肖 婷，趙建川，向前南，趙順艷，羅 濤，饒 欽

（1.貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550018；2.貴州師范學(xué)院 大數(shù)據(jù)科學(xué)與智能工程研究院，貴州 貴陽 550018）

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)肉類的需求量和肉類食品質(zhì)量有了較高要求。然而，食品質(zhì)量問題卻沒有得到有效保障，食品安全事件屢屢發(fā)生，使得人們產(chǎn)生了恐懼消費(fèi)心理。目前，我國大多數(shù)養(yǎng)殖戶采用傳統(tǒng)手持設(shè)備監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖環(huán)境，不僅不能保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，也增加了管理費(fèi)用。一些用戶利用有線傳輸方式傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)，不僅成本較高，還存在布線繁瑣的弊端。因此，研究出一套操作方便、低功耗、低成本的智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)牲畜養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證牲畜健康生長，提高養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)收入是我國畜牧業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。本文設(shè)計(jì)了一套智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，適用于對(duì)大部分牲畜養(yǎng)殖環(huán)境影響因素（CO濃度，O2濃度，NH3濃度，溫濕度等）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在微處理器中，方便進(jìn)一步分析處理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用全面的環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器（CO濃度傳感器，O2濃度傳感器，NH3濃度傳感器，溫濕度傳感器），將裝置放置在室內(nèi)，可24小時(shí)監(jiān)測(cè)牲畜的生長環(huán)境。通過傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，且安裝有風(fēng)扇、加濕器、補(bǔ)光、加熱等裝置，創(chuàng)造了一個(gè)適宜牲畜生長的良好環(huán)境。當(dāng)裝置檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)即將超過安全范圍時(shí)，可通過GSM無線通信模塊撥打電話給管理員，并發(fā)送短信，提醒管理員注意觀察環(huán)境參數(shù)；當(dāng)裝置監(jiān)測(cè)到環(huán)境參數(shù)不在安全范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器立即發(fā)出警報(bào)，GSM發(fā)送短信并打電話給管理員，提醒監(jiān)管者及時(shí)采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)運(yùn)行步驟如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行步驟

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)硬件控制由主控芯片STM32，GSM無線通信模塊以及傳感器單元構(gòu)成，系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。傳感器通過相應(yīng)的通信協(xié)議與STM32連接，將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示。利用矩陣按鍵設(shè)置提前預(yù)警的電話號(hào)碼，微處理器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)做出判斷，將判斷結(jié)果利用串口通信發(fā)送給GSM無線通信模塊，無線通信模塊通過電話和短信形式提醒管理員采取相應(yīng)措施，從而達(dá)到監(jiān)控預(yù)警的目的。

圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2.1 通信模塊簡介

本系統(tǒng)的核心部分是GPRS模塊（GSM模塊）。GPRS是集通話、數(shù)據(jù)傳輸、短信功能于一體的電路板。STM32單片機(jī)通過RS 232串口與GPRS通信，使GPRS實(shí)現(xiàn)無線通信功能。同時(shí)，GPRS模塊還具有數(shù)據(jù)傳輸功能，當(dāng)傳感器檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)立即判斷當(dāng)前參數(shù)是否在安全范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)將要發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)間，并將目前參數(shù)通過短信發(fā)送給管理員。

2.2 短信號(hào)碼設(shè)置

短信號(hào)碼設(shè)置采用矩陣按鍵，啟動(dòng)系統(tǒng)后，通過按鍵設(shè)置需要預(yù)警的電話號(hào)碼；“修改”按鍵用于更改預(yù)警的電話號(hào)碼；“確認(rèn)”按鍵用于確認(rèn)當(dāng)前號(hào)碼是否是要預(yù)警的號(hào)碼。號(hào)碼設(shè)置如圖3所示。

圖3 預(yù)警號(hào)碼設(shè)置圖

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32為核心處理器，通過STM32微處理器控制傳感器完成數(shù)據(jù)采集，通過串口實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)模塊關(guān)系如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)模塊關(guān)系示意圖

管理員根據(jù)牲畜生存的環(huán)境設(shè)置環(huán)境參數(shù)，分為安全范圍、接近危險(xiǎn)范圍和危險(xiǎn)范圍三個(gè)等級(jí)。微處理器根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行判斷，程序執(zhí)行流程如圖5所示。判斷結(jié)果以短信方式通知管理員，提醒其及時(shí)采取相應(yīng)措施。

圖5 程序執(zhí)行運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)中所采用的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）O2傳感器檢測(cè)濃度準(zhǔn)確率為95%及以上；

（2）CO傳感器檢測(cè)濃度準(zhǔn)確率為95%及以上；

（3）NH3傳感器檢測(cè)濃度準(zhǔn)確率為80%及以上。

測(cè)試截圖如圖6、圖7所示。

圖6 發(fā)短信截圖

圖7 打電話截圖

4 結(jié) 語

本文針對(duì)牲畜生長的環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合傳感技術(shù)，利用CO濃度，O2濃度，NH3濃度及環(huán)境的溫濕度等傳感器實(shí)時(shí)采集養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，設(shè)計(jì)了智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有低功耗、操作方便、實(shí)時(shí)性好、低成本等特點(diǎn)，滿足了大多數(shù)牲畜生長環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求，為進(jìn)一步研究牲畜生長環(huán)境提供了可靠的數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)可用于森林環(huán)境監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)警，也可用于對(duì)稀有動(dòng)物生活習(xí)性、環(huán)境的觀測(cè)研究，應(yīng)用前景廣闊。

[1] 郭衛(wèi)興，張雁平，王前.利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)畜牧業(yè)信息化[J].中國畜牧獸醫(yī)文摘，2017，33（11） ：32.

[2] 陳穎華，范旭華，潘麗娜.“機(jī)器換人”助推畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)[J].現(xiàn)代農(nóng)機(jī)，2017（6）：7-9.

[3] 郭玉果.畜牧業(yè)養(yǎng)殖的動(dòng)物疾病及防控[J].農(nóng)民致富之友，2016（22）：275.

[4] 韓斌杰.GPRS原理及其網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[5] 李毅男，郭志剛，杜一飛.南水北調(diào)配套工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南水利與南水北調(diào)，2017，46（11）：84-86.

[6] 余靚.淺談配電網(wǎng)同期線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（22）：148.

[7] 丁才成.基于SIP信令I(lǐng)P全交換遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代畜牧業(yè)養(yǎng)殖基地信息監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].電氣自動(dòng)化，2017，39（2）：33-35.

[8] 趙雪峰.畜牧養(yǎng)殖技術(shù)推廣工作中存在的問題及對(duì)策探求[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2017，37（22）102.