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        基于ZigBee的鴿舍溫濕度控制采集預(yù)警系統(tǒng)

        2017-12-01 01:42:42楊哲銘熊子琪
        福建質(zhì)量管理 2017年21期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境系統(tǒng)

        楊哲銘 熊子琪 程 奇

        (1.華北理工大學(xué)信息工程學(xué)院 河北 唐山 063000;2.大連海事大學(xué)航運經(jīng)濟與管理學(xué)院 遼寧 大連 116026)

        基于ZigBee的鴿舍溫濕度控制采集預(yù)警系統(tǒng)

        楊哲銘1熊子琪2程 奇1

        (1.華北理工大學(xué)信息工程學(xué)院 河北 唐山 063000;2.大連海事大學(xué)航運經(jīng)濟與管理學(xué)院 遼寧 大連 116026)

        為了幫助養(yǎng)殖業(yè)主更好地對鴿舍進行智能化管理,推動養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。本項目設(shè)計了鴿舍溫濕度等環(huán)境參數(shù)的控制采集預(yù)警系統(tǒng)。各個鴿舍內(nèi)安裝鴿舍環(huán)境終端,通過多個傳感器來采集鴿舍內(nèi)部的溫度、濕度、粉塵濃度、光照強度等環(huán)境參數(shù),并通過zigbee無線通訊,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的控制終端,養(yǎng)殖業(yè)主可通過控制終端顯示屏實時了解鴿舍環(huán)境情況并及時采取措施改善鴿舍環(huán)境。養(yǎng)殖業(yè)主也可對鴿舍環(huán)境參數(shù)設(shè)定正常范圍值。當(dāng)溫濕度、粉塵濃度、光照強度超過設(shè)定范圍時,控制終端會通過語音模塊進行語音提示及顯示屏相應(yīng)區(qū)域閃爍來警示養(yǎng)殖業(yè)主;進一步地,該系統(tǒng)會自動通過各個鴿舍環(huán)境終端控制啟動相應(yīng)鴿舍的加濕器、抽濕器、加熱器等設(shè)備,來調(diào)整環(huán)境參數(shù)值至指定范圍內(nèi)。各鴿舍環(huán)境終端另加攝像頭功能,在控制器終端顯示屏上可以查看鴿舍內(nèi)的整體情況,為養(yǎng)殖業(yè)主帶來方便。

        ZigBee;鴿舍;Cortex-M3/M4;溫濕度;預(yù)警系統(tǒng)

        引言

        隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起及發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備應(yīng)用也越來越廣泛。許多智能設(shè)備不斷地應(yīng)用到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)等社會化生產(chǎn)環(huán)境中。在養(yǎng)鴿業(yè)中,也存在一些便于人們管理的智能設(shè)備。但是由于成本較高和穩(wěn)定性較差等原因,所以很難大范圍推廣。鴿舍管理信息化水平落后是規(guī)?;怿濔B(yǎng)殖主要存在的制約因素之一,隨著科學(xué)技術(shù)和設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展,傳統(tǒng)的鴿舍管理方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前肉鴿養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展。因此,需要建立一套有效的鴿舍信息化管理系統(tǒng)來解決這一問題。為了方便管理員對鴿舍進行高效管理,我們設(shè)計開發(fā)了一套基于無線通訊的鴿舍信息化管理系統(tǒng)。

        目前市場上尚未有廣泛使用的鴿舍溫濕度采集和控制設(shè)備。優(yōu)秀的電子產(chǎn)品必須在保證質(zhì)量的同時最大程度地滿足實際應(yīng)用需求,所設(shè)計的鴿舍溫濕度控制采集預(yù)警系統(tǒng)充分考慮了鴿舍各種環(huán)境條件,并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集,采用穩(wěn)定的工業(yè)用近距離無線通訊協(xié)議zigbee來進行終端間的數(shù)據(jù)傳輸,在控制端使用觸摸屏[1]來進行圖形界面人機交互,具有穩(wěn)定可靠、交互簡單易用、保密性強等優(yōu)點,相對市場上存在的設(shè)計方案在成本和易用性方面有較大優(yōu)勢。

        一、系統(tǒng)總體設(shè)計

        系統(tǒng)包括鴿舍環(huán)境終端和控制終端,分別采用Cortex-M3/M4作為主控芯片,能夠滿足相應(yīng)功能對處理速度的要求。各傳感器模塊可直接采購或自行設(shè)計,攝像頭模塊、繼電器模塊可直接采購,加濕器、加熱器可根據(jù)實際需求采購后進行改裝。在控制終端部分,可通過語音模塊播放較為簡單的語音提示信息; 對LCD數(shù)模顯示控制[2]需要進行細(xì)致設(shè)計和調(diào)試來提升用戶體驗。Zigbee通信數(shù)據(jù)傳輸速率約為250Kbps,組網(wǎng)規(guī)模大,功耗低,適用于少量數(shù)據(jù)穩(wěn)定組網(wǎng)傳輸。該系統(tǒng)中,可實現(xiàn)一個控制終端來控制多個鴿舍環(huán)境終端的功能,可采用圖像分割和壓縮等技術(shù)來實現(xiàn)各鴿舍定時圖像數(shù)據(jù)[3]傳輸。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

        二、硬件電路設(shè)計

        該系統(tǒng)采用恩智浦公司的LPC1857和LPC4357作為微控制器[4]。它們分別基于ARM Cortex-M3和Cortex-M4的微控制器的嵌入式應(yīng)用程序。提供系統(tǒng)增強功能,如低功耗,增強的調(diào)試功能,以及一個高層次的支持塊集成。其中LPC1857在CPU頻率高達(dá)180 MHz,LPC4357高達(dá)204MHz。它們具有3級流水線,并采用了哈佛架構(gòu),具有獨立的本地指令和數(shù)據(jù)總線以及第三總線的外圍設(shè)備。還包括一個內(nèi)部預(yù)取單元,支持投機分支。還有一個靜態(tài)可配置定時器(SCT)子系統(tǒng),2個高速USB控制器,以太網(wǎng),LCD,外部存儲器控制器,以及多種模擬和數(shù)字外設(shè)。采用zigbee[5]來實現(xiàn)一對多的通信,ZigBee是一種便宜的,低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

        三、系統(tǒng)工作原理

        該系統(tǒng)通過環(huán)境終端上多個傳感器[6]來檢測采集鴿舍內(nèi)部的溫度、濕度、粉塵濃度、光照強度等環(huán)境參數(shù),并通過zigbee無線通訊,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂平K端,本系統(tǒng)主要針對養(yǎng)鴿業(yè),利用現(xiàn)代電子通訊技術(shù),設(shè)計了鴿舍溫濕度等環(huán)境參數(shù)的控制采集預(yù)警系統(tǒng)。在各個鴿舍內(nèi)安裝鴿舍環(huán)境終端,通過多個傳感器來檢測采集鴿舍內(nèi)部的溫度、濕度、粉塵濃度、光照強度等環(huán)境參數(shù),并通過zigbee無線通訊,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的控制終端,養(yǎng)殖業(yè)主可通過控制終端顯示屏實時了解鴿舍環(huán)境情況并及時采取措施改善鴿舍環(huán)境[7]。通過該系統(tǒng),養(yǎng)殖業(yè)主可對鴿舍環(huán)境參數(shù)設(shè)定正常范圍值。當(dāng)溫濕度、粉塵濃度、光照強度超過設(shè)定范圍時,控制終端會通過語音模塊進行語音提示及顯示屏相應(yīng)區(qū)域閃爍來警示養(yǎng)殖業(yè)主;進一步地,該系統(tǒng)會自動通過各個鴿舍環(huán)境終端控制啟動相應(yīng)鴿舍的加濕器、抽濕器、加熱器等設(shè)備,來調(diào)整環(huán)境參數(shù)值至指定范圍內(nèi)。各鴿舍環(huán)境終端另加攝像頭功能,在控制器終端顯示屏上可以查看鴿舍內(nèi)的整體情況,為養(yǎng)殖業(yè)主帶來方便。

        四、結(jié)論

        該系統(tǒng)根據(jù)養(yǎng)鴿業(yè)智能監(jiān)測的需求,基于ARM微控制器和ZigBee網(wǎng)關(guān)設(shè)計了這套鴿舍溫濕度控制采集預(yù)警系統(tǒng)。它不但可以準(zhǔn)確監(jiān)測鴿舍的溫濕度、粉塵濃度、光照強度等鴿舍環(huán)境參數(shù),還可以自動控制加濕器、加熱器等設(shè)備調(diào)節(jié)鴿舍溫濕度。在這基礎(chǔ)之上,還采用攝像頭進行可視化監(jiān)控,并將鴿舍情況顯示在7寸LCD屏幕上,突破了傳統(tǒng)的局限。有效地將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到了養(yǎng)鴿業(yè)中。并且這套系統(tǒng)原理簡單易懂、可移植性強、成本較低,所以將來會很好地在養(yǎng)鴿業(yè)發(fā)展起來。

        [1]孫志全.耕作部件性能試驗臺測控系統(tǒng)—基于ZigBee和LabVIEW[J].農(nóng)機化研究,2018,05.

        [2]何勉.基于ZigBee技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表用戶,2017,01.

        [3]李松濤.基于Android和ZigBee的移動環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2017,03.

        [4]王星明.集成3S,ZigBee和射頻識別的土壤采樣遠(yuǎn)程智能管理系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2017,S1.

        [5]張少凡.ZigBee技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù),2017,02.

        [6]向鳳紅.基于ZigBee的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改進協(xié)議[J].傳感器與微系統(tǒng),2017,02.

        [7]苗連強.基于ZigBee技術(shù)的溫室環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2010,10.

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