[发明专利]一种应用于奶牛养殖环境监测的管理系统及方法

说明书

本发明属于智能监测技术管理领域，具体涉及一种应用于奶牛养殖环境的智能监测方法。本发明所提供的方法包括信息采集节点、网关和监测系统，所述采集节点与所述监测系统之间通过无线通信模块与其所属范围内的网关构建双向通信链路，所述无线通信模块是指蓝牙和Wi‑Fi通信模块。本发明设计分时连接机制轮询连接采集节点，增强了蓝牙通讯的稳定性，保障了数据传输的可靠性；分析数据变化趋势，所述采集节点的采样频率进行自适应调控，节省了节点的能耗；应用可视化工具库，搭建数据分析模块，增加了环境信息展示的直观性。相较于传统的监测方法，本发明降低了系统的开发、维护和使用难度，大幅提升监测方法的智能程度和实际应用效果。

【技术领域】本发明公开了一种应用于奶牛养殖环境监测的管理系统及方法，属于智能监测技术管理领域。

【背景技术】我国是传统的农业大国，有丰富的饲草饲料资源，随着经济持续快速发展，国人对鲜奶及奶制品的需求量逐年大幅增加。长期以来我国乳品产业链条各环节发展极不平衡，处于基础位置的奶牛养殖和原料奶生产环节远远落后于加工和销售等环节的发展，原料奶产量低质量差一直是我国奶业面临的制约发展的根源问题。

科学的养殖环境是保障原料奶品质的关键因素，利用现代化的物联网技术实时监测奶牛的养殖环境并对环境不利因素做出快速响应是现代畜牧业的首要任务。监测的环境数据是系统分析、决策并制定养殖模式的主要数据源和参数，养殖环境的改变对奶牛健康情况及产乳量的影响不容忽视。无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)以其组网自由、鲁棒性强的优势，被广泛应用于辅助农业生产、畜牧业环境监测等领域。但是由于功耗的限制，无线传感器网络的续航时间一直是一个难题。随着奶制品产量和质量需求的不断增加，设计方便快捷的奶牛养殖环境监测系统也更加迫切。

蓝牙5.0技术的到来提高了蓝牙的传输速度，增加了有效传输距离，进一步降低了蓝牙功耗。这使得蓝牙连接技术应用于奶牛养殖环境监测系统中的数据传输成为了可能。但是，蓝牙通讯技术处在ISM频段是一个开放频段，可能会受到诸如微波炉、无绳电话bai、科研仪器、工业或医疗设备的干扰。在实际应用中，采用星型网络组建局域网时，“一对多”的蓝牙通信通常存在不稳定因素，出现丢包漏包、重复断连的情况，导致系统通信不可靠。现有的技术方案多是应用采集节点的重传机制降低丢包率，该方法会引起较大的网络开销，缩短节点的工作寿命。如何在系统层面上利用智能决策和反馈机制动态调控节点的发送模式成为了智能监测领域现阶段亟待解决的问题。

另一方面，传统的C/S(Client/Server)架构适用面窄、用户群固定、维护成本高不适应于大规模无线传感器的监测系统。针对C/S架构的上述缺，B/S架构(Browser/Server)应运而生。该架构统一了客户端，用户不需要安装特定的客户端程序，只需要通过浏览器就可以监测系统，简化了系统的开发、维护和使用过程。该结构结合可视化工具构建数据分析模块，能够实现跨平台的更加直观、便捷的监测系统。

【发明内容】针对现有问题，结合最新技术，本发明提出一种适用于奶牛养殖环境的信息全自动采集、传输与可视化的监测方法，其核心内容为分时连接机制、采样周期自主调控机制和响应式布局技术，从而达到能耗降低、通信稳定和部署简单的效果。该方法主要包含以下内容。

(1)分时连接机制：服务器通过HTTP请求方式向网关下发连接或者断开指令，控制网关以轮询的方式依次连接或者断开奶牛养殖环境中部署的多个节点，依据节点上传数据包中包含的存储数据队列长度，在标准连接时长的基础上智能调控连接时长，如果队列长度过长，说明节点缓存内容较多，为该节点分配较长的连接时间，以供节点数据完全传送。该方法能够减少其他蓝牙设备带来的干扰，保障网关与当前连接节点的通信畅通，解决了蓝牙主机连接多个从设备时的频繁断连问题，增强通讯的稳定性和可靠性。具体步骤如下：

1)服务器根据数据库中工作的采样节点和网关数量预设分时连接轮询周期；

2)每个周期内服务器通过数据库中存储的节点MAC地址和网关编号，拼接HTTP请求并向网关发送，网关主动向指定节点发起连接请求；