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第一篇内容：绪论，研究的意义和内容
第二篇内容：系统总体方案设计
第三篇内容：系统硬件设计
第六篇内容：系统验证与调试
6.1 虚拟设备测试
在实验最初阶段，没有部署好真实设备的情况下，可以使用机智云物联网开发平台提供的虚拟设备。虚拟设备是机智云云端自动生成的仿真智能硬件，可以模拟要开发或者正在开发的智能硬件，来进行云端设备控制、手机APP控制、上报数据等需求[67]。通过虚拟设备不仅可以测试手机APP与云端之间的通信，还可以验证开发的APP功能是否满足要求。真实设备、虚拟设备、机智云物联网平台以及手机APP之间的关系如图6.1所示。
图6.1真实设备、虚拟设备、机智云以及手机APP关系图
虚拟设备调试界面如图6.2所示，在左侧的模拟设备上报数据部分可以模拟真实设备的监测情况，右侧通信日志部分显示数据点的变化。当使用虚拟设备手动改变数据点状态并点击推送时，通信日志会记录相关变化，手机APP上的信息也会发生相应的改变；当使用手机APP对设备端进行控制时，通信日志会记录相关变化，虚拟设备界面对应的数据点也会发生相应的变化。
图6.2虚拟设备调试界面
进行环境要素的显示测试，由虚拟设备向手机APP上传监测数据。在模拟设备上报数据界面设置好各环境要素数据点值，点击“推送”，通信日志记录虚拟设备上报数据的相关情况。通信日志显示：“Temperature：22.1”，表示温度22.1度；“Light：26”，表示光照强度26Lux；“Humidity：41”，表示湿度41%RH；“Ammonia：110”，表示氨气浓度110ppm;“Raindrop：1”,表示无雨；“Fire：1”，表示有火。虚拟设备上传的通信日志如图6.3a所示，手机APP界面环境要素部分如图6.3b所示。
图6.3a通信日志 图6.3b手机APP界面环境要素显示
6.1.2 无人报警模式测试
当通过手机APP将无人报警模式从关闭切换成开启时，通信日志中“Human_Mode：0”变为“Human_Mode：1”，当“Human”为1时表示有人靠近。无人报警模式切换前、后的通信日志如图6.4所示。
图6.4a无人报警模式切换前通信日志 图6.4b无人报警模式切换后通信日志 切换前以及切换后手机APP中无人报警模式部分如图6.5所示。 图6.5a无人报警模式切换前手机APP界面 图6.5b无人报警模式切换后手机APP界面 6.1.3 系统工作模式切换以及控制面板测试
系统工作模式与控制面板状态成对应关系，所以这部分测试分为自动模式切换手动模式以及手动模式切换为自动模式，可以测试虚拟设备端接收手机APP上报的数据。
1、自动模式切换手动模式 系统工作模式为自动时，手机APP只能接收数据、显示控制元件状态。此时，虚拟设备端为：“Auto_Mode：1”，表示自动模式；“Led1：1”，表示照明灯开启；“Led2：1”，表示保温灯开启；“Fan：0”，表示换气扇关闭；“Water：1”，表示喷水泵开启；“Window：0”，表示电动卷帘关闭；“Beep：0”，表示蜂鸣器关闭。自动模式下的手机APP界面如图6.6a所示，虚拟设备上传的通信日志如图6.6b所示。 图6.6a切换前的自动模式图6.6b切换前的通信日志
切换为手动模式后，通信日志中“Auto_Mode”变为0，手机APP界面也发生变化，手动模式下的手机APP界面如图6.7a所示，通信日志如图6.7b所示。
图6.7a切换后的手动模式图6.6b切换后的通信日志
在手动模式下，可以对电气化设备进行控制，通过点击复位按钮将所有控制元件关闭。虚拟设备端状态变化为：“Led1：0”，表示照明灯关闭；“Led2：0”，表示保温灯关闭；“Water：0”，表示喷水泵关闭。点击复位按钮后的手机APP页面如图6.8a所示，通信日志变化如图6.8b所示。
图6.8a复位后手机APP显示 图6.8b复位后通信日志
2、手动模式切换为自动模式 当工作模式为手动时，点击自动模式按钮会进行直接切换，切换前以及切换后手机 APP如图6.9所示。
图6.9a切换前手机APP界面 图6.9b切换后手机APP界面
虚拟设备端上传的通信日志，从“Auto_Mode：0”变为“Auto_Mode：1”，切换前以及切换后的通信日志如图6.10所示。
图6.10a切换前通信日志 图6.10b切换后通信日志
6.2 实验室环境测试
经过前一节的调试，确定了手机APP与云端的数据通信功能以及手机APP功能设计符合预期。本节将对实验室环境下的设备、云平台以及手机APP进行综合测试，具体测试系统的每个功能是否满足要求，保证数据传输的准确性、系统的实用性和稳定性。控制模块中的真实设备通过继电器开启、关闭，在本部分测试中，因为继电器相似容易混淆，所以用功率小的元件模拟实际场景中的电气化设备。用白色直流发光二极管代替照明灯，绿色直流发光二极管代替保温灯，Mini风扇代替换气扇，迷你水泵代替喷水泵，舵机代替电动卷帘。
6.2.1 猪舍环境监测及自动控制功能测试
本篇对猪舍内各环境数据进行监测并且根据环境数据对电气化设备进行自动控制，即测试联网状态下的自动工作模式。得到的环境参数显示在LCD以及手机APP上，如图6.11所示。其中，氨气数据不明显，所以对该指标进行了放大。
图6.11环境参数显示
1、温湿度监测以及保温灯、换气扇、喷水泵控制 监测环境中的温度，采用电热吹风加热来改变环境温度；监测相对湿度，采用嘴吹气的方式来改变环境湿度。对显示屏上的显示数据与手机APP上的显示数据进行统计，结果如表6.1所示。其中，温度与湿度并不对应，分别记录。
通过表6.1以及表6.2，可以看出温湿度监测功能正常；对保温灯、换气扇、喷水泵的控制正常；设备端与手机APP端通信正常，可以将温度、湿度数据以及保温灯、换气扇、喷水泵状态数据上传云端并在手机APP上进行显示。
2、光照强度监测以及照明灯控制 光照阈值设置为晴天室内正常光照150Lux，设置自由采食时间为当6：00-21：00。在这个时间段内低于阈值时，打开照明灯；高于阈值时，关闭照明灯。对网络时间、显示屏上的光照强度、照明灯状态以及手机APP上对应数据进行统计，结果如表6.3所示。该表说明光照强度监测功能正常，自动控制照明灯功能正常。
3、雨滴监测与卷帘控制 通过将水滴倒在雨滴传感器检测面板上，模拟下雨场景。系统设计为：当有雨且卷帘状态为开启时，关闭卷帘即舵机顺时针转动5S；无雨且卷帘状态为关闭时，开启卷帘即舵机逆时针转动5S，当舵机结束转动后上报卷帘状态。对显示屏上的雨滴监测结果、当前卷帘状态、舵机动作以及手机APP上对应数据进行统计，结果如表6.4所示。该表说明雨滴监测功能正常，自动控制电动卷帘功能正常。
4、火焰监测以及蜂鸣器控制 火焰监测会触发蜂鸣器报警，通过打火机来模拟火焰场景。系统设计为：当无人报警模式开启且有火时，蜂鸣器报警；无火时，关闭蜂鸣器。当无人报警模式关闭时，无论是否监测到火焰都不会报警。对显示屏上的无人报警模式、火焰监测结果、蜂鸣器状态以及手机APP上对应数据进行统计，结果如表6.5所示。该表说明火焰监测功能正常，自动控制蜂鸣器功能正常。 
5、行人监测以及蜂鸣器控制 系统设计为：当无人报警模式开启且有人靠近时，蜂鸣器报警；人离开检测范围后，蜂鸣器关闭；当无人报警模式关闭时，无论是否监测到人靠近都不会报警。对显示屏上的无人报警模式、人体感应监测结果、蜂鸣器状态以及手机APP上对应数据进行统计，结果如表6.6所示。该表说明行人监测功能正常，自动控制蜂鸣器功能正常。 
经过本小节的五个测试说明：在实验室环境下，本系统的远程监测猪舍环境数据以及自动控制功能正常，符合设计要求。 6.2.2 远程控制功能测试当系统为手动工作模式时，可以通过手机APP对电气化设备进行手动远程控制。本
小节分为两个部分，开启测试即对所有电气化设备发送开启指令；关闭测试即通过手机 APP上复位按键对所有电气化设备发送关闭指令。
1、开启测试 在手机APP上点击进入手动模式，并且将所有电气化设备开启。设备端接收指令后，对电气化设备进行控制，此时照明灯亮、保温灯亮、换气扇开启、喷水泵开启、卷帘开启即舵机逆时针转动、蜂鸣器开启，如图6.12所示。
经过以上两个测试说明系统中远程控制功能测试通过，符合设计要求。 
图6.13关闭（复位）测试
6.3 实地测试
为了检验系统的可靠性，在重庆市涪陵区某饲养场进行了实地测试。该饲养场采用传统养殖模式，猪舍主要由大棚组成，现存种猪在800头左右。其中，仔猪需要较高的环境温度，采用混养模式，环境如图6.14所示；为了减少其运动消耗，大猪采用单独喂 养模式，环境如图6.15所示。
图6.14仔猪猪舍现场环境图 图6.15大猪猪舍现场环境图
实地测试当天天气状况良好，由于大猪猪舍饲养猪只较多，进入安装会对生猪造成影响，在猪舍饲养员的建议下，本系统在仔猪猪舍进行安装测试。将本系统主体安装在猪舍窗户旁边的墙壁上，人体感应模块安装在猪舍入口上方，氨气检测模块安装在排污口上方，雨滴检测模块的感应板放置在窗台上。将系统连接上饲养场WIFI，配置好手机APP与系统的连接，将系统设置为自动工作模式且无人报警模式开启。采集的数据通过手机APP显示，每2分钟记录一次系统数据，共记录了10组数据，如表6.7所示。 
从第二组数据中可以看出光照强度变化较大，因为第一组数据中光照强度低于设置的阈值，所以自动打开了照明灯进行辅助照明，所以猪舍内部光照强度显著增加。在第五组数据中门口有饲养员进入猪舍，所以监测到有人靠近，蜂鸣器也进行了报警，邮箱中也收到了推送邮件。
系统实际测试当天前五组其他数据均处于设置的正常范围内，所以其他数据波动范围不大。为了检验其他电气化设备控制的准确性，在不影响猪只正常生长的前提下，将设置的阈值进行改变，设定猪舍温度阈值为27℃，当检测温度低于阈值时，打开保温灯；
当检测温度高于阈值时，关闭保温灯，打开换气扇，后五组数据为改变温度阈值后的数据。从第六组数据可以看出，温度相比第五组数据有较大提升，此时保温灯开启，并且光照强度相比第五组数据也有较大提升。从第十组数据可以看出，温度比第九组数据有明显减低，此时保温灯关闭、换气扇开启，所以光照强度以及氨气浓度也相比第九组数据有明显降低。在控制模块的调控下，环境数据在控制范围之内，证明了系统对猪舍环境的稳定起积极作用。在数据波动方面，还需要进一步的优化。由于当地对于非洲猪瘟的严格管控，饲养员允许进入猪舍的时间有限，所以系统的稳定性和可靠性还需要进一步检验。
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发表于 2022-8-2 18:14
