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基于新型物联网的蚕室环境管理系统设计与应用

更新时间：2019-12-19 22:03:09 大小：399K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网蚕室环境管理系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

从江苏省养蚕、制种生产环境调控和物联网技术应用的现状出发,针对现有农业模式的弊端以及农业物联网控制环节的滞后性,设计一种基于深度学习的物联网蚕室环境管理系统.利用神经网络结合CNN深度学习算法对数据样本不断学习训练,除了实现远程智能控制、信息共享外,最重要的是不仅实现了对蚕桑环境因子的进一步精确整定,还提高了整个系统的快速响应能力以及鲁棒性.

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V01．36 No．6

Jun．2019

第36卷第6期

2019年6月

计算机应用与软件

and Software

Computer Applications

基于新型物联网的蚕室环境管理系统设计与应用

孙孝龙1 吴洪昊1 周卫阳2 施建军3

(江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院江苏盐城22405

2(江苏省蚕种管理所江苏无锡214151)

3(盐城思源网络科技有限公司江苏盐城224005)

摘要

从江苏省养蚕、制种生产环境调控和物联网技术应用的现状出发，针对现有农业模式的弊端以及农业

物联网控制环节的滞后性，设计一种基于深度学习的物联网蚕室环境管理系统。利用神经网络结合CNN深度学

习算法对数据样本不断学习训练，除了实现远程智能控制、信息共享外，最重要的是不仅实现了对蚕桑环境因子

的进一步精确整定，还提高了整个系统的快速响应能力以及鲁棒性。

关键词

物联网蚕室环境管理系统深度学习

DOI：10．3969／j．issn．1000—386x．2019．06．01¹

中图分类号TP3

文献标识码A

DESIGN AND APPLICATIoN OF SILKWoRMENVIRoNMENT

MANAGEMENTSYSTEM BASED oNNEWINTERNET oF THINGS

Sun

Shi

Zhou

Xiaolon91

Branch

Hongha01

Weiyan92

Jianjun3

Union Technical

7(Yaneheng Bioengineering

ofJiangsu

Institute，Yaneheng 224051，Jiangsu，China)

Silkworm

2(Jiangsu

Breeding Management Of甑ce，Wuxi 214151，Jiangsu，China)

Network

3(Yaneheng Siyuan

Technology Co．，Ltd．，Yancheng 224005，Jiangsu，China)

Abstract

from the current situation of

at the

environment

and the

model and the of the

lag

Starting

of IoT in

sericuhure，seed production

drawbacks of the

regulation

application

Jiangsu Province，aiming

existing agricultural

control link of the IoT in

an IoT silkworm room environment

based

agriculture，this paper designed

management system

used neural network combined with CNN

to train data

deep learning．We

deep learning algorithm

most

samples

to realize remote

control and information

is not

to achieve

only

continuously

intelligent

shanng．The

important thing

the and

rapid response ability

further

of environmental factors in silkworm

also to

room，but

precise tuning

improve

robustness of the whole _system．

IoT Silkworm environment

Keywords

Management

system Deep leaning

用，它以实际数据为基础，以生物的科学知识为依据，

能有效规避传统农业生产过程中的盲目性，实现生产

过程的智能化控制和科学化管理，进而提高农业资源

利用率和劳动生产率¨ 。J。本设计所指的蚕室环境主

要指催青、小蚕共育、大蚕饲育、上蔟保护、杂交制种、

蚕种保护与冷藏等蚕桑生产所需的室、棚、库等环境。

传统方式对蚕室温度、湿度、光照、气流以及家蚕生长

引

言

物联网是继计算机、互联网和移动通信发展之后

世界信息产业第三次革命的核心技术，是国家重点发

展的战略新兴产业之一。农业物联网技术在大田种

植、棚室栽培、畜禽水产养殖等领域有十分重要的应

收稿Et期：2018—11—14。国家职业教育数字化资源共建共享计划项目(ZYWZ201101)；科技部“十二五”农村领域科技计划项目

(2013GA690067)；江苏省“333”人才培养工程2014年项目(BRA2014318)；江苏省科技厅2010年农业科技支撑计划项目(BE2010304)；

江苏省2015年农业三新工程项目(SXGC[2015]187)。孙孝龙，副教授，主研领域：蚕桑技术，农业信息化。吴洪昊，硕士生。周卫

阳，研究员。施建军，工程师。

万方数据

第6期

孙孝龙等：基于新型物联网的蚕室环境管理系统设计与应用

发育进程等环境进行的观察与调控，完全依靠人工进

行调节、记录和监管，经常会出现环境因子波动幅度

大、过程记载不清、监管失控等生产事故。随着农业科

技的快速发展，蚕桑产业转型升级、结构调整进程加

快，劳动力紧张、人员老化、生产效益低下等问题越来

越突出，这种蚕室环境调节与监控的手段与现代农业

发展格格不入，严重制约着当前蚕桑产业发展的迫切

需求。本研究基于物联网技术，设计蚕室环境管理系

统，为蚕桑生产工厂化、精准化、智能化提供科技

服务‘4。5]。

图l 基于新型物联网的蚕室环境管理系统框架图

系统根据养蚕和蚕种生产管理的工作特点，通过

选取适宜的电子传感器，将家蚕生长发育实况，室内、

外温、湿度变化，光照强度，气流速度，CO：浓度，CO、

NH，、SO：等有害气体浓度等环境因子进行感知采集，

通过网络传输到计算机控制中心，再通过数据分析和

处理，将结果信息反馈到计算机界面或手机终端。用

户可以实时现场或远程进行观察、查询、监视、调控、咨

询、日志管理、产品质量追溯。该系统能对催青、小蚕

共育、大蚕饲育、上蔟保护、蚕种保护与冷藏等生产环

境进行智能监控管理。系统具有很强的可扩展性，使

用物联网技术，养蚕基地无需自己建立数据库服务器，

可通过专业的网络数据中心(政府或公司的)同时管

理辖区内若干个基地的情况，每个基地可安装若干个

传感器。各基地的管理人员可通过Pc或手机上网查

看管理基地的生产情况，增减、设置、调整相关蚕室环

境的报警参数和维护自己的生产记录。

蚕室环境参数及特点

蚕室的环境因子主要包括蚕室内、外温度，内、外

湿度，光照强度，气流速度、CO：浓度，CO、NH，、SO：等

有害气体浓度等。通常条件下，蚕室经常会遭受大风、

连阴雨、高温、闷热、冷空气、污染气体等不利环境条

件，造成养蚕或制种生产遭受严重影响，导致蚕茧、蚕

种减产甚至绝收。而采用物联网技术，运用信息管理

模式，蚕室环境参数通过各类设备智能调控，能保证养

蚕生产、蚕种生产在适宜的环境条件水平，不仅省力省

工、生产安全，而且能有效提高蚕茧、蚕种的产量和质

量。蚕室环境中需要调控的因子主要为温度、湿度、光

照强度、CO：浓度、气流速度、调控实况和有关有害气

体浓度等。根据养蚕或蚕种生产环境要求，设定主要

环境因子的参数阈值和告警上下限，确保生产安全、稳

定、优质。

2．2

系统设计

管理系统基于B／S结构设计，采用Winform应用

程序，运用WebService技术实现网站数据库和Win—

form数据库的共享。系统包括环境数据采集、数据传

输、数据处理、操作应用四个模块，每个模块完成相应

的功能∞“o。

2方案设计

2．1

总体方案

根据蚕室环境调控目标及参数特点，以物联网技

术为依托，设计蚕室环境信息管理系统，实现蚕室环境

参数的全面感知、精准传输和智能处理。系统综合运

用信息管理、自动监测、动态模拟、虚拟现实、精确控

制、网络通信等现代信息技术，以蚕室环境要素与工作

过程的信息化为主要研究目标，通过解决环境的信息

化管理、状态的自动化监测、过程的数字化模拟、系统

的可视化设计、知识的模型化表达以及管理的精准化

控制等实际问题，构建蚕室环境管理系统框架(图1)。

并通过筛选支撑物联网应用的设备和仪器，实现蚕室

环境监测、预测、设计、管理、控制的数字化、精确化、可

视化、网络化，从而提升现代蚕桑业的综合管理水平和

核心生产力。

2．2．1数据采集模块

数据采集主要负责蚕室环境内、外温、湿度，光照

强度，气流速度，CO：浓度，CO、NH，、SO：等有害气体

浓度等数据的感知、采集和控制。该模块主要包括

RTU设备和环境因子传感器，如温、湿度传感器、光照

幅度传感器，CO：传感器、气流速度传感器等，采集产

生0—5

V的数据值，并进行数据初步分析。用户可对

各参数预设报警值，当采集的现场参数达到报警值时，

蚕室管理者可获得手机报警，以便对蚕室环境及时调

控、维护。

2．2．2数据传输模块

作用于数据感知、数据分析和操作应用之间的信

万方数据

2019．笨

计算机应用与软件

息传输，包括数据感知的设备有线或无线连接，与互联

网、通信网进行数据融合的网关，以及可以将底层感知

数据传输到应用层的互联网传输。数据传输模块设计

包括蚕室局域网和远程广域网，能够安全可靠并广泛

地互联，实现蚕室操作应用和远程用户对数据的获取

和决策命令的下达。远程局域网采用互联网及GSM

通讯相结合的技术，运用无线GPRS传输技术，使用移

动或联通网对所采集的数据进行实时、稳定的传输，并

送达计算机控制中心数据库。

照、气流、空气质量等多种对养蚕或蚕种生产影响显著

的环境因子，以及蚕室内各类连接设备的状态信息，也

可以通过视频在线，实时观察、记录到相关基地、各个

蚕室环境中家蚕、蚕种的生长发育状态，实现了无人化

值守、自动化调节、全程化日志、告警式督查。蚕室环

境参数、家蚕发育进程和辅助设备状态的相关信息，既

可以在现场控制系统界面显示，也可以在控制中心管

理平台获取，还可以通过网络浏览器或智能终端软件

查看。

2．2．3数据处理模块

3．2精准调节功能

控制中心的数据处理包括数据存储、数据分析、智

能控制、人机交换四个部分。数据存储提供建立蚕室

环境数据库和设备状态数据库，完成感知采集数据的

基本处理。数据处理通过采用软件补偿、分布图法和

取平均值法消除感知数据的误差影响，不仅完成数据

存储、添加、修改和查询，更实现了智能化分析、处理。

智能控制采用模糊控制策略和变结构模糊控制方法对

蚕室环境因子及参数进行智能控制，能获得良好的数

据精度。RTU设备将环境参数收集、存贮起来，并通

过无线GPRS网络实时传送和反馈给用户终端。基于

用户的智能化管理思维和蚕室环境自动化监控模式，

设计人机交互界面。控制中心将进程状态、数据监测、

调控指令等信息进行实时网络发送，并接收用户的反

馈信息进行相关调整；管理员通过电脑界面或管理终

端接收信息，进行相应的观察、监控、调整或咨询，并根

据管理具体情况，调整相关设置，维护系统运行，提高

管理系统的稳定性、及时性和精准性。

系统能通过多种调节方式维护蚕室环境在家蚕发

育的适宜水平。在满足现场进行手动控制调节的同

时，系统可以对蚕室环境参数进行智能调节控制。一

是在环境因子设置参数范围内，系统通过PLC读写，

运用模糊算法，自动调节辅助设备的运行状态，精准控

制蚕室环境因子水平的高低；二是针对温度、湿度，有

毒气体等监控关键因子。管理用户通过控制中心对监

控的信息发来的告警，通过远程平台或终端进行精准

调节。

3．3智能管理功能

管理系统通过计算机监控平台实现蚕室环境信息

的智能管理，完成蚕室环境控制的高效、安全、优质。

主要功能包括环境因子的参数设置、数据采集、状态监

测、数据传输、指令输出、数据管理、日志查询等。其

中，参数设置完成环境因子阈值的设置以及调节目标

值的设置；数据采集实现对感知数据的采集和存储；状

态监测实时监控家蚕发育进程以及辅助设备运行状

态；数据传输完成感知信息和反馈信息与控制中心的

双向传输；指令输出负责智能决策的下达和响应；数据

管理实现对数据的采集、传输、存储、查询、更新；日志

查询实现蚕室环境以及家蚕生长发育阶段的全程记

录、查询、追溯。

2．2．4操作应用模块

系统通过网络计算机界面或远程终端实现用户操

作应用。用户管理操作包括了数据查询、实时监控、控

制输出、参数设置、知识咨询和实时调控等。系统采用

AJAX图表实时显示技术，对所采集的数据全部存人

中心数据库，便于历史数据的查询和对数据曲线进行

分析显示。对连接在RTU设备上的蚕室农业装备，管

理人员可现场或远程进行开、关运行控制，并显示出当

前设备状态，实现了对蚕室环境的自动化控制。各基

地可分别使用不同的用户名和密码进人系统，实时查

看各自基地监控点的视频和蚕室环境数据，并可以实

时控制多个设备的开与关一J。

3．4专业咨询功能

系统把用户的需求问题转化为方便咨询的知识和

规则，建成养蚕、制种生产知识库，提供给管理信息平

台。管理用户可以通过网络浏览器或远程操作软件，

访问知识信息系统，接受知识查询、专家咨询、微视频

学习、在线答疑等专业化信息服务。

4实验与结果

系统功能

本系统分别在江苏省蚕种管理所(无锡蚕种冷

库)的蚕种催青室、江苏省如东县蚕桑站蚕桑示范户

(拼茶镇)的家蚕人工饲料共育室以及盐城生物工程

3．1

实时监控功能

系统可在线实时监控蚕室环境的温度、湿度、光

万方数据

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