备设置的条件;同时，可让授权用户，根据账号分配不同权限，监控相应电子设备等资源;随时随地访问 IOT 服务器，外网远程用户可通过物联网服务器的 NAT 静态映射或 VPN 专线接入来访问。其他的一些设备有各种传感器、微处理器、网络摄像头、风扇、加湿器、音乐播放器、音响、空调、FID 阅读器等。还有一些传感器或物件，软件里尚未提供，也可以通用传感器、通用环境传