奶牛牛棚环境远程智能控制系统设计

II模也变得越来越大。2022年\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"deOliveiraEuclidesReuter在《OrganicAgriculture》[16]中研究了基于物联网技术的奶牛养殖精细化管理方案，通过对奶牛棚内环境的实时监测和调控，以及对奶牛行为的数据分析，实现对奶牛健康状况和生产情况的智能化管理和精准化评估。该研究在推动奶牛养殖产业的可持续发展和智能化升级方面具有一定的借鉴和指导作用。艾瓦利奥蒂斯（AivaliotisP.）等人的论文题为“物理模型中降解曲线的集成：工业机器人预测性维护的实现”，于2021年在《机器人和计算机集成制造》[17]杂志上发表。论文主要研究如何在基于物理的模型中集成降解曲线，以实现工业机器人的预测性维护。传统的维护方法基于经验，容易出现过度维护或未能及时维护的情况，而基于物理的模型可以更准确地预测设备的寿命，为预防性维护提供支持。论文提出一种新方法，通过将降解曲线与机器人运动学和动力学方程相结合，来预测机器人各个部件的剩余寿命，从而更准确地实现预防性维护。该论文所提供的方法可为设备的预测性维护提供新思路，减少维护成本，提高设备的可靠性和效率，并为基于物理模型的算法的发展提供参考。论文成果对工业界实现低成本高效的工业管理也有重要意义。2022年\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"ThakurDevesh等人在《\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"WorldVolume3》[18]提出ASCI赞助的技能发展培训对奶牛养殖实践的影响。该研究提出利用物联网、云计算和人工智能等技术，并结合生物传感器和智能终端设备，实现对奶牛养殖环境和奶牛产出情况的实时监控和数据分析，从而提高奶牛养殖的效益和可持续发展性。1.3主要研究内容通过软硬件集成手段，将牛棚强网络系统数据传输采集系统与生产物资生产处理部分的系统进行集成，实现实时数据上报，制作数据分析模型，并通过模型的预测分析实现精准饲养。远程管理技术。将无线网络技术与GPS技术相结合，在智能可触屏移动终端上实现远程管理和监测，让管理员能够在任何时候、任何地点实现对牛棚环境和奶牛的监控，并进行相关操作。基于对这些数据的分析，及时的向牛棚管理员反应奶牛生活环境的状态，并对其做出有效的调整，提高奶牛的产奶量，促进奶牛的有效生长。在对系统功能做出了一些了解和分析后，设计了本文描述的奶牛牛棚环境智能控制器。第2章系统整体设计2.1整体设计本次设计主要分为六个模块，分别为主控芯片电路、继电器控制电路、显示电路、传感器模块、定位模块以及通信模块，依据这六个模块来进行整体的设计。采用STM32单片机作为主控芯片，将光照传感器模块、温湿度传感器模块等连接到单片机上。继电器控制电路通过单片机IO连接，控制继电器有序运转，以调整牛棚内的环境。软件部分需要构建整体的框架，想好具体设计的流程，然后利用工具（C语言，keil5）对STM32单片机进行编程，将两部分完成结合同时调试，最后得到所需要的功能。软件部分使用的编译平台是Androidstudios，设计一款手机APP做到实时采集环境数据、存储数据、数据分析、控制继电器运行等。通过显示电路采集到的数据通过4G模块连接到云端系统，可以实现对环境数据进行远程监测和数据分析，使牧场主能够了解牛棚环境的情况，以便及时调整管理。各种传感器采集数据是奶牛牛棚远程智能控制系统的重要组成部分，通过采集奶牛牛棚中的温度、湿度等数据，实现对牛的居住环境的实时监测和调整。传感器采集的数据可以实时反映牛舍内部的环境状况，为管理人员提供精细化的监测数据，从而更好地掌握奶牛养殖的情况。同时，传感器采集的数据也是控制系统进行智能调控的基础，可以帮助管理人员对牛棚进行更准确、更及时的调控。实时显示采集到的数据，包括光照强度、温湿度和气体浓度以及继电器控制状态。图2.1系统整体设计框图2.2整体功能概述本论文主要设计的是奶牛牛棚智能控制系统，利用STM32、传感器、继电器、4G通信模块以及OLED屏等硬件实时监控奶牛牛棚的环境，并对奶牛的生存环境进行适当调整。该系统主要的功能是检测环境中的有害气体、温湿度的高低以及实现自动光照和自动排气降温等。经过对奶牛的生活环境调查研究以及硬件设计完成后，开始设计软件程序的编程。程序开始首先对传感器进行初始化与校准，然后采集各种气体与温湿度的数据，单片机进行量化编码，然后传递到OLED屏幕上，并利用4G通信模块将数据传输到云端，当某项数据指标超过规定值时，单片机控制继电器运行，直到该项数据到达一个合适的范围时，继电器停止运行。该智能控制系统的整体功能是为奶牛提供一个更为合适的生存环境，同时也方便管理人员进行远程监控和调整，包括以下几个方面：1.环境参数监测：利用传感器模块对牛棚内的温度、湿度、等参数进行实时监测，以确保奶牛在一个适宜的环境中生存，并保证生产效率。2.远程控制：从控制中心可以实现对继电器运行的远程控制，通过对牛棚环境的实时监测和调整，能够为奶牛创造更加舒适的生存环境，从而提高养殖效益。3.实时数据显示：系统中还配备了显示电路，可以对采集到的温度湿度光照强度等数据进行实时显示，在各个环节给管理人员提供更加准确的信息。4.云端数据存储和分析：通过互联网等技术手段，将数据上传到云端系统中，方便管理人员查看和分析，从而实现更加精细化的管理。具体的程序设计流程图如图所示。图2.2系统整体程序设计流程图2.3光照传感器模块光照传感器模块是采用BH1750数字光照传感器，本传感器是用两线串行总线接口的数字式光强度传感器，拥有接近视觉灵敏度光谱灵敏度特性，以数字信号输出数据，可以直接传输给单片机和微控制器进行处理。而且无需其他外部部件，最小误差的变动仅仅在±20%。它采用了I2C和数据输出格式为16位二进制数的协议通信方式，具有快速响应、高灵敏度和低功耗等特点。光照传感器管脚连接：LDR连接到光敏电阻上；AO连接到模拟输入端口上，接收经过电压分压后的光敏电阻电压信号；DO连接到数字输出端口上，会输出基于预先设定的比较阈值的数字信号，可以用于外部控制其他设备的开关、自动调节等。使用函数解析数据u8GetRevDat(u8buf[],u8N,u8*RevStr)。具体的流程图如图所示。图2.3光照量采集程序流程图2.4温湿度传感器模块本模块的温湿度传感器模块采用DHT11温湿度传感器采集温湿度的数据。DHT11温湿度传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并且和一个高性能的8位单片机相连接，而且还应用了专业数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有高精度、低耗能、抗干扰能力强、性价比极高、易于使用等优点，温度测量精度为±2℃，湿度测量精度为±5%RH，能够满足大部分应用需求，完全符合牛棚所需。管脚连接PE1，对温湿度传感器初始化之后需要控制数据的输入输出，使用voidDHT11_IO_IN(void)和voidDHT11_IO_OUT(void)控制。流程图如图所示。图2.4温湿度采集程序流程图2.5继电器控制模块设计继电器模块的主要原因是当牛棚中的有害气体浓度超标且无人监管时，继电器控制风扇转动，可以快速的给牛棚换气，防止有害气体影响奶牛的生长与产奶，并且当温度或者湿度超标时，打开风扇也可以给牛棚降温降湿。继电器连接芯片管脚PB6-9，首先对继电器进行初始化voidMoto_Init(void)，然后根据不同的反应，使用不同的处理函数JDQ1(FSfg);控制风扇，JDQ2(JRfg);控制加热，JDQ3(JSfg);控制加湿，JDQ4(Dfg);控制灯。2.6显示模块显示模块可以用于显示牛棚环境的温度、湿度、光照等数据，形成直观的数据图表，供管理人员进行数据分析和决策参考。同时，显示模块也可以用于显示设备的开关状态、工作情况，方便管理和维护。显示模块使用了0.96OLED显示屏，目的是将光照传感器模块、温湿度传感器模块和气体传感器模块采集到的数据实时显示，以便工作人员在现场工作时，可以实时的了解奶牛牛棚中的环境信息，从而提前预防一些危险情况的发生。对于显示模块OLED需要连接IIC接口，当打开OLED显示之后需要对显示的数据进行处理，使用voidOLED_ShowChar(u8x,u8y,u8chr,u8Char_Size)进行配置。2.7通信模块通信模块使用了有人公司最新版本的4G透传模块：WH-LTE-7S4V2，这是一款插针式4G模块，性价比高，兼容性好，高速率低延迟。它支持5模13频和注册包/心跳包机制，操作简单而且内置SIM卡槽，拥有硬件看门狗保护，可以实现2条网络链接功能，向不同的服务器发送不同的数据，还支持短信收发和短信配置等功能。利用串口设备将采集的数据通过WH-LTE-7S4V2发送到指定服务器当中，WH-LTE-7S4V2也可以接收服务器的数据，并转发到串口设备当中。以下是4G网络通信连接的基本原理：1.建立通信链路。当设备需要连接到4G网络时，首先需要建立通信链路。这个过程通常由移动网络运营商的基站负责实现，通过无线信号传输将设备与基站连接起来。2.资源分配。建立通信链路后，移动网络运营商会为设备分配一定的资源，包括频段、带宽等。这些资源将用于支持设备的数据传输和通信。3.数据传输。一旦资源分配完成，设备就可以通过4G网络进行数据传输和通信，包括数据发送、接收、处理等。4.断开连接。当设备不再需要使用4G网络时，需要断开与基站的连接，以释放资源并保护设备的安全性。对于4G模块与单片机连接使用的是PA2、PA3管脚，4G模块与单片机建立连接使用LinkInitSet();此函数使用一次就行，目的是设置与平台通信的域名、端口、序列号。然后开启端口接收数据上传，使用AT24CXX_Write()函数。图2.5通信模块运行过程图2.8GPS定位技术GPS定位技术是美国国防部研制的一种全球卫星导航的系统，它由一组分布在空间轨道上的24颗GPS卫星和地面的GPS接收机组成。GPS卫星会不断地向地球发送射频信号，地面接收机通过接收到这些信号，可以计算自己距离其中多颗卫星的距离，从而确定自己的位置。GPS（全球定位系统）定位技术可以对奶牛牛棚产生以下作用：1.精确定位奶牛牛棚：GPS可以在全球范围内提供非常精确的位置信息，因此可以很容易地精确定位奶牛牛棚的位置，包括经纬度、海拔高度等信息。2.监控奶牛的活动轨迹：通过在奶牛身上搭载GPS追踪器，可以实时监控奶牛的活动轨迹，并对奶牛的实时位置、运动状态等信息进行记录和分析。这可以帮助农民更好地管理和照顾牛群，及时发现有问题的奶牛并进行妥善处理。3.确定奶牛的活动范围：通过对奶牛在牛棚内外的运动轨迹进行记录和分析，可以精确确定奶牛的活动范围，管理者可以据此进行合理布局，避免过度拥挤或产生资源浪费。GPS卫星系统基于三个原理：测量信号发射和接收的时间差、测量卫星与接收器之间的距离、基于空间三角测量法计算位置。在使用GPS进行定位时，需要在目标设备（如手机、汽车导航、无人机等）上安装能够接收和解码GPS信号的接收器，通过与卫星之间的交互，确定位置信息。对于GPS代码编写：需要连接URART，首先对串口进行初始化。再使用函数voidNMEA_GPRMC_Analysis(nmea_msg*gpsx,u8*buf)对GPS的数据进行解析。对于卫星定位采用不同得协议还需要有不同的处理。还需要使用函数u8Ublox_Cfg_Cfg_Save(void)对解析得到的数据存储再输出。第3章硬件模块设计3.1系统硬件总体设计本论文主要设计的是奶牛牛棚智能控制系统，利用STM32、传感器、继电器、4G通信模块以及OLED屏等硬件实时监控奶牛牛棚的环境，并对奶牛的生存环境进行适当调整。该系统主要的功能是检测环境中的有害气体、温湿度的高低以及实现自动光照和自动排气降温等。经过对奶牛的生活环境调查研究以及硬件设计完成后，开始设计软件程序的编程。程序开始首先对传感器进行初始化与校准，然后采集各种气体与温湿度的数据，单片机进行量化编码，然后传递到OLED屏幕上，并利用4G通信模块将数据传输到云端，当某项数据指标超过规定值时，单片机控制继电器运行，直到该项数据到达一个合适的范围时，继电器停止运行。流程图如下图所示。图3.1系统硬件总体运行过程图3.2主控模块使用STM32C8T6芯片作为主控芯片，其中主要包括供电模块、稳压电路、复位电路、晶振电路、下载口等。使用12V电源给系统供电。采用LM2596稳压器设计降压电路会将12V电压降为5V来给传感器供电；采用AMS1117稳压器设计降压电路会将5V电压降为3.3V给STM32C8T6芯片供电；设计的稳晶振电路采用两个不同的外部晶振，会分别连接两个电容进行滤波，目的是给主控芯片提供稳定的外部时钟信号；复位电路则通过按键使电容放电，令复位引脚接收到高电平，单片机系统自动复位。3.2.1STM32C8T6芯片本设计采用STM32C8T6芯片，STM32C8T6芯片是基于ARMCortex-M3架构的微控制器，集成有高性能32位处理器、闪存、SRAM和外设接口，大量的IO口可以接入很多的外部设备；还有单独的模数转换器和内部晶振，该芯片具有运算速度较快，低功耗、高稳定性和易于开发等特点，比16位单片机性能好，又比其他32位的单片机成本低功耗低，具有极高的性价比，目前已经成为了民用单片机使用最频繁的一款。STM32C8T6芯片的广泛应用也推动了物联网技术的发展。而且该芯片具有独立编程的flash方便人们进行电路的简化，是众多控制器的首选芯片。芯片模块如下图所示。图3.2主控芯片模块实物图3.2.2供电电路本系统采用了12V的开关电源来给整个系统供电，刚好满足继电器与通信模块的电压需求，然后使用LM2596稳压器和AMS1117稳压器进行降压，从而满足其他元件对电源的需求。采用这样的电源方案，不仅能够满足各元件对电源的需求，还可以提高整个系统的可靠性和稳定性。AMS1117是一种固定输出电压稳压器。AMS1117可提供1A电流，额定输入电压为4.75V至12V，输出电压版本有3.3V、5V等不同选项。而且在最大电流输出时，它的最小压差保证不超过1V，并随负载电流的减小降低，性能非常稳定，价格也很低，是最契合STM32C8T6主控芯片的稳压器。Vin输入电压，连接至电源正极；GND地线，连接至电源负极；Vout输出电压，连接至负载正极。LM2596是一款集成式高效降压开关稳压器芯片，可以将较高电压降压为较低电压，同时可以调节输出电压，常用于电路板电源设计、航模供电等领域。具有较好的线性和负载调节特性，输出引脚的电感值和电容值相比其他的稳压器较小，可以使开关电源的体积更小，更方便我们的使用。Vout输出电压，连接至负载正极；Adjust调节管脚，一般接到一个电位器上，用于调节输出电压和稳定器的电压。3.3光照量采集程序设计BH1750是基于I²C通信协议的数字传感器，因此可以很容易地与各种单片机和微控制器连接，其工作原理基于光敏电阻的变化，可以快速测量所接收的光源的亮度，测量结束之后，单片机读取数据，最后将读取到的二进制数据计算成具体的光照量。程序的具体设计方法按照BH1750光照传感器的通讯方式设计即可，需要注意的是在测量数据时要延迟200ms，接收到数据后要把结果传送到OLED与云端设备中。图3.3光照传感器模块实物图3.4温湿度采集程序设计3.4.1温湿度传感器的数据结构DHT11温湿度传感器采用的是单总线数据结构，即采用1-Wire的串行数据传输协议。该传感器只需要一根数据线即可完成温湿度数据的传输，数据线可以直接连接到微控制器的GPIO引脚。传输的原理是在传输前，DHT11需要向主机发送起始信号，即将数据线拉低一段时间；主机接到起始信号后，发送读取信号，DHT11就开始将温湿度数据以串行方式发送；DHT11将温湿度数据通过单总线依次发送到主机，每一位数据的发送都包括一个时序（高电平或低电平）和一个时间（短或长的脉冲信号）；主机在接受DHT11传输的数据后还需要对数据进行CRC校验，以保证数据的正确性。3.4.2温湿度传感器的通信方式DHT11通信协议的工作原理是通过主机（主控板）在数据总线上发出命令，控制DHT11传输温湿度数据，主机需要对温湿度数据进行校验，确保数据准确性。DHT11温湿度传感器的信号传输格式是由一个40位数据序列组成的，其中包含40个bit，每个bit的传输周期为50us，即总线上高电平持续时间为26~28us，低电平持续时间为70us（0）和120us（1）。3.4.3温湿度数据采集流程程序开始的第一步是需要主机（STM32单片机）发送开始信号，会通过配置IO口输出低电平20ms，再输出高电平30us，然后关闭端口即可。第二步主机接受传感器的响应信号，此时为我们需要配置所用的IO口为输入模式，检测电平时间，当接收到先低电平40～50us，后高电平40～50us时，传感器开始输入数据。第三步主机接收DHT11发送的数据，由DHT11温湿度的通信方式我们很好判断，当接收高电平超过30us时数据为1，没有超过时数据为0，以此循环40次，循环结束后对采集的数据进行校验，最后将数据传输到显示屏与云端设备中。图3.4温湿度传感器模块实物图3.5继电器模块介绍继电器模块是一种控制装置，继电器是电子元器件中常用的开关元件，其原理是利用电磁原理和机械运动原理将信号电流转换成控制电路的开关信号。当通电时，电磁铁吸引开关，使其接通；当断电时，电磁铁不再吸引开关，使其断开。继电器模块一般有多个管脚，常用的管脚如下：VCC电源正极，一般连接5V的电源；GND连接电源负极，一般连接到地；IN控制输入信号，一般连接到微控制器的数字输出口；COM/NC：常开、常闭和公共端口，一般用于控制外部电路。COM是公共端口，NO是常开端口，NC是常闭端口，当继电器没有被触发时，COM和NC相连，当继电器被触发时，COM和NO相连。实物图如图所示。图3.5继电器实物图3.6舵机模块舵机是一种位置角度的驱动器，适用于需要不同角度变化并保持的控制，在本设计中将用来模拟控制窗帘的打开和关闭。它是用直流继电器、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。舵机的控制方式是采用PWM方式进行控制的。在使用STM3对舵机进行控制时就需要STM32的引脚输出PWM信号，PWM信号可以通过定时器，delay\t"/CJH_12345_/article/details/_blank"延时函数等方式产生。使用Motorccw_angle函数控制舵机上的指针转动方向。实物图如下图所示。图3.6舵机模块实物图3.7LCD显示屏介绍LCD（LiquidCrystalDisplay，液晶显示器）显示屏是当前最常用的一种电子显示屏，广泛应用于手持设备、电视、计算机显示器等众多场合。LCD显示器是利用液晶分子的光学特性，在两块平行的玻璃板之间夹一层液晶粘合剂，靠加压来控制液晶的方向，从而实现对各个像素点的控制。LCD显示屏优点：显示效果优越，能耗低，价格适中。LCD分为带中文字库和不带中文字库两种有并行传输和串行传输两种方式。通常并行传输速度稍微快一些，该模块可以通过引脚连接到电源，从而完成电路的连接。图3.7显示模块实物图3.8通信模块程序设计4G网络通信指第四代移动通信技术。它是一种高速数据传输技术，能够提供更高的带宽和更快的数据传输速率，同时也可以支持更多的移动设备接入网络。4G网络通信采用OFDM（正交频分复用）技术，具有高速率的特点，可以支持高速数据传输，实现更快的下载、上传和视频流媒体等应用。MIMO（多输入多输出）和SmartAntenna（智能天线）技术，可以提高网络覆盖范围和信号质量，使得移动终端可以在更广阔的区域内接收和发送信号。同时，4G网络通信也采用了更先进的加密技术，保障了数据的安全性。4G网络通信是一种高速、高效和安全的移动通信技术，它可以为人们提供更好的移动互联网体验，并在各个领域和行业中发挥着越来越重要的作用。4G网络通信和前几代的移动通信技术（2G和3G）相比，有着更高的速率、更低的延迟和更好的信号覆盖范围。4G网络采用OFDMA技术，能够将不同的用户和应用分配到不同的子载波，大幅提高了网络的传输效率和容量。同时，4G网络还支持更多的应用场景，如高清视频通话、高速移动数据下载等。对于物联网应用而言，4G网络也提供了更为稳定和可靠的通信支持，能够满足大规模设备连接和大数据传输等需求。因此，在智能物联网领域，4G网络通信技术已经得到广泛应用。图3.8通信模块原理图第4章上位机设计4.1上位机总体架构上位机是指一个使用通过操作系统的计算机，用于控制和监控其他设备，它通常是一种软件程序或者集成开发环境，可以与设备或者系统通过各种通信方式进行通信，比如串口、USB、WIFI、4G通信等。对于上位机手机APP的数据传输，通常情况下可以通过TCP、UDP协议进行通讯，本次设计采用的基于TCP协议与芯片等设备进行数据传输。本设计上位机主要是使用代码编写了一个手机APP，手机APP通过芯片连接的4G通信模块进行连接，将数据传输到手机APP，通过手机APP可以显示数据或者实现远程控制。上位机主要具备以下主要功能：参数监测和实时反馈：上位机通过与传感器网络的连接，实时监测牛棚室内的温度、湿度、光照强度等关键参数，并将数据反馈给操作人员。操作人员可以随时了解牛棚的环境状态，及时作出调整。自动调节与控制：上位机根据预设的参数范围和养殖奶牛要求，通过控制系统中的执行器，自动调节牛棚内的温湿度、通风设备、灯光等环境条件，以保持最佳的生长环境。例如，在温度过高时，上位机可以自动启动降温设备，确保牛棚室内的温度在适宜范围内。报警和远程控制：上位机通过设置预警参数，当环境参数超出预设范围时，自动发出警报并提醒操作人员。此外，上位机还支持远程控制功能，允许操作人员通过互联网远程监控和调节牛棚环境，提高了系统的灵活性和便捷性。图4.1上位机流程图4.2数据库设计SQLite是一款嵌入式SQL数据库引擎，特点是体积小、速度快、免费开源。可以使用C语言编写，不需要独立的服务器进程，数据保存在本地文件中。SQLite支持ANSISQL92标准，具有关系型数据库的基本功能，支持事务、联合查询、多表连接、触发器等。SQLite支持跨多种操作系统平台，包括Windows、Linux、MacOSX、Android、iOS等。SQLite轻量级、易用、有很好的性能，适合用于嵌入式系统、移动应用等低资源消耗和有限存储空间的应用中。使用手机APP查看历史记录的数据库描述会包含以下信息：1.打开相应的手机APP：在手机上打开该APP，首先注册登录，可以查看用户的个人信息，如：用户名、联系人姓名、电话号码、邮箱等。2.查看数据页面：在APP的主界面上可以查看当前传感器采集的数据，查找并点击历史数据按钮或图标，进入历史记录页面，可以查看GPS定位历史信息、温湿度采集数据历史信息、光照强度数据历史信息。3.选择日期和时间：在历史记录页面上，可以选择需要查询数据的日期和时间范围。4.查看历史数据：根据选择的日期和时间范围，APP会显示相应日期和时间范围内所上传的所有传感器数据，可以查看各种传感器采集到的数据并进行分析和处理。5.切换模式：在主页面上可以直接选择是否切换模式，可切换为自动模式或者手动模式，一般默认为自动模式。6.查看地图：可以直接查看当前GPS定位信息。7.查看硬件状态：点击主页面发现按钮，进入下一界面可以查看设备信息、云组态、设备视图。8.控制模块：可以直接控制继电器模拟的加湿器、加温器、通风设备、灯光；可以控制舵机模拟的窗帘。图4.2手机APP界面4.3其他部分程序设计在温湿度数据和气体数据采集之后，我们要将采集到的数据实时的显示到OLED屏幕上，方便工作人员及时的了解到奶牛牛棚中的各种环境信息。程序首先需要复位OLED屏，并将其初始化，配置好数据与时钟后，再将传感器采集到的数据显示。当采集到的数据超过我们设置的标准值后，就需要启动继电器，开始通风排气，继电器启动方式很简单，只需要给晶体管一个高电平的信号即可，晶体管导通线圈通电，吸附刀片从常闭触点变为常开触点，继电器通电开始工作。第5章整体系统测试5.1系统性能测试对于奶牛牛棚环境远程智能控制系统性能测试内容包括以下方面：1.数据采集测试：测试各个传感器模块采集数据的准确性和稳定性，包括温度、湿度、氨气浓度等参数的采集情况，并对采集到的数据进行验证。2.控制电路测试：测试控制电路的功能和稳定性，包括无线控制和手动控制等不同方式的控制测试，并验证继电器控制和显示电路的正常运行。3.云端数据上传测试：测试数据上传的稳定性和可靠性，验证数据传输的速度和准确性，并在后台管理系统中进行数据分析和操作测试。本系统采用Jlink实时仿真，经过仿真后得出，该控制器可以完成预期的任务，能够快速的读取数据，并且数据信息准确，实时响应较好。在环境条件恶劣的情况下，也可以稳定的输出数据，表明稳定性也良好，但是在工作时需要预热一段时间，然后传感器才开始稳定工作。5.2系统运行性能分析在测试时，为了使测试环境更加真实，在测试现场使用了加湿器和电热扇来分析温湿度传感器的灵敏度和准确性；借用了化学实验室中的氨气、硫化氢和干冰来检测气体传感器的精度和响应速度；利用光源的距离与强度的关系来检测光照传感器的性能；最后将各种测试设备综合起来，调整各项变量，从而检测控制器的准确性、快速性以及稳定性。通过测试控制器发现，本控制器在通电一段时间后，会在云端设备和OLED屏幕上显示稳定的数据。经过在不同的环境进行多次检测后得出：本控制器显示的数据与实际情况相比误差较小，对环境的敏感程度较高，在正常工作后，响应速度也良好，继电器运行也非常的稳定，说明该控制器完全达到了预期的目标。5.3系统实物图图5.1系统整体实物图：下位机和上位机5.4测试总结5.4.1传感器模块温湿度传感器和光照传感器能迅速的采集当前环境的温度、湿度、光照强度。对温湿度传感器吹口气，将光源照射到光照传感器上，查看数据对比，如下图所所示。图5.2传感器数据对比5.4.2继电器模块当采集的数据与阈值进行对比之后，超过阈值就会及时做出反应，温度过低打开加温器，湿度不够打开加湿器，温度过高打开通设备。如图5.3继电器测试图。图5.3继电器测试图5.4.3舵机模块当检测光照强度过高会打开舵机模拟窗帘的打开和关闭。如图5.4舵机测试图。图5.4舵机测试图5.4.4显示屏模块当数据通过传感器采集之后通过函数传输到显示屏进行显示。如图5.5显示器测试图。图5.5显示器测试图5.4.5上位机模块通过4G通信技术将芯片和手机APP进行连接，手机可以很好的显示传感器采集的数据。通过GPS可以查看当前奶牛所在位置，实现远程监控。通过手机APP显示的按键可以修改切换模式，变为自动模式或者手动模式，实现远程控制。如图5.6上位机测试图。图5.6上位机测试图5.4.6通讯模块通讯模块测试:通过测试如下图所示。ping加地址可以显示数据，表示通讯4g模块正常连接。如图5.6通讯模块测试图图5.7通讯模块测试图5.4.7整体效果当下位机上电开始运行之后，传感器正常准确的采集数据，并将数据传输到显示屏或者云平台，当采集的数据，环境参数超过设定的阈值，继电器和舵机可以快速的做出相应的反应，上位机可以迅速的接收到下位机采集的数据，GPS技术可以实时定位奶牛当前位置。如图5.8实物图图5.8实物图第6章总结6.1设计总结首先根据本文想要实现的功能进行了硬件的电路设计，包括所需要的不同器件的选择、原理图和PCB图的绘制以及所需连接电路的焊接。然后进行了软件的设计，其中最重要的就是传感器数据的采集，只有获得了准确的数据才可以进行后面的工作，最终经过调试后，本控制器基本可以完成目标的任务。奶牛牛棚环境智能远程控制器是一种基于现代通信技术和嵌入式系统技术的智能化设备，它可以实现对奶牛生产和养殖环境的实时监控和调控，提高奶牛养殖的效益、质量和可持续发展性。奶牛牛棚环境智能远程控制器的发展趋势包括：应用场景的不断拓展、技术的不断成熟与创新、多元化的功能要求和开放性的系统架构。未来，随着技术的不断革新和应用场景的拓展，奶牛牛棚环境智能远程控制器将在奶牛养殖产业的智能化升级和可持续发展方面发挥越来越重要的作用。6.2展望奶牛牛棚环境智能远程控制器作为奶牛养殖业智能化升级的重要手段，虽然取得了一些重要成果，但仍面临一些问题和挑战。未来奶牛牛棚环境智能远程控制器发展趋势将呈现以下几个方面：1.技术标准逐步统一和规范化。相关部门将推动奶牛牛棚环境智能远程控制器的技术标准化，形成统一的技术规范和标准。2.数据共享和整合技术逐步成熟。随着大数据技术的不断成熟，相关技术企业将加强数据共享和整合技术的研究，为奶牛牛棚环境智能远程控制器应用提供更好的数据服务。3.成本逐步降低，应用范围逐渐扩大。随着相关技术的不断成熟和技术更新换代的加速，奶牛牛棚环境智能远程控制器的成本将逐步降低，应用范围也将逐渐扩大。参考文献[1]周英昊,武震钢,毛森,王亚男,冯曼,于滨,许翊冉,吴限,郭建军,邱殿锐.冀北不同建筑类型奶牛舍冬季环境质量比较[J].家畜生态学报,2021,42(02):50-55.[2]黄凤英,江仁海,林建龙,冯俊国,李梦鹤,杨和融.分布式的智能远程林园检测管理系统设计[J].数码设计,2018,7(01):32-36．[3]程思宁,史舜文.室内环境智能控制系统设计[J].电子世界,2021,(16):125-127.[4]程捷.基于多参数融合的猪舍环境控制系统研究[D].湖北工业大学,2021.[5]夏雪,侍啸,柴秀娟.人工智能驱动智慧奶牛养殖的思考与实践[J].中国乳业,2020(8):5.[6]安洁,翟国印.奶牛养殖环境智能控制标准体系建设研究[J].2021(2017-11):94-97.[7]王曦,周惠兴,王舜等.基于边缘计算的室内测量设备远程控制系统设计与实现[J].国外电子测量技术,2022(008):041.[8]任月晓,米浩,王耀,兰西柱.一种农业病虫害高清拍照系统[J].中国科技信息,2020,(06):78-79+81.[9]赵威.中国奶牛养殖产业发展现状及趋势[J].畜禽业,2018,29(2):1.[10]候子栋,祖新政,翁业斌,等.规模化奶牛养殖场犊牛梭菌性肠炎的诱发因素和防制[J].草食家畜,2020(006):000.[11]杜松怀,邹兵,施正香.奶牛环境信息及生物信息监测的物联网网关:,CN110543199A[P].2019.[12]孙小琴,宋振华,周静静,等.奶牛温热环境评价指数及其应用进展[J].动物营养学报,2021.[13]袁妙玲.智能家居远程监控系统的研究与设计[J].科技传播,2018(11):2.[14]张宝雯,王春光,宗哲英等对日光温室远程监控APP的设计与开发[J].农机化研究,2018,40(11):5.[15]郑宇平.基于物联网和嵌入式技术的船舶远程监控系统开发[J].舰船科学技术,2018(1X):3.[16]deOliveiraEuclidesReuter,MunizElaineBarbosa,SoaresJoãoPauloGuimarães,deAraújoGabrielAndréaMaria,GandraJeffersonRodrigues,MenegatAlziraSalete,SilvaJanainaTayna,NevesNathalieFerreira,MarquesOrlandoFilipeCosta.Ecologicalandsocio-environmentalimpactsofconversiontoorganicdairyfarming[J].OrganicAgriculture,2022,12(4).[17]AivaliotisP,ArkouliZ,GeorgouliasKetal.\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"Degradationcurvesintegrationinphysics-basedmodels:Towardsthepredictivemaintenanceofindustrialrobots[J]

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