徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

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基于MSP430的家畜咀嚼監(jiān)測器設(shè)計(jì)

徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋
（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

摘 要：經(jīng)研究表明，對(duì)家畜進(jìn)行定時(shí)，定量的飼料投放是現(xiàn)代化養(yǎng)殖的重要步驟。本設(shè)計(jì)以msp430芯片為核心，通過對(duì)于家畜進(jìn)食時(shí)咀嚼所帶來的彎曲度變化監(jiān)測，獲得其咀嚼時(shí)長，頻率等參數(shù)。同時(shí)獲取環(huán)境溫度以及采集時(shí)間，并將多種數(shù)據(jù)整合，以文本形式保存于系統(tǒng)自帶的SD卡上。讀取SD卡數(shù)據(jù)后，就能獲得包括時(shí)間，溫度以及咀嚼清晰情況的文本文件，為分析家畜的飲食習(xí)性提供有力的技術(shù)支撐與數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：MSP430；彎曲度傳感器；環(huán)境溫度；SD卡

1 引言

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)今國內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)中，許多農(nóng)場對(duì)家畜喂料往往是非常隨意的。然而，對(duì)于家畜的定時(shí)、定量投食，是非常有必要的。不科學(xué)的飼喂，造成的結(jié)果不是農(nóng)場投料不足影響的繁殖育種，就是浪費(fèi)飼料造成的生產(chǎn)效率低下。本項(xiàng)目采用彎曲度傳感器作為監(jiān)測家畜特定時(shí)間內(nèi)咀嚼狀況的監(jiān)測器。在特定的時(shí)間內(nèi)監(jiān)測家畜咀嚼進(jìn)食的具體情況，并記錄在自帶的SD卡上。研究人員通過卡內(nèi)的數(shù)據(jù)，可以對(duì)家畜的進(jìn)食情況進(jìn)行分析觀察。堅(jiān)持這樣，就能夠采集到一個(gè)長期的家畜飲食規(guī)律樣本，做到真正了解家畜的飲食行為習(xí)性。然后根據(jù)它們的飲食習(xí)性進(jìn)行定時(shí)、定量的科學(xué)投食，本項(xiàng)目幫助研究人員了解家畜的習(xí)性，同時(shí)又節(jié)約了養(yǎng)殖成本，所以，本設(shè)計(jì)不但是獲得家畜飲食習(xí)性的必要手段，而且還大大的提高了生產(chǎn)效率，真正達(dá)到了科學(xué)養(yǎng)殖的目的。進(jìn)一步發(fā)展下去，還將為之后建立動(dòng)物福利打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)家畜養(yǎng)殖場的實(shí)際養(yǎng)殖環(huán)境，我們?cè)O(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)框圖，如圖1所示。其中包括咀嚼監(jiān)測模塊、環(huán)境溫度監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、時(shí)間記錄模塊、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示模塊。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

圖2 電源供電模塊

當(dāng)檢測系統(tǒng)工作時(shí)，MSP430微處理器模塊經(jīng)電源模塊供電后開始正式工作。連接在家畜口側(cè)部的彎曲度傳感器在家畜進(jìn)行咀嚼活動(dòng)時(shí)規(guī)律性彎曲，使傳感器的電阻值發(fā)生改變。彎曲度傳感器接到分壓電路中，再將分到的隨傳感器規(guī)律變化的電壓值經(jīng)由片內(nèi)自帶的AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。同時(shí)，DS1302時(shí)鐘芯片也在實(shí)時(shí)記錄這時(shí)間信息，溫濕度傳感器記錄著溫濕度信息，再將這些信息按照順序存入一個(gè)數(shù)組中，再用SPI通信的方式存入SD存儲(chǔ)模塊中去。由此即可獲得清晰易查的家畜行為信息了。

2.1 微控制器

本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為本系統(tǒng)的主控芯片。MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器。它的特點(diǎn)是基于閃存或ROM的超低功耗MCU。

2.2 電源模塊

考慮到MSP430低功耗，而且整個(gè)系統(tǒng)功率的需求不大，所以采用USB或紐扣電池5V供電，再經(jīng)過1117-3.3V穩(wěn)壓芯片將供電電壓穩(wěn)壓到3.3V，以此滿足各個(gè)模塊的供電需求，其電路如圖2所示。

2.3 傳感器模塊

2.3.1 彎曲度傳感器

采用RB-02S046進(jìn)口模擬性彎曲度傳感器，總長80mm，測量長度60mm，工作溫度在0～55℃，重量1g，厚度0.43mm，平均阻值10kΩ，彎時(shí)阻值范圍在60kΩ～110kΩ，阻值與彎曲度表現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。

2.3.2 溫度傳感器

在環(huán)境溫度方面，我們采用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供9～12位攝氏溫度測量，而且僅通過一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息。DS18B20能直接從單線通信線上汲取能量，除去了對(duì)外部電源的需求。

2.4 時(shí)間記錄模塊

時(shí)間記錄模塊主要由DS1302構(gòu)成，DS1302具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，是帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。

3 對(duì)外數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

3.1 數(shù)據(jù)顯示模塊

顯示模塊選用1602液晶，1602液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，盡管1602僅能顯示字母、數(shù)字和字符但足以滿足系統(tǒng)的需求。在此系統(tǒng)中，此模塊只作為調(diào)試使用。因?yàn)槟K較大，佩戴笨重，所以實(shí)際使用時(shí)并不連接。

表1為實(shí)際測量得到的ADC采樣數(shù)據(jù)。

表1 傳感器各彎曲度下的采樣值表

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要由SD卡構(gòu)成，SD卡具有大容量、高性能、安全等多種特點(diǎn)的存儲(chǔ)卡，在本模塊中SD卡獲取由MSP430傳輸來的環(huán)境溫度以及采集時(shí)間，并將多種數(shù)據(jù)整合，以文本形式保存于系統(tǒng)自帶的SD卡上。本模塊直接運(yùn)用成品的SD卡存儲(chǔ)模塊來使用。與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信采用三線制SPI通信的方式，連接簡單便捷，也完全能夠滿足txt文本的數(shù)據(jù)傳輸速率要求。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分流程圖如圖3所示。首先是對(duì)例如DS1302時(shí)鐘芯片、SD卡進(jìn)行初始化。然后傳感器采集信息，分別有溫度傳感器采集數(shù)字信號(hào)，和彎曲度傳感器經(jīng)過分壓采集電壓信號(hào)。使用片內(nèi)自帶的AD進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得電壓值的數(shù)字信號(hào)。接下來通過定時(shí)器函數(shù)，每隔1s進(jìn)入一次中斷，在中斷中將傳感器采集到的值放入一個(gè)全局變量內(nèi)，并以SPI通信的方式寫入到SD卡中。同時(shí)用1602顯示屏顯示，完成后程序繼續(xù)回到傳感器數(shù)據(jù)采集步驟，重復(fù)進(jìn)行循環(huán)。

結(jié)語

本文根據(jù)家畜養(yǎng)殖場實(shí)際養(yǎng)殖環(huán)境及家畜咀嚼的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款通過彎曲度傳感器，在特定的時(shí)間內(nèi)觀察家畜咀嚼進(jìn)食情況并進(jìn)行記錄的監(jiān)測器。該監(jiān)測器采用SD卡進(jìn)行存儲(chǔ)，通過卡內(nèi)的數(shù)據(jù)，可以幫助研究人員對(duì)家畜的進(jìn)食情況進(jìn)行分析觀察，從而幫助研究人員根據(jù)它們的飲食習(xí)性進(jìn)行定時(shí)、定量的科學(xué)投食，從而做到節(jié)約養(yǎng)殖成本，提高生產(chǎn)效率，最終達(dá)到科學(xué)的養(yǎng)殖。

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圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

中圖分類號(hào)：U484

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（XC2015056）。

通信作者：譚峰。