劉志斌，江　麗

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

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基于STM32與GSM模塊的禽畜舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

劉志斌，江麗

(湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

摘要：在家畜家禽養(yǎng)殖規(guī)?；B(yǎng)殖時，為了最大限度地提高家畜家禽生產(chǎn)性能，除了加強飼養(yǎng)管理和提高疾病控制水平之外，禽舍環(huán)境的控制也是一項十分重要的手段。本文提出一種基于STM32與GSM模塊的禽畜舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，能夠自動對畜禽舍環(huán)境的狀態(tài)進行實時監(jiān)視、記錄環(huán)境數(shù)據(jù)過限；通過聲光告警或短信方式提醒用戶對檢測到的禽畜生長環(huán)境中的不合理因素進行及時控制、調(diào)整。該系統(tǒng)由按鍵與LCD顯示電路、MCU與接口電路、GSM模塊電路、傳感器與驅(qū)動電路、聲光告警等幾部分組成。

關(guān)鍵詞：ARM；GSM；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

進入21世紀(jì)以來，我國的養(yǎng)殖業(yè)得到了迅猛的發(fā)展。由于“菜藍子”工程的實施和養(yǎng)殖業(yè)的逐步集約化、工業(yè)化，再加上目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和“畜牧致富工程”的實施，家畜家禽養(yǎng)殖逐步實現(xiàn)了規(guī)?；B(yǎng)殖。為了最大限度地提高家畜家禽生產(chǎn)性能，除了加強飼養(yǎng)管理和提高疾病控制水平之外，禽舍環(huán)境的控制也是一項十分重要的手段。能夠準(zhǔn)確即時掌握畜禽舍環(huán)境的一些關(guān)鍵信息參數(shù)，才能做出快速準(zhǔn)確的調(diào)整，從而達到提高養(yǎng)殖水平、獲得更好養(yǎng)殖利潤的作用[3]。

本文提出一種基于STM32與GSM模塊的禽畜舍環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計，能夠?qū)π笄萆岬沫h(huán)境進行實時監(jiān)測；提醒用戶對檢測到的禽畜生長環(huán)境中的不合理因素進行及時控制、調(diào)整。

1系統(tǒng)組成

在畜禽舍環(huán)境監(jiān)測方面，采用傳統(tǒng)人工方式較多，如何達到畜禽舍環(huán)境的智能管理，自動對畜禽舍環(huán)境的狀態(tài)進行實時監(jiān)視、記錄環(huán)境數(shù)據(jù)過限、即時報警等，這些功能通過一個系統(tǒng)能夠完成，這樣的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)構(gòu)架中，存在多個傳感模塊。這些傳感模塊所要采集的環(huán)境因素并不相同，不再是單一的某種環(huán)境數(shù)據(jù)。采集到的各種數(shù)據(jù)值需要進行比較，如果數(shù)值過限，將通過人機界面模塊進行告警提醒或通過短信模塊進行遠程提醒。因此，各模塊需要主控器統(tǒng)一調(diào)配工作。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖，按電路功能分成按鍵與LCD顯示模塊、MCU與接口電路、GSM模塊、傳感器模塊、聲光告警等幾部分電路組成。硬件電路如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)硬件電路框圖

2.1MCU與接口電路

STM32F030系列單片機是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的，它以基于ARM Cortex M0處理器內(nèi)核的嵌入式微處理器，具有高性能、低成本、低功耗等特點。

本文采用的STM32F030C8為32位微處理器，其有39個GPIO，完全可以滿足禽畜舍環(huán)境監(jiān)測器的所需IO引腳數(shù)。其內(nèi)部集成了兩個USART，一個12通道的12位ADC，以及其它外設(shè)，這樣使得外部的接口電路得到極大的簡化。使用其中的一個串行口完成對于LCD模塊的顯示控制，使用另一個串行口與GSM模塊通信，完成對SIM900的短信收發(fā)操作。PB0~PB7用做矩陣鍵盤電路的IO接口，PA0~PA7接到模擬量輸入端，將氣體傳感模塊傳來的模擬量送入內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。PA8為單總線通信端口。PA11輸出信號送到聲光告警電路，在需要告警時，通過聲響和閃光來通知場內(nèi)人員。

2.2GSM模塊電路

SIM900是SIMCom生產(chǎn)并銷售的緊湊型產(chǎn)品，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，SIM900A僅適用于中國市場，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價比高。采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1 800/1 900 MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸[1]。

SIM900A使用串口通訊的方式和外部連接，通過串口數(shù)據(jù)的交換我們就可以使得SIM900A模塊去執(zhí)行命令了。通過AT命令的控制 (GSM 07.07,07.05 and SIMCOM增強AT命令集)完成本系統(tǒng)所需的短信收發(fā)功能。

2.3傳感器模塊

家畜家禽在養(yǎng)殖過程中，所處環(huán)境對它們生長的影響因素較多，而影響最主要是溫度、濕度、有害氣體三種，因此本系統(tǒng)針對這三種因素進行監(jiān)測[2]。在規(guī)?；B(yǎng)殖時，畜禽舍面積會比較大，為了全面監(jiān)測，需要在畜禽舍內(nèi)的多個適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b這三類傳感器。目前，對空氣溫濕度進行檢測的傳感器研究與運用比較成熟，其中不乏性能較好的單總線數(shù)字式溫濕度傳感器。使用這類傳感器的電路結(jié)構(gòu)簡單，它們的數(shù)據(jù)傳輸只須一根數(shù)據(jù)線即可，并且容易實現(xiàn)多個傳感器共用這根數(shù)據(jù)線。一般常用的有害氣體傳感器是將所測氣體濃度轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電壓值或電流值。通過緩沖放大電路，將傳感輸出的電壓或電流轉(zhuǎn)換成0~3.3 V的電壓，再送給MCU進行AD轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字值。

2.4人機接口電路

不同種類的家畜家禽，以及同種家畜家禽在不同生長時期，所需溫度與濕度是不一樣的，這就要求監(jiān)測系統(tǒng)對畜禽舍環(huán)境因素是否超限進行設(shè)置，這將用到按鍵與顯示電路。通過對按鍵的操作可以設(shè)置生長環(huán)境因素超限值，也就是告警起動的上下限值，還可查看當(dāng)前環(huán)境的數(shù)據(jù)，翻看近前的記錄，設(shè)置GSM對象號碼等。這些過程中，采用了12864的點陣LCD屏進行相應(yīng)信息的顯示和提示。

3基于MDK的ARM微控制器軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1設(shè)計思路與流程圖

為實現(xiàn)對畜禽舍當(dāng)前環(huán)境因素的監(jiān)測與超限報警，軟件將完成對硬件電路的驅(qū)動以及功能操作，其由LCD模塊驅(qū)動子程序、氣體傳感器AD轉(zhuǎn)換子程序、單總線驅(qū)動子程序、AT命令發(fā)送與SIM900A驅(qū)動子程序、超限設(shè)置與記錄子程序、GSM對象號碼設(shè)置子程序等組成。

軟件功能的實現(xiàn)是通過主程序與定時器中斷程序配合完成的。定時器每隔5 ms產(chǎn)生一次中斷，對按鍵進行一次掃描，結(jié)合之前多次掃描，得到按鍵狀態(tài)，完成按鍵去抖動，計算出鍵值，更新新鍵值緩沖區(qū)，以備主程序使用。同時對5 ms的時間進行累計，當(dāng)達到需重新獲取傳感器數(shù)據(jù)的時長，將傳感數(shù)據(jù)更新標(biāo)志置為1。主程序先對系統(tǒng)進行初始化，包括定時器設(shè)置，LCD開機顯示畫面，SIM900A模塊、傳感器模塊檢查，中斷開啟等，然后查看是否有按鍵，如果有則響應(yīng)按鍵對應(yīng)的記錄查詢或超限設(shè)置、號碼設(shè)置程序，一起包括在按鍵處理程序中；如果有傳感器數(shù)據(jù)更新標(biāo)志，則對所有傳感器進行驅(qū)動，獲得畜禽舍環(huán)境參數(shù)值并清除更新標(biāo)志，之后判斷參數(shù)值是否超限，如有則發(fā)出本地告警與發(fā)送短信提示，同時記錄下來。

圖3主程序流程圖圖4定時器中斷程序流程圖

3.2編程實現(xiàn)

RealView MDK開發(fā)套件源自德國Keil公司，是ARM公司目前最新推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。RealView MDK集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括μVision3集成開發(fā)環(huán)境與RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強大的Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能。因此，由Keil MDK這個集成開發(fā)軟件來實現(xiàn)軟件的編寫與調(diào)試。

4結(jié)束語

該系統(tǒng)使用STM32F030C8作為控制器件，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低等特點，可作為一種通用的畜禽舍監(jiān)測裝置。如果在電路中加入對應(yīng)的參量傳感器的調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)，比如對應(yīng)溫度加入風(fēng)機或空調(diào)，在溫度過高時開啟，即可實現(xiàn)相應(yīng)的自動控制的目的。

參考文獻

[1]宋維，崔曉坤.基于STM32的GSM模塊綜合應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2012(18):4536-4537.

[2]趙建華.禽舍環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2011.

[3]鄧桂揚，王升升，馬得銀.基于ARM和ZigBee技術(shù)的禽舍環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2014(7)：61-64.

A Design of Environmental Monitoring System Based on STM32 and GSM Modular

Liu Zhibin, Jiang Li

(HunanTechnicalCollegeofRailwayHigh-Speed,HengyangHunan421002,China)

Abstract:In intensive farms, besides the improving of feeding and management, to control the environment is a useful means to improve the productivity of livestock and poultry. This paper presents a design of environmental monitoring system based on STM32 and GSM modular, The environmental control of poultry house are automatically monitored and through the alarm information or text messages reminds users, then to adjust and control the irrational factors in the environmental of poultry house. This system consists of keyboard circuit and LCD display circuit, MCU and interface circuit, GSM modular circuit, sensor and driving circuit, alarm circuit and so on.

Key words:ARM; GSM; environmental monitoring system

中圖分類號：TP277

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674- 4578(2016)01- 0013- 02

作者簡介：劉志斌(1982- )，男，湖南衡陽人，講師，研究方向：自動控制。

收稿日期：2015-09-29