一种用于养殖场的信息采集网络系统的制作方法

1.本实用新型一般地涉及物联网技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种用于养殖场的信息采集网络系统。


背景技术：

2.随着智能化养殖业的发展，其中所使用的新技术越来越多。例如在养猪领域，规模化、自动化和智能化的养殖方式逐步发展起来。随着养殖的自动化程度越来越高，猪场中使用的智能化设备也逐渐增加。智能化设备大多具备联网功能，为了实现网络连接，一般采用以太网、光纤网络等有线方式进行组网，也可以采用无线网络进行组网。
3.其中，有线网络是采用同轴电缆、双绞线和光纤来连接的计算机网络。同轴电缆网络和双绞线网络是常见的连网方式。有线网络的缺点是网线的铺设的工程量较大。对于现代化的猪场，其规模十分庞大，猪场内部设施多且辅助，因此需要的铺设工程量很大，也会产生较高的成本。
4.另外，有线网络还包括光纤网络，光纤网络中传输的是光信号，在网络的接收节点上，采用光电转换的方式，将光信号转换为电信号，从而能够被接收节点处理；在网络的发送节点上，采用电光转换的方式，将电信号转换为光信号，从而能够在光纤网络中传输。光纤网络的主要缺点是光纤成本高，对于大型的猪场，铺设费用过高。
5.作为有线网络的替代方式，还可以在猪场中应用的无线网络，例如可以采用无线局域网。无线局域网能够在短距离范围之内实现无线通信接入功能。目前而言，无线局域网络是以ieee学术组织的ieee802.11技术标准为基础。无线网络的缺点在于，网络稳定性较差，容易受到干扰。在猪场环境中，例如猪舍板下等较为恶劣的环境中，无线局域网的稳定性受到挑战。
6.综上所述，现有技术中，猪场的网络设计面临着有线网络成本高，无线网络稳定性差的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型提供了一种用于养殖场的信息采集网络系统，至少用于解决猪场内网络铺设成本高的问题。
8.一种用于养殖场的信息采集网络系统，所述养殖场的一个或多个养殖单元配置一个配电变压器，所述信息采集网络系统包括：每个所述配电变压器供电的电力线上，连接有一个集中器和一个以上的电力载波采集器，所述集中器用于收集各电力载波采集器所采集的信息；各采集器通过一个或多个交换机连接终端机；所述终端机设有用于接入互联网的接口，用于将各集中器收集的信息发送到互联网。
9.在一个实施例中，所述信息采集网络系统还包括后台计算机，所述后台计算机用于接入互联网。
10.在一个实施例中，所述电力载波采集器包括：第一耦合电路，用于连接电力线；第
一载波通信电路，连接所述第一耦合电路；第一控制电路，连接所述第一载波通信电路；采样电路，连接所述第一控制电路，用于采集养殖场内的信息。
11.在一个实施例中，所述第一载波通信电路包括：第一扩频通信芯片，连接所述第一控制电路；第一载波发送电路，连接所述第一扩频通信芯片和所述第一耦合电路；第一解调电路和第一载波接收电路，所述第一扩频通信芯片连接所述第一解调电路，所述第一解调电路连接所述第一载波接收电路，所述第一载波接收电路连接所述第一耦合电路。
12.在一个实施例中，所述集中器包括：第二耦合电路，用于连接电力线；第二载波通信电路，连接所述第二耦合电路；第二控制电路，连接所述第二载波通信电路；以太网接口，连接所述第二控制电路，用于与所述交换机连接。
13.在一个实施例中，所述第二载波通信电路包括：第二扩频通信芯片，连接所述第二控制电路；第二载波发送电路，连接所述第二扩频通信芯片和所述第二耦合电路；第二解调电路和第二载波接收电路，所述第二扩频通信芯片连接所述第二解调电路，所述第二解调电路连接所述第二载波接收电路，所述第二载波接收电路连接所述第二耦合电路。
14.在一个实施例中，所述采样电路包括环境温度传感器、环境湿度传感器、料位传感器、水位传感器、猪只体温传感器和配电箱温度传感器。
15.在一个实施例中，所述第一控制电路通过串口电路连接所述采样电路。
16.在一个实施例中，所述第一控制电路连接有短距离无线通信接口，用于收集移动机器人的信息。
17.在一个实施例中，所述短距离无线通信接口为2.ghz无线通信模块。
18.本实用新型采用电力线载波通信方式，利用了猪舍内已有的低压电网进行电力载波通信，因此能够大幅度降低铺设电缆或光纤的时间成本和设备成本。也就是说，由于不需要再进行电缆和光纤的铺设，能够大幅度地降低铺设成本，缩短铺设周期，同时也降低了维护成本。另外，电力载波通信相对于无线网络来说，其稳定性更高。综上，本实用新型不仅能够解决由于采用电缆和光纤网络带来的成本问题，还能够解决采用无线网络导致的网络稳定性差的问题。
附图说明
19.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
20.图1是一种楼房猪舍的平面布局示意图；
21.图2是根据本实用新型实施例的一种用于养殖场的信息采集网络系统结构图；
22.图3是根据本实用新型实施例的电力载波采集器结构图；
23.图4是根据本实用新型实施例的集中器结构图；
24.图5是一个实施例的电力载波采集器结构图；
25.图6是另一实施例的电力载波采集器结构图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要说明的是，以下实施例中将以猪场为例介绍本实用新型的技术方案；在其他实施例中，本实用新型的技术方案也可以用于其他养殖场，例如养牛场等禽畜饲养场。
28.随着猪场和猪舍的自动化程度和智能化程度的提高，其中的各种设备对网络的依赖程度也在提高。由于现代猪场的规模较大，采用有线网络需要花费大量成本用于电缆、光纤，以及电缆、光纤的铺设和维护。采用无线网络，又容易受到干扰，网络的稳定性较差。
29.为了解决上述问题，本实用新型的构思是：由于猪舍单元内部结构复杂，铺设难度大，因此以电力载波通信方式为主构建单元内的通信网络。同时与其他类型的网络相结合，完成整个猪场的网络布局，充分发挥各种网络的优势，使整个网络系统发挥最佳性能。
30.图1展示了一种楼房猪舍的平面布局。需要说明的是，这里展示的楼房猪舍仅是一个例子，本实用新型的技术方案不仅可以适用于楼房猪舍，也可以适用于平铺猪舍。如图1所示，楼房猪舍的一层中包括a区、b区、c区和d区，a区和b区相对设置，用于设置猪舍，c区和d区处于a区和b区之间，且相对设置，分别位于a区和b区的端部。a区、b区、c区和d区之间的空白部分表示天井。
31.图1中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9表示猪舍单元，每个猪舍单元包括多个养猪栏位。猪舍单元a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9依次并列排布。同理，b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9表示猪舍单元，猪舍单元b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9依次并列排布。
32.猪舍单元还包括板下部分，由于猪只生活在漏粪板上，板下会收集猪只的粪便。如图1所示，a11为a区猪舍的下粪口斜坡；同理，b11为b区的下粪口斜坡。猪舍的板上部分，各个单元之间是隔离的，而板下单元是连通的，板下单元之间设有通道。例如板下单元a1与板下单元a2之间的通道a12，板下单元a2与板下单元a3之间的通道a23，同理还包括通道a34、a45、a56、a67、a78、a89，以及b区猪舍板下单元之间的通道b12、b23、b34、b45、b56、b67、b78、b89。板下清粪机器人可以在这些通道内穿行。
33.图2展示了在图1所示的猪舍中布局的通信网络结构。为了清楚的目的，其中图2中还展示了后台计算机，后台计算机可以是pc或者服务器，或者云端计算机等位于远端的能够接入因特网的计算机或者服务器。
34.低压电力线载波通信，是利用低压电力配电线(380/220v)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后利用各种等级的电力线传输，接收信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到电力线宽带用户终端。
35.具体地，如图2所示，为了保证电力供应，每个单元均配置有配电变压器，用于为每个单元提供380/220v的低压交流电。利用380/220v的低压交流电，可以为单元内的各种电气设备和智能设备供电，例如照明灯，空调，机器人，饲喂装置等。
36.电力线载波通信方式，在跨越变压器时效果不佳，因此在如图2所示的实施例中，每个单元(即上述猪舍单元)均形成一个独立的网络。具体地，每个单元中，包括一个集中器，以及一个或多个电力载波采集器。集中器和电力载波采集器均连接同一配电变压器低压侧的低压线路中，电力载波采集器采集相应的信息，并且汇总到集中器中。
37.举例来说，如图2中，单元1中，包括集中器1、电力载波采集器11、电力载波采集器12和电力载波采集器13。集中器1、电力载波采集器11、电力载波采集器12和电力载波采集器13连接在配电变压器n1的低压侧(或者称为二次侧)。单元2中，包括集中器2、电力载波采集器21、电力载波采集器22和电力载波采集器23。集中器2、电力载波采集器21、电力载波采集器22和电力载波采集器23连接在配电变压器n2的低压侧。
38.图2中还画出了集中器3，集中器3用于单元3(未画出)，单元3的低压电力线也连接有一个或多个电力载波采集器(未画出)。同理，如图1中每个单元均设有相似的结构。
39.需要说明的是，以上实施例中，每个单元均设有一个配电变压器，因此每个单元对应设有一个集中器。在其他实施例中，还可以为两个或两个以上的单元设置一个配电变压器和一个集中器。也就是说，集中器的数量与配电变压器的数量相同，每个配电变压器供电的一个或多个单元使用一个集中器。
40.集中器具有网络接口，例如以太网接口，用于连接交换机。如图2所示，集中器1连接交换机a，集中器2和集中器3也连接到交换机a。图2中还示出了交换机b，同理交换机b也连接有多个集中器(图2中未示出)。在一个实施例中，交换机的数量与交换机所能够接入的集中器数量有关，具体可以根据现场实际情况进行选择和配置。
41.交换机连接到终端机，终端机可以采用工控机等计算机实现。如图2中，交换机a和交换机b连接终端机。终端机具有网络接口，能够接入互联网，从而能够与同样接入互联网的后台计算机通信连接。因此，每个单元的采集信息可以通过对应单元的集中器和交换机发送到终端机，再通过终端机发送到后台计算机，由后台计算机对数据进行保存，以及对数据进行分析和处理。如图2中，单元1的集中器1、单元2的集中器2、单元3的集中器3连接到交换机a，交换机a连接终端机，终端机接入互联网。单元1的采集信息、单元2的采集信息、单元3的采集信息通过交换机a、终端机和互联网，最终上送到后台计算机中。
42.在猪场中，网络铺设的主要工作量集中于单元内部，因此本实用新型利用了猪舍内已有的低压电网进行电力载波通信，大幅度降低了铺设的时间和金钱成本。也就是说，由于不需要再进行电缆和光纤的铺设，能够大幅度地降低铺设成本，缩短铺设周期，同时也降低了维护成本。而且电力载波通信相对于无线网络来说，其稳定性更高。综上，本实用新型不仅能够解决由于采用电缆和光纤网络带来的成本问题，还能够解决采用无线网络导致的网络稳定性差的问题。另外，对于维护而言，在排查电力系统的同时，可以同时排查低压电力线通信问题，从而提高了检修效率。
43.图3展示了根据本实用新型实施例的一种电力载波采集器。为了清楚的目的，图中还画出了电力线。如图3所示，电力载波采集器包括：耦合电路，用于连接电力线；载波通信电路，连接所述耦合电路；控制电路，连接所述载波通信电路；采样电路，连接所述控制电路，用于采集养殖场内的信息。
44.图4展示了根据本实用新型实施例的一种集中器。该集中器包括：耦合电路，用于连接电力线；载波通信电路，连接所述耦合电路；控制电路，连接所述载波通信电路；以太网接口，连接所述控制电路，用于与所述交换机连接。
45.对比图3和图4可知，集中器与电力载波采集器的区别仅在于，电力载波采集器包括采样电路，用于采集具体的信息，例如环境信息，猪只信息等。而集中器不包括采样电路，取而代之地，集中器设有一个以太网接口，该以太网接口用于连接交换机，从而能够将汇总
后的信息发送到交换机上。需要说明的是，在其他实施例中，也可以使集中器带有采集的功能，为此只需要在集中器中添加一个或多个采样电路即可，例如使控制电路连接一个温度采样电路。
46.其中，控制电路是控制核心，可以采用51单片机、stm32等各种性能的微处理器，并且辅以外围电路(晶振电路、复位电路等)实现。耦合电路用于实现电力线与设备的耦合，包括进行隔离和阻抗变换，避免电力线对设备的干扰，保证信号传输的质量。在一个实施例中，耦合电路可以采用阻容耦合电路、变压器耦合电路和光电耦合电路之一。优选地，本实施例采用变压器耦合电路，变压器耦合电路优点是可以实现阻抗变换，其前后级靠磁路耦合，它的各级放大电路的静态工作点相互独立。载波通信电路主要用于实现电力线载波通信，包括用于从电力线上检出通讯信号，以及向电力线上加载信息，其具体结构在下文中进行介绍。
47.在一个实施例中，采样电路包括环境温度传感器、环境湿度传感器、料位传感器、水位传感器、猪只体温传感器和配电箱温度传感器。环境温度传感器、环境湿度传感器安装在猪舍中合适的位置，例如可以在猪舍中布置多个环境温度传感器和环境湿度传感器，从而可以更加准确地了解猪舍温湿度情况。又如，料位传感器安装在饲料槽中，用于采集饲料槽内饲料量的信息。水位传感器安装在饮水槽中，用于采集水槽内的水量信息。再如，猪只体温传感器采用无接触式的红外传感器，用于朝向栏位内部进行检测，以获取猪只的体温信息。还如，配电箱温度传感器安装在单元内的配电箱内，用于采集配电箱内的温度，及早发现温度异常，避免由于线路短路等问题导致的安全事故。
48.图5展示了根据本实用新型实施例的一种电力载波采集器，其中展示了载波通信电路的具体结构。作为一个示例，该电力载波采集器用于采集猪只体温。
49.具体地，如图5所示，载波通信电路包括：载波发送电路，连接扩频通信芯片和耦合电路；解调电路和载波接收电路，所述扩频通信芯片连接所述解调电路，所述解调电路连接所述载波接收电路，所述载波接收电路连接所述耦合电路。所述载波通信电路还包括过零检测电路，所述过零检测电路连接所述扩频通信芯片和电力线，用于检测电力线的交流电压过零点；所述扩频通信芯片连接控制电路。上述载波发送电路、解调电路、载波接收电路、扩频通信芯片、过零检测电路均为电力载波机的通用部件，属于现有技术。例如，载波发送电路可以包括信号放大电路和功率放大电路。载波接收电路可以包括滤波电路。扩频通信芯片可以采用plci36系列产品，用于信号调制等功能。
50.在其他实施例中，耦合电路也可以作为载波通信电路的一部分。
51.猪只体温传感器和扩频通信芯片连接控制电路。例如，控制电路可以通过串行接口连接猪只体温传感器。基于此，控制电路将猪只体温传感器采集的信息转发到扩频通信芯片，由扩频通信芯片进行处理后，以电力载波形式加载到电力线上。
52.在另一实施例中，需采样设备为可移动的设备，例如机器人。猪场中使用的机器人很多，包括清洗机器人，板下推粪机器人，消毒机器人等，这些机器人会在猪场内(包括板下)活动，因此如图5所示的电力载波采集器无法适用。在本实施例中，采样电路采用无线通信的方式与控制电路进行交互，以解决上述问题。例如，控制电路连接有短距离无线通信接口，该短距离无线通信接口能够与对应的、需采样设备上的短距离无线通信接口交互，从而获取需采样设备的信息。
53.具体地，如图6所示，其中载波通信电路与图5中的载波通信电路的结构完全相同，区别在于，图6中控制电路连接一个2.4ghz无线通信模块，移动机器人也连接有2.4ghz无线通信模块。两个2.4ghz无线通信模块进行短距离无线通信，可以将移动机器人采集的各种信息发送到控制电路，再由载波通信电路加载到电力线上进行传输。
54.综上，根据本实用新型的实施例，在猪场内以电力载波通信为基础实现底层的网络连接，通过以太网实现上层的网络连接。进一步地，还可以辅以短距离无线通信方式来实现可移动设备的数据采集。
55.在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
56.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
57.虽然本说明书已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用对本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。