李　頎， 馮宇謙， 周曉嵐

(陜西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 陜西 西安　710021)

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基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的養(yǎng)殖場信息監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

李頎， 馮宇謙， 周曉嵐

(陜西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 陜西 西安710021)

摘要：針對養(yǎng)殖場部分信息監(jiān)測需要人工測量與人工記錄，且監(jiān)測信息不全面，不能綜合反映養(yǎng)殖場環(huán)境信息等問題，設(shè)計開發(fā)了一種基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的養(yǎng)殖場信息監(jiān)測系統(tǒng).該系統(tǒng)能夠?qū)︷B(yǎng)殖場禽畜舍溫度、濕度、NH3濃度、風(fēng)速、用水量和用電量進行采集，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控室內(nèi)上位機監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于Delphi和SQL Server2005編程，便于養(yǎng)殖場信息存儲、查詢和分析.實際測試表明：該系統(tǒng)能夠有效、準確地監(jiān)測養(yǎng)殖場內(nèi)各禽畜舍的環(huán)境信息，通過ZigBee自組網(wǎng)特性，布線復(fù)雜程度低、可擴展性強，系統(tǒng)具有一定的推廣應(yīng)用價值.

關(guān)鍵詞：養(yǎng)殖場； 信息監(jiān)測； ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)； Delphi

0引言

近幾年來，隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度不斷加快，并向規(guī)模化、現(xiàn)代化方向推進，特別是大群體、高密度飼養(yǎng)畜禽的日益增加，養(yǎng)殖場內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)上升為影響畜禽健康狀態(tài)與生產(chǎn)性能的首要問題.各類流行性疾病的不斷爆發(fā)和傳播，將會給畜禽養(yǎng)殖帶來嚴重的打擊，為了有效防治疫病的發(fā)生與傳播，在不斷加強疫病防控體系的同時，對養(yǎng)殖場環(huán)境的監(jiān)測逐漸得到國內(nèi)外企業(yè)和學(xué)者的重視[1-6].

隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來出現(xiàn)了面向低成本設(shè)備無線組網(wǎng)要求的ZigBee技術(shù)，它是一種近距離、低成本、低功耗、低速率的雙向無線傳輸技術(shù)，主要適用于自動控制、遠程控制甚至家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需要.通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)傳感器節(jié)點與數(shù)據(jù)匯集中心節(jié)點的無線通信，并可以充當路由進行信息交換，更加符合養(yǎng)殖場信息檢測過程中對多點檢測、多要素、移動性、便捷性等方面的要求.

養(yǎng)殖場內(nèi)禽畜舍環(huán)境通常比較復(fù)雜，環(huán)境信息之間相互影響，目前雖已有相關(guān)學(xué)者在養(yǎng)殖場信息采集方面進行了相關(guān)研究，并已實現(xiàn)相關(guān)功能，但大多數(shù)只是涉及畜禽舍內(nèi)部溫度、濕度、CO2、SO2、NH3和光照等信息檢測[7-12]，并未涉及整個養(yǎng)殖場信息的采集管理，因此不能全面綜合地反映整個養(yǎng)殖場內(nèi)的環(huán)境信息.

從環(huán)境信息綜合性和牲畜的健康角度出發(fā)，還需要考慮到其他環(huán)境因素.禽畜舍內(nèi)適當?shù)娘L(fēng)速會對溫度、濕度和NH3濃度起到一定的調(diào)節(jié)作用；通過觀察禽畜舍用水量可以了解到牲畜的生長狀況和健康狀況；通過觀察禽畜舍用電量可以得知養(yǎng)殖場內(nèi)大型風(fēng)機設(shè)備以及取暖設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況，同時也間接反映了禽畜舍內(nèi)通風(fēng)量、溫度、濕度、NH3濃度的變化.

本文結(jié)合河南某牧業(yè)公司對養(yǎng)殖場綜合信息采集需求，針對上述問題，設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的養(yǎng)殖場信息采集系統(tǒng)，使用ZigBee無線通信技術(shù)將養(yǎng)殖場內(nèi)畜禽舍溫度、濕度、NH3濃度、風(fēng)速、畜禽舍用水量和用電量信息傳輸?shù)奖O(jiān)測管理中心上位機，工作人員通過上位機監(jiān)測整個養(yǎng)殖場的采集信息，當傳感器數(shù)據(jù)超過閾值時，及時報警以便于現(xiàn)場監(jiān)控人員進行調(diào)控，還可以通過上位機查看傳感器歷史數(shù)據(jù)，便于工作人員分析歷史數(shù)據(jù)，提高養(yǎng)殖場生產(chǎn)力.該系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，信息采集完整準確，系統(tǒng)部署方便，維護成本低，降低工作人員勞動強度，為養(yǎng)殖場進行科學(xué)養(yǎng)殖提供了基礎(chǔ)的環(huán)境數(shù)據(jù)依據(jù).

1系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)實際應(yīng)用的養(yǎng)殖場所處環(huán)境較為廣闊，此養(yǎng)殖場一共建有22個禽畜舍，布局為2排11列，監(jiān)測室處于第一排禽畜舍正前方，單個禽畜舍長105 m，寬17.2 m，相鄰禽畜舍橫向間隔8 m，縱向間隔10 m.每個禽畜舍安裝1個傳感器檢測節(jié)點檢測禽畜舍環(huán)境信息，路由器節(jié)點安裝于人行道旁，協(xié)調(diào)器安裝于監(jiān)控室內(nèi)部通過RS-232串口連接上位機電腦，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1　養(yǎng)殖場信息監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)傳感器節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點的位置情況測量，最遠直線距離為170 m，因此ZigBee節(jié)點的傳輸距離只要能夠大于170 m，便可以實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集與傳輸.然而ZigBee的傳輸范圍一般介于10~100 m之間，為了保障傳感器檢測節(jié)點能夠和協(xié)調(diào)器節(jié)點穩(wěn)定通信，使用CC2591增加無發(fā)射功率，配合2.4 GHz全向天線發(fā)射，相鄰節(jié)點之間可靠傳輸距離可以高達500 m，自動重連距離高達400 m，完全滿足此養(yǎng)殖場內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸距離.為了避免ZigBee信號受到養(yǎng)殖場內(nèi)障礙物阻擋，影響無線信號強度，在兩排禽畜舍中間人行道的路邊處每隔90 m放置1個路由器節(jié)點，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行多跳轉(zhuǎn)發(fā)，保障養(yǎng)殖場ZigBee內(nèi)無線數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸.

為了達到系統(tǒng)設(shè)計需求，系統(tǒng)整體設(shè)計分為兩部分：養(yǎng)殖場信息采集子系統(tǒng)設(shè)計與上位機監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)計.養(yǎng)殖場信息采集子系統(tǒng)主要由傳感器檢測節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點組成，傳感器檢測節(jié)點主要負責(zé)對畜禽舍溫度、濕度、NH3濃度、風(fēng)速、用水量和用電量信息進行采集，然后通過路由器節(jié)點以無線多跳方式發(fā)送給協(xié)調(diào)器，完成養(yǎng)殖場傳感器信息的采集與傳輸；上位機監(jiān)測子系統(tǒng)由圖形用戶界面和數(shù)據(jù)庫組成，上位機接收到傳感器數(shù)據(jù)后，通過圖形用戶界面顯示各畜禽舍環(huán)境參數(shù)，然后存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于工作人員查詢和分析養(yǎng)殖場數(shù)據(jù)，提高養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖和管理水平.

1.1　養(yǎng)殖場信息采集子系統(tǒng)

養(yǎng)殖場信息采集子系統(tǒng)主要實現(xiàn)養(yǎng)殖場信息通過以CC2530為核心的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行傳感器數(shù)據(jù)的采集，主要由傳感器檢測節(jié)點、路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點組成.

傳感器檢測節(jié)點主要采集養(yǎng)殖場畜禽舍中的傳感器數(shù)據(jù)，包括養(yǎng)殖場畜禽舍環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、NH3濃度、畜禽舍用水量和畜禽舍用電量.傳感器節(jié)點根據(jù)養(yǎng)殖場的需求布置在監(jiān)測點，通過ZigBee傳感器檢測節(jié)點核心處理器依次采集運算后，依照系統(tǒng)定義的通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)組成數(shù)據(jù)發(fā)送幀，然后將數(shù)據(jù)幀無線發(fā)送出去.

路由器節(jié)點主要為整個信息采集系統(tǒng)提供無線信息路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，整個信息采集子系統(tǒng)中的ZigBee節(jié)點通過自組網(wǎng)的方式組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò).ZigBee傳感器檢測節(jié)點通過采集各個傳感器的數(shù)據(jù)，沿著路由器節(jié)點以多跳方式進行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過多跳路由發(fā)往協(xié)調(diào)器接收節(jié)點.

協(xié)調(diào)器節(jié)點為整個網(wǎng)絡(luò)的建立發(fā)起者，具有整個網(wǎng)絡(luò)的最高權(quán)限，是整個網(wǎng)絡(luò)的維護者，管理傳感器節(jié)點和路由器節(jié)點的加入和離開，并接收所有傳感器節(jié)點發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)，再通過串口將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機監(jiān)測系統(tǒng).

1.2　上位機監(jiān)測子系統(tǒng)

上位機監(jiān)測子系統(tǒng)是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚中心和系統(tǒng)監(jiān)測中心.上位機監(jiān)測系統(tǒng)使用Delphi可視化編程軟件編寫，結(jié)合SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫存儲傳感器數(shù)據(jù).通過連接協(xié)調(diào)器節(jié)點接收養(yǎng)殖場信息采集節(jié)點中傳感器數(shù)據(jù)，在圖形用戶界面顯示養(yǎng)殖場中傳感器數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測養(yǎng)殖場情況，并存儲在數(shù)據(jù)中，便于管理人員對養(yǎng)殖場傳感器信息查看和分析.

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用的ZigBee無線傳輸技術(shù)的核心處理器使用TI公司的CC2530單芯片集成SOC，支持IEEE 802.15.4標準，集成了高性能的RF收發(fā)器，標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KB RAM，最高擁有256KB的閃存，8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換，1個16位定時器和2個8位定時器，21個可編程I/O引腳和許多其它強大的功能.結(jié)合TI公司開發(fā)的ZigBee協(xié)議棧(Z-StackTM)，為養(yǎng)殖場多種傳感器數(shù)據(jù)采集和傳輸提供了硬件支持，適用于多種傳感器數(shù)據(jù)采集.

2.1　傳感器采集節(jié)點硬件設(shè)計

傳感器采集節(jié)點主要用于檢測畜禽舍室內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速和NH3濃度以及畜禽舍用電量與畜禽舍用水量的環(huán)境參數(shù)，傳感器采集節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由ZigBee核心處理單元CC2530、溫濕度傳感器、NH3傳感器、風(fēng)速傳感器、用水量傳感器、用電量傳感器、復(fù)位電路、電源模塊組成.

圖2　傳感器采集節(jié)點結(jié)構(gòu)圖

ZigBee核心處理單元CC2530主要負責(zé)傳感器數(shù)據(jù)采集和無線數(shù)據(jù)傳輸，采用3.3 V電壓供電，通過CC2591功率放大，增強無線發(fā)射信號強度，保障信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性.圖3為CC2530+CC2591的核心模塊的電路原理圖，也是所有ZigBee節(jié)點的最小系統(tǒng).

圖3　CC2530+CC2591核心模塊原理圖

溫濕度傳感器采用SHT10數(shù)字式溫濕度一體傳感器，此傳感器采用IIC通訊接口，溫度測量精度為±0.5 ℃，濕度測量精度為±4.5%RH；溫度測量范圍為-40 ℃～123.8 ℃；濕度測量范圍為0～100%RH；傳感器默認返回14位溫度數(shù)據(jù)和12位濕度數(shù)據(jù)，外殼采用防水設(shè)計，完全適用于畜禽舍環(huán)境內(nèi)部溫度和濕度采集.

NH3濃度傳感器采用型號為BGD-NH3電化學(xué)式傳感器，電化學(xué)傳感器通過與被測NH3發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來檢測NH3濃度.測量范圍為0~100 mg/L，測量精度為±1%F.S，防護等級為IP66，采用4~20 mA標準電流輸出；采集傳感器數(shù)據(jù)前需要把4~20 mA電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再通過CC2530內(nèi)部自帶12位A/D通道進行電壓采集，從而實現(xiàn)采集NH3濃度采集.

風(fēng)速傳感器采用YGC-FS三杯式風(fēng)速傳感器，其測量范圍為0~70 m/s，啟動風(fēng)速為0.3 m/s，其輸出為RS-485信號，抗干擾能力好，且精度較高，防護等級為IP45；通過MAX485將CC2530的串口電平轉(zhuǎn)為RS-485電平，再與風(fēng)速傳感器連接，通過指令讀取當前環(huán)境風(fēng)速.

用電量傳感器采用DTS862電子式三相四線電能表，其遵循DL/T645-1997通訊規(guī)約，適用于大型自動抄表系統(tǒng)，該電表內(nèi)部通過計算實際用電量后再以RS-485的方式輸出.CC2530通過使用通信規(guī)約中的數(shù)據(jù)幀命令讀取實時用電量信息.

用水量傳感器采用JRM-2C計數(shù)直讀式用水量傳感器進行檢測，傳感器通過檢測安裝在水表上的磁針的轉(zhuǎn)動圈數(shù)來檢測用水量，磁針的安裝位置可以根據(jù)實際情況來選擇安裝精度，安裝位置精度越小，磁針轉(zhuǎn)圈數(shù)越多，計數(shù)也越多.用水量通過圈數(shù)與磁針的精度乘積來計算用水量，CC2530通過RS-485方式讀取用水量傳感器的檢測信號.

由于傳感器節(jié)點需要多種電壓供電，數(shù)據(jù)采集頻率較高，采用鋰電池供電，勢必造成帶電時間短，會給工作人員帶來維護不便；禽畜舍中安裝有大量的照明設(shè)備和取暖烤燈，留有大量的220 V電源接口，為了保障傳感器采集節(jié)點的穩(wěn)定工作，采集節(jié)點采用開關(guān)電源模塊供電，電源接入方便，布線簡短，既不影響傳感器工作穩(wěn)定性，又能根據(jù)采集需求合理布局傳感器節(jié)點.開關(guān)電源輸出24 V/1 A和5 V/1 A，再通過穩(wěn)壓芯片LM2576-12和ASM1117-3.3轉(zhuǎn)換12 V和3.3 V，24 V為NH3傳感器供電，12 V為用水量傳感器供電，5 V為風(fēng)速傳感器供電，3.3 V為核心模塊及溫濕度傳感器供電.

2.2　路由器節(jié)點硬件設(shè)計

路由器節(jié)點的核心模塊和傳感器檢測節(jié)點的核心模塊相同，均使用CC2530主控芯片和CC2591功率放大芯片，區(qū)別在于路由器節(jié)點在此不進行傳感器數(shù)據(jù)采集，因此硬件上只需要最小系統(tǒng)便可以工作.

2.3　協(xié)調(diào)器節(jié)點硬件設(shè)計

協(xié)調(diào)器節(jié)點主要負責(zé)接收所有傳感器節(jié)點的無線發(fā)送數(shù)據(jù)，同時作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)通過EIA-RS-232C標準接口與上位機通信，將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C監(jiān)測系統(tǒng).

由于EIA-RS-232C接口電氣特性規(guī)定邏輯1為-3~-15 V，邏輯0為3~15 V.而協(xié)調(diào)器使用TTL電平，為了實現(xiàn)上位機EIA-RS-232C與TTL電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換，在此使用MAX232芯片把CC2530串口電平轉(zhuǎn)換為EIA-RS-232C電平，其工作電路如圖4所示.

圖4　TTL電平與EIA-RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路圖

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包含ZigBee協(xié)議棧Z-Stack開發(fā)和上位機軟件開發(fā)兩部分.Z-Stack開發(fā)的目的是使得協(xié)議棧能夠滿足實際系統(tǒng)功能需求，主要進行應(yīng)用層開發(fā)，實現(xiàn)養(yǎng)殖場傳感器信息采集，并組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)，進行采集終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器通信.上位機軟件開發(fā)主要包含圖形用戶界面開發(fā)和數(shù)據(jù)庫開發(fā)，通過圖形用戶界面可以幫助工作人員可以直觀的讀取養(yǎng)殖場的傳感器數(shù)據(jù)，同時利用數(shù)據(jù)庫存儲采集到的傳感器數(shù)據(jù)，便于工作人員查看和分析歷史數(shù)據(jù).

3.1　Z-Stack應(yīng)用開發(fā)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器和路由器均屬于全功能設(shè)備(FFD)，傳感器節(jié)點(終端節(jié)點)屬于精簡功能設(shè)備(RFD)，RFD設(shè)備不具有FFD設(shè)備的路由功能，而路由節(jié)點區(qū)別于協(xié)調(diào)器節(jié)點的最重要一點是：協(xié)調(diào)器負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起和建立，因此路由器節(jié)點和傳感器節(jié)點只能向協(xié)調(diào)器節(jié)點申請加入網(wǎng)絡(luò)[13-16].

協(xié)調(diào)器節(jié)點上電后會初始化并建立網(wǎng)絡(luò)，然后監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中是否有采集節(jié)點請求加入網(wǎng)絡(luò)，如果收到采集節(jié)點請求加入網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器會采用分布式分配機制為采集節(jié)點分配16位擴展地址(Extended address)，協(xié)調(diào)器在建立網(wǎng)絡(luò)成功后將使用0X000作為自己的擴展地址，采集節(jié)點入網(wǎng)成功后將以16位擴展地址與協(xié)調(diào)器通信，協(xié)調(diào)器收到采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)后會通過串口發(fā)送給上位機.協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程圖如圖5所示，傳感器節(jié)點軟件流程圖如圖6所示.

圖5　協(xié)調(diào)器節(jié)點流程圖

圖6　傳感器采集節(jié)點流程圖

本系統(tǒng)為了便于管理所有畜禽舍中傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，且由于采集傳感器數(shù)量多，各傳感器有效數(shù)據(jù)字節(jié)長度不同，為保障協(xié)調(diào)器節(jié)點和上位機監(jiān)控系統(tǒng)能夠準確的識別各個畜禽舍中傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，因此定義傳感器數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表1所示.傳感器數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)幀頭、傳感器節(jié)點地址、協(xié)調(diào)器節(jié)點地址、畜禽舍編號、傳感器數(shù)據(jù)和幀尾組成.各個傳感器的數(shù)據(jù)在通信幀中的位置固定，傳感器節(jié)點依次采集各個傳感器數(shù)據(jù)，并存放在對應(yīng)位置，傳感器數(shù)據(jù)采集完成后，通過ZigBee射頻信號發(fā)送給協(xié)調(diào)器.

表1　ZigBee傳感器通信幀結(jié)構(gòu)

使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)分析儀進行抓包分析，數(shù)據(jù)包如圖7所示.從Texas Instruments Packet Sniffer軟件抓到的數(shù)據(jù)包可以看到每個數(shù)據(jù)包由很多段組成，由于協(xié)議棧采用分層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，所以數(shù)據(jù)包顯示時不同層使用不同的顏色表示.

從數(shù)據(jù)包中可以看到協(xié)調(diào)器組建網(wǎng)絡(luò)直到終端節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的整個過程，以及采集節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點的通信數(shù)據(jù)幀，在圖7介質(zhì)訪問控制層MAC payload 欄中后面有如下數(shù)據(jù)幀：FE FE 6F 79 00 00 01 01 05 03 1D 06 A4 30 31 31 00 00 1B 83 33 35 6A 9C EF EF，此為采集節(jié)點發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中包含了采集到的各個傳感器數(shù)據(jù)信息，協(xié)調(diào)器收到后再通過串口發(fā)送到上位機，上位機在對數(shù)據(jù)進行解析、顯示、存儲和分析.

圖7　ZigBee協(xié)議分析儀捕獲的數(shù)據(jù)包

3.2　上位機軟件開發(fā)

上位機借助于Delphi可視化的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，其采用面向?qū)ο蟮腛bject Pascal編程語言和基于部件的開發(fā)結(jié)構(gòu)框架，配合高速的編譯器和強大的數(shù)據(jù)庫支持，與Windows編程緊密結(jié)合.數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2005，通過ADOConnection和ADOQuery連接Delphi開發(fā)環(huán)境，為數(shù)據(jù)庫開發(fā)和管理提供了便捷.

為了測試本文養(yǎng)殖場環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)在河南某牧業(yè)有限公司進行了長達6個月的測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定.圖8為上位機監(jiān)測界面，通過上位機圖形用戶界面，工作人員直觀的看到養(yǎng)殖場內(nèi)所有傳感器采集的數(shù)據(jù)，了解到養(yǎng)殖場內(nèi)全面的環(huán)境信息；圖9為歷史數(shù)據(jù)查詢界面，以濕度作為查詢對象為例，工作人員通過上位機可以查看數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，為養(yǎng)殖場提供完整的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，便于養(yǎng)殖場工作人員依據(jù)歷史數(shù)據(jù)合理科學(xué)的調(diào)節(jié)飼養(yǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)過程，提高養(yǎng)殖場生產(chǎn)力.

圖8　上位機監(jiān)測子系統(tǒng)圖形用戶界面

圖9　濕度歷史數(shù)據(jù)變化曲線

4結(jié)束語

本文根據(jù)河南某牧業(yè)公司養(yǎng)殖場信息監(jiān)測需求，設(shè)計了基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的養(yǎng)殖場信息監(jiān)測系統(tǒng).首先介紹了檢測系統(tǒng)中傳感器采集節(jié)點中核心硬件設(shè)計和各傳感器選擇，然后對Z-Stack開發(fā)和基于Delphi和數(shù)據(jù)庫的上位機開發(fā)做了具體的應(yīng)用介紹，最后對系統(tǒng)進行了實地測試.該系統(tǒng)通過部署在養(yǎng)殖場內(nèi)的ZigBee節(jié)點構(gòu)成自組網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點完成傳感器信息采集后，經(jīng)由多跳方式傳往協(xié)調(diào)器節(jié)點，通過監(jiān)控室的上位機監(jiān)測界面查看傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過在實際環(huán)境中測試，能夠準確地監(jiān)測養(yǎng)殖場內(nèi)環(huán)境信息.該系統(tǒng)布線簡單、組網(wǎng)方便，適應(yīng)不同規(guī)模的養(yǎng)殖場需求，并可以根據(jù)實際需要，增加其他類型的傳感器，具有安裝靈活性和硬件可裁剪性，為企業(yè)提供全面綜合的環(huán)境監(jiān)測信息，同時為疾病判斷和預(yù)測提供數(shù)據(jù)支持，具有一定的推廣應(yīng)用價值.

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Design of information monitoring system based on

ZigBee wireless network for breeding farms

LI Qi， FENG Yu-qian， ZHOU Xiao-lan

(College of Electrical and Information Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:In view of the need for monitoring the information in the breeding farms,manual measurement and manual recording are applied to monitoring of some information,which is not comprehensive, and can′t reflect the environmental information of the breeding farms.For the above situation, an information monitoring system based on ZigBee wireless network is designed and developed for breeding farm,which can collect the temperature,humidity,NH3concentration,wind speed,water and electricity of poultry houses,and the sensor data is transmitted to the computer monitoring system based on Delphi and SQL Server2005 programming in monitoring room though the ZigBee network,the computer monitoring system is convenient to storage,query and analysis the breeding farm information.Experimental result shows:the system monitors the sensor information effectively and accurately in breeding farm,and it reduces the complexity of wiring and enhances scalability by means of ZigBee wireless network.The system has application value.

Key words:breeding farm； information monitoring； ZigBee wireless network； Delphi

中圖分類號：S126

文獻標志碼：A

文章編號：1000-5811(2016)01-0164-07

作者簡介:李頎(1973-)，女，陜西西安人，教授，研究方向：工業(yè)自動化與智能控制

基金項目：陜西省科技廳農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)計劃項目(2015NY028)； 西安市未央?yún)^(qū)科技計劃項目(201305)； 陜西科技大學(xué)博士科研啟動基金項目(BJ13-15)

收稿日期:*2015-11-13