基于zigbee的智能鸡舍环境监控系统设计改.docx

基于zigbee的智能鸡舍环境监控系统设计摘要：针对目前家禽养殖密集程度大、疾病多发、环境污染等现状，设计了基于zigbee的智能鸡舍环境监控系统。该系统以cc2430作为检测单元主处理器通过传感器检测鸡舍温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度。通过zigbee无线通信模块将数据传送到由STM32F103ZET6为主控制器的上位机上。上位机通过判断对相应设备进行控制，达到自动或手动控制鸡舍环境的目的。关键词:环境监控；zigbee；cc2430；STM32F103ZET6；节能环保一、引言近年来，随着规模化养殖的快速发展，养殖业的集约化、工业化程度不断提高，传染性疾病多发，鸡舍环境对鸡的健康和生产性能的影响越来越大。文献1介绍了检测网络的建立与使用，可以通过PC监测，但没有完成对小气候环境的控制作用。文献2监控与自动控制，但并没有具体提及如何进行自动控制与自动控制系统的构建。没有考虑到鸡舍粪便的污染问题，节能环保问题。文献3对环境的传感器检测系统提出了采用无线通信技术，但没有就传感器系统与自动控制进行阐述。文献4对国内外畜禽舍环境监控系统研究现状进行了深入的阐述，充分说明了本系统设计的意义与重要性。文献5对zigbee技术在监控系统的应用提出了自己的概念，但没有充分发挥技术的优越性没能更好地扩展系统功能。本文设计了基于zigbee的智能鸡舍环境监控系统，该系统以CC2430为处理器，并通过zigbee无线网络与以STM32F103ZET6为主控制器的上位机进行通讯。上位机与PC机通过USB连接由通过labview建立的监控平台进行实时监控。通过各传感器对鸡舍内的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等参数进行监测，然后传送给上位机进行处理，上位机或监测人员根据相应的指标进而控制执行机构运行，实现对鸡舍环境的控制。当检测值高于或低于鸡舍环境标准时系统报警并可以自动调节，达到自动和手动双模式控制。二、系统硬件方案设计基于zigbee的智能鸡舍环境监控系统主要由zigbee检测系统6、上位机监控系统、节能环保系统三个部分组成。zigbee检测系统主要由zigbee无线通讯与各种传感器构成。主要由cc2430处理器对检测到的数据进行处理通过无线通讯将数据传送到上位机监控系统。上位机监控系统由控制部分和监控平台组成其中控制是由处理器STM32F103ZET6将数据进行处理判断从而达到自动控制或手动控制改善环境参数的目的，使各种指标维持在标准指标范围内。上位机监控平台主要通过PC机上的labview虚拟仪器技术建立，可以对环境参数进行实时显示及数据保存，方便远程查看，对相应标准值进行设定，反应相应参数变化曲线等。主要由zigbee通讯模块、监控终端显示器组成。节能环保系统主要由太阳能电池板、蓄电池、沼气池组成。鸡舍一切用电可以通过太阳能电池板提供。由于鸡舍的选址可能造成周边环境的污染，该供电系统解决了鸡舍选址电力供应困难，是选址更加方便。鸡的排泄物等可以收集储存在沼气池内转化为能源及肥料使用。有效减少排泄物露天储存等对空气环境占地面积等方面的影响。使鸡舍整体更加节能环保。系统整体结构图如图1所示：图1 系统整体结构图1、 zigbee检测系统设计ZigBee终端检测设备负责数据的接收和发送、传感器数据的采集处理以及终端设备自身的控制管理。zigbee检测系统的工作过程是射频芯片接收来自传感器的信息并传送给控制系统7及上位机监控平台。检测系统的终端设备包括了CC243处理器单元，温湿度检测单元8、二氧化碳浓度检测单元、光照强度检测单元、射频收发单元等，如图2所示。图2检测系统的结构图CC2430处理器单元主要包括接口电路、3.3V和1.8V电源滤波电路、芯片晶振电路、所有的I/O引脚以及电源引脚、复位引脚全部引出，以供在应用中根据实际情况进行相应的I/O功能定义，增加无线模块的通用性。温湿度检测单元主要采用含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器DHT11，DHT11应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。二氧化碳浓度检测单元我们采用S_100 CO2采集模块，S_100 CO2红外二氧化碳采集模块体积小精度高适合智能楼宇的监控设备。光照强度检测主要用光敏三极管作为主器件的关照强度传感器组成。2、监控主系统设计控制主系统主要对检测系统检测到的数据进行判断，对温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度进行调节控制。通过对风扇、喷雾式消毒、光源、排便系统的控制改变相应环境参数。由labview设计的监控界面与PC机组成了监控平台，可以对检测到的数据进行实时显示，可以查看数据的波动情况和对监控数据进行储存，对标准值进行更改与设定。如图3所示。图3上位机监控系统设计图三、系统软件设计1、zigbee检测系统设计zigbee监测系统的主要功能是搜索覆盖范围内的网络9，并加入协调器建立的网络中。同时通过传感器采集现场的数据,通过ZigBee网络发送至监控系统，程序主要流程图如图4所示。首先系统进行初始化，然后将zigbee进行初始化，检测串口信息，读取信息，发送到上位机判断是否发送成功，判断系统是否终止，如果没有终止继续读取信息。图4zigbee检测系统流程图2、 监控主系统程序设计监控主系统的程序主要是对检测系统传输的数据进行判断与处理进而对风扇、喷雾式消毒、光源、排便系统进行控制。对工作状态进行判断，为自动模式或者手动模式。程序主要流程图如图5所示。首先系统初始化，zigbee初始化，检测是否接受信息，判断是否超出报警值，数据处理与计算，运行相应系统改变参数，使之达到设定范围之内。图5监控系统程序流程图四、系统测试上位机检测平台主要由PC机组成，Pc机显示采用具有图形化的语言的LABVIEW软件编写上位机监控界面，pc机显示部分将数据通过监控平台直观的反映出来，并可以对标准值进行设置，对数据进行储存。系统测试实物图如图6所示。图7为控制系统实物图。系统实测时，设定二氧化碳浓度为500PPM，人为增加二氧化碳浓度，监控平台实时显示对应浓度曲线，并进行报警处理。如图8所示。图6系统测试实物图 图7控制系统实物图图8上位机界面显示二氧化碳浓度超标报警通过自动控制启动排便系统将粪便直接送人沼气池中，启动排风扇交换空气从而使二氧化碳浓度控制到标准范围内,使浓度值恢复正常，如图9所示。图9上位机界面显示二氧化碳浓度自动调整当光照减少时，光照曲线呈下降趋势，实时监测的曲线如图10所示，图10上位机界面显示二氧化碳浓度自动调整当光照强度低时，处理器通过PWM调节灯光亮度从而增加光照强度，效果如图11所示。图11上位机界面显示二氧化碳浓度自动调整五、结束语经运行表明：该控制器性能稳定、功能完善、界面友好、操作方便，能有效的解决密闭式鸡舍的环境问题，改善鸡舍小气候，提高饲料利用率，降低养殖成本，对实现鸡的健康生长有着重要的现实意义，具有很好的推广价值。1Liang Ma，Tengguanghui Teng，Zhizhong Li，Embedded web server in laying hens monitoring system, the application of the network environment. Journal of China Agricultural University ,pp.88-92,2006.2 Liang Zhang，Shuzhen Li. The henhouse environment monitoring system based on single chip microcomputer hardware design. Journal of hebei normal university of science and technology, Vol25(4),pp.2011. 3 Weibo Zhong，Tingting Wang. Zewu Zhang Based on ZigBe.With WiFi environment intelligent sensor system is developed. Journal of Agricultural Mechanization Research, Vol12,pp.2012.4 Xi Cong，Xiaoli Hu, Hongyin Yuan Corral environment monitoring system research status at home and abroadAgriculture & Technology, Vol32(6),pp.2012. 5Wei zhao，Yongbin Wei. Indoor environment monitoring system based on the technology of Z igB ee design of intelligent building and city information,pp.2013. 6Dae-Man Han, Jae-Hyun Lim. Design and implementation of smart home energy management systems based onzigbee. Consumer Electronics,Vol56(3), pp.1417-1425,2010.7Il-kyu Hwang,Jin-wook Bae.Wireless access monitoring and control system based on digital door lock. Consumer Electronics, Vol53(4), pp.1724-1730 ,2007.9Yang Zhou;Qiaodi Zhou;Qingpeng Kong;Wenyu Cai, Wireless temperature & humidity monitor and control system, Consumer Electronics, Communications and