CN108156222A - 一种基于养殖物联网的网关***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物养殖领域，具体涉及一种基于养殖物联网的网关***及方法。包括养殖现场智能设备单元，用于获取养殖现场各智能设备的实时数据信息；网关设备单元，对各智能设备的实时数据信息进行整合；后台数据处理单元，用于对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。本发明接入设备支持广，接入量大，扩展性高，统一智能设备的接入方式，保证养殖场内的数据互通，实现智能设备的快速接入，保证数据现场采集的有效性，准确性，完善的后台配置，后台数据分析查看等功能。
Description
技术领域
本发明涉及动物养殖领域，具体涉及一种基于养殖物联网的网关***及方法。
背景技术
我国是养猪大国，改革开放以来集约化程度越来越高，但仍然以散养为主。
目前，集约化养猪公司普遍采用“公司+养户”的生产模式，公司对养猪的生成管理数据主要通过人工录入，技术员下乡调查获取。这种传统的方式不仅让信息的获取、传递与汇总存在严重的滞后现象，而且，对分布面广、数量众多的养户，也难以保障信息的准确性与可靠性，对异常情况也无法作出及时的应对处置。
同时，现代化养殖设备也在养殖户中逐渐推广与使用(如智能环控电箱，智能母猪饲喂器，料塔称重***，料线***，刮粪***等)，各***如何互相通讯，交互信息，避免信息孤岛也是急需解决的问题。现有技术存在以下技术问题：
1、信息的采集、传递与汇总滞后；
2、对分布面广、数量众多的养户，也难以保障信息的准确性与可靠性，对异常情况也无法作出及时的应对处置；
3、人工数据分析，难以满足不同管理者需要，效率低下，耗时间。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提出一种基于养殖物联网的网关***，所述***包括：养殖现场智能设备单元、网关设备单元、后台数据处理单元；
养殖现场智能设备单元，用于获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
网关设备单元，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
后台数据处理单元，用于对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
进一步地，所述智能设备为相同或不同通信协议的各种养殖现场设备。
进一步地，所述网关设备单元包含至少一种对接方式与各种智能养殖设备进行硬件上的对接；
相应地，所述网关设备单元软件架构上采用解耦设计；
相应地，所述网关设备单元包括：协议解析模块、***配置模块、Mqtt连接模块；
协议解析模块，采用对应型号的解析方法对智能设备的二进制数据进行分析，并将读出来的二进制数据转换为标准的可读性的json格式数据；
***配置模块，接收网页发送过来的resetful api请求，根据api的url格式进行路由解析；
相应地，***配置模块还用于对改智能电表的参数进行配置；
Mqtt连接模块，用于与后台服务器进行长连接，同时将接收到的协议包进行json序列化，并发送到mqtt服务器上；
相应地，Mqtt连接模块还用于对数据异常实时报警。
进一步地，所述对接方式为485总线或LORA无线传输或232串口。
进一步地，所述实时数据信息包括：用电量，采食量，温湿度，用水量；
所述用电量不高于10000kw/h；
所述采食量不高于10000kg；
温度范围为-20℃～200℃；
湿度范围为10％RH～100％RH；
用水量不高于9千万m3。
进一步地，所述后台数据处理单元，还用于对网关设备进行状态查看，配置修改。
为达到上述目的，本发明还提出一种基于养殖物联网的网关方法，具体包括如下步骤：
S1，获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
S2，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
S3，对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
进一步地，所述方法还包括：
于步骤S2中，对改智能电表的参数进行配置；
对数据异常实时报警。
进一步地，所述方法还包括：
于步骤S3中，对网关设备进行状态查看，配置修改。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、接入设备支持广，接入量大，电表水表，智能环控器都可以一起接入。
2、扩展性高，如接入设备不支持可以进行简单的开发接入。
3、上层应用易接入，该网关使用mqtt软件架构，保证连接稳定性的同时也易于上层应用的数据引用。
统一智能设备的接入方式，保证养殖场内的数据互通。实现智能设备的快速接入，保证数据现场采集的有效性，准确性，完善的后台配置，后台数据分析查看等功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明***框架示意图；
图2为本发明一种基于养殖物联网的网关***流程示意图；
图3为本发明方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
如图1所示，一种基于养殖物联网的网关***，具体包括：养殖现场智能设备单元、网关设备单元、后台数据处理单元；
养殖现场智能设备单元，用于获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
网关设备单元，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
后台数据处理单元，用于对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
在本实施方式中，所述智能设备为相同或不同通信协议的各种养殖现场设备；
在本实施方式中，所述网关设备单元包含至少一种对接方式与各种智能养殖设备进行硬件上的对接；
所述网关设备单元软件架构上采用解耦设计；
如图2所示，所述网关设备单元包括：协议解析模块、***配置模块、Mqtt连接模块；
协议解析模块，采用对应型号的解析方法对智能设备的二进制数据进行分析，并将读出来的二进制数据转换为标准的可读性的json格式数据；
***配置模块，接收网页发送过来的resetful api请求，根据api的url格式进行路由解析；
相应地，***配置模块还用于对智能电表的参数进行配置；
Mqtt连接模块，用于与后台服务器进行长连接，同时将接收到的协议包进行json序列化，并发送到mqtt服务器上；
相应地，Mqtt连接模块还用于对数据异常实时报警。
在本实施方式中，所述对接方式为485总线或LORA无线传输或232串口；
在本实施方式中，所述实时数据信息包括：用电量，采食量，温湿度，用水量；
所述用电量不高于10000kw/h；
所述采食量不高于10000kg；
温度范围为-20℃～200℃；
湿度范围为10％RH～100％RH；
用水量不高于最大9千万m3。
在本实施方式中，所述后台数据处理单元，还用于对网关设备进行状态查看，配置修改。
本发明结合当前养殖智能化，精细化的需求，采用最新的物联网技术，嵌入式软硬件，物联网云平台，为养殖户提供一套完整的设备接入与管理，数据上报的解决方案。同时提供了一套完整的智能设备接入方式，实现设备与设备间的互相通信。
养殖现场智能设备随着智能化，精细化理念的认可在养殖现场也开始大量使用(如智能水表，智能电表，自动喂料***，自动环控***等)，网关设备单元的养殖物联网网关技术将会通过485总线或LORA无线传输或232串口等方式与各种智能养殖设备进行硬件上的对接。
养殖场智能设备通常具有各厂家定义出来的通信协议，通信协议各不相同导致设备与设备间，后台应用与设备间不能实现数据通信。网关设备单元的养殖物联网网关技术将各厂家的协议格式进行再解析，并统一为json格式，通过网关的中转，实现了设备与设备，设备与后台的互相通信。
网关设备为用户提供配置功能，用户或后台服务通过网关的配置功能可以间接实现对智能设备的配置。同时通过配置模块，用户也可对网关的运行参数，运行方式进行调整。
网关设备会与中心mqtt服务器进行长连接，并定时与mqtt服务器进行通信，将养殖现场最新的数据上传到mqtt服务器上。同时通过mqtt服务器，网关可以接收到控制指令实现对现场智能设备进行远程控制与配置。
对于网关设备及其连接的智能设备，后台数据处理单元的后台模块实现了对其的总体管理与设置，通过后台管理***我们可以对网关设备进行状态查看，配置修改。
当用户安装完成智能电表后(通过智能电表用户可以实时查看当前用电功率与用电量)，通过485串口线将网关设备单元(简称网关)与电表连接起来(如有多个电表可以用网关进行多个接入)，接入后，网关设备会启用协议解析模块对智能电表进行型号询问，当智能电表有回复时，协议解析模块就能知道当前连接的电表数量与具体的型号，并在网关内部进行记录。协议解析模块还会对根据接入的电表型号采用对应的通信协议，并最终将电表的通信协议转化为标准的json格式供其他模块使用。
经过标准的协议转换后，上层应用已经可以使用同一套json协议控制各种型号设备。当用户需要对电表设备进行个性化配置时(如配置上传数据间隔，异常报警范围等)，用户可以使用***配置模块对智能电表的参数进行配置。***配置模块将采用经过协议转换模块得到的统一的通信接口进行参数配置。
当用户对电表进行配置后，mqtt连接模块将会根据配置值(如上传间隔，异常报警范围等)进行自动的数据上报。将电量根据配置值定时发送到云端的mqtt服务器上，同时一旦有报警要求(如当前用电功率超出预警值)mqtt连接模块也会马上上报报警信息。
电表数据发送到云端的mqtt服务器后，将可以被各种应用进行采用，如养户实时环境监控***，如设备预警***。Mqtt服务器将数据暴露给各个应用***，只要有业务的需要都可以让mqtt服务器提供需要的数据。
网关的软件构成由协议解析模块，***配置模块，mqtt连接模块组成，在软件构成上是互相独立的进程，在软件架构上采用解耦设计。
协议解析模块：协议解析模块集成了水表电表料塔温湿度等的支持型号的自定义协议，该模块通过485，无线接口等方式读取外接的水表，电表等设备得到其二进制数组。通过对二进制数据采用对应型号的解析方法，将读出来的二进制数据转换为标准的可读性的json格式数据。
***配置模块：***配置模块为网关提供一个web页面(类似于路由器的配置页面)，通过浏览器登录web页面后可以对网关的内部参数进行更改。配置模块接收到网页发送过来的resetful api请求，根据api的url格式进行路由解析实现不同的配置功能。
Mqtt连接模块：该模块负责与后台服务器进行长连接，mqtt连接模块会与后台进行一个长连接，使用在物联网应用中常用的mqtt协议。并且通过定时的心跳监测，实现mqtt连接断开后的重连，实现24小时不掉线。该模块会将发送过来的协议包进行json序列化，并发送到mqtt服务器上。该模块会通过mqtt服务器进行频道订阅，实时响应服务端的请求。
水表，电表等数据通过网关使用mqtt协议发送到后台服务器后(即后台数据处理单元)，后台应用(后台应用数量不限，根据业务需求可无限扩展或定制开发)将使用kafaka进行消息队列处理(避免高并发下的堵塞)，对于时间密集的数据，***将数据保存到时间序列数据库influxdb上，时间序列数据库将数据在时间维度上进行归档。对于数据量少的数据，***将数据直接存储到mysql结构化数据库中。数据使用数据库进行保存后，当业务***需要数据时将可以从数据库上直接获取。
如图3所示，本发明还提供了一种基于养殖物联网的网关方法，具体包括如下步骤：
S1，获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
S2，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
S3，对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
在本实施方式中，所述方法还包括：
于步骤S2中，对智能电表的参数进行配置；
对数据异常实时报警。
在本实施方式中，所述方法还包括：
于步骤S3中，对网关设备进行状态查看，配置修改。。
本发明保证了数据采集的可靠性。***通过应用物联网最新技术手段，对养殖场内的生产数据进行自动采集，确保数据的真实性与可靠性。
本发明提高了数据提交的实时性。生产管理数据通过网关进行定时的上报，使公司的生产管理人员能够及时掌握养殖户的生产状态，发现安全隐患，避免生产管理的滞后。
本发明提高了生产过程指导与管理的科学性。将行业专家的关于饲养、饲料、疾病等方面丰富经验抽取后存于知识库中，建立一个应用于移动终端的专家***，对技术人员现场处置所发现问题提供及时有效的指导，从而提高了生产过程指导与管理的科学性。
本发明实现养殖场内各智能设备的信息互通。随着智能化养殖的普及，养殖场内智能设备的使用也逐渐为养殖户所接受，如智能环控电箱，智能电表，智能水表等，但各智能设备不能互相调用其他设备信息，通过养殖物联网网关技术将实现设备与设备间的信息互通。
本发明通过大量采取各种智能化手段，结合最新的物联网技术，在不增加有关人员工作负担的基础上，可有效地解决现场养殖数据的采集与上报，同时也有助于提高养户的生产管理水平，对提高公司的整体生产管理水平、提高公司与农户双方的效益都有显著的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，所述***包括：养殖现场智能设备单元、网关设备单元、后台数据处理单元；
养殖现场智能设备单元，用于获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
网关设备单元，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
后台数据处理单元，用于对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
2.根据权利要求1所述一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，所述智能设备为相同或不同通信协议的各种养殖现场设备。
3.根据权利要求1所述一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，
所述网关设备单元包含至少一种对接方式与各种智能养殖设备进行硬件上的对接；
相应地，所述网关设备单元软件架构上采用解耦设计；
相应地，所述网关设备单元包括：协议解析模块、***配置模块、Mqtt连接模块；
协议解析模块，采用对应型号的解析方法对智能设备的二进制数据进行分析，并将读出来的二进制数据转换为标准的可读性的json格式数据；
***配置模块，接收网页发送过来的resetful api请求，根据api的url格式进行路由解析；
相应地，***配置模块还用于对智能电表的参数进行配置；
Mqtt连接模块，用于与后台服务器进行长连接，同时将接收到的协议包进行json序列化，并发送到mqtt服务器上；
相应地，Mqtt连接模块还用于对数据异常实时报警。
4.根据权利要求3所述一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，所述对接方式为485总线或LORA无线传输或232串口。
5.根据权利要求1所述一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，所述实时数据信息包括：用电量，采食量，温湿度，用水量；
所述用电量不高于10000kw/h；
所述采食量不高于10000kg；
温度范围为-20℃～200℃；
湿度范围为10％RH～100％RH；
用水量不高于9千万m3。
6.根据权利要求1所述一种基于养殖物联网的网关***，其特征在于，所述后台数据处理单元，还用于对网关设备进行状态查看，配置修改。
7.一种基于养殖物联网的网关方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，获取养殖现场各智能设备的实时数据信息，上传至网关设备单元；
S2，对各智能设备的实时数据信息进行整合，发送到后台数据处理单元；
S3，对整合后的养殖现场实时数据信息进行队列处理并储存。
8.根据权利要求7所述一种基于养殖物联网的网关的方法，其特征在于，所述方法还包括：
于步骤S2中，对智能电表的参数进行配置；
对数据异常实时报警。
9.根据权利要求7所述一种基于养殖物联网的网关的方法，其特征在于，所述方法还包括：
于步骤S3中，对网关设备进行状态查看，配置修改。
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