摘? 要：近年來，隨著我國禽畜養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，使得各地區(qū)的羊場規(guī)模隨之?dāng)U大，由此對羊場的管理工作提出更高的要求。為滿足管理工作的需要，羊場應(yīng)當(dāng)加快信息化系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程?；诖?，本文從羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)方案分析入手，論述了羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)途徑。期望通過本文的研究能夠?qū)ρ驁龉芾硭降奶嵘兴鶐椭?/p>

關(guān)鍵詞：羊場信息化系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);智能化

中圖分類號：TP311.52;S826? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）23-0109-03

Research on the Construction of Sheep Farm Information System

CHANG Xuechuan

（Songshan Shaolin Wushu College，Dengfeng? 452470，China）

Abstract：In recent years，with the rapid development of animal husbandry in China，the scale of sheep farms in various regions has been expanded，which puts forward higher requirements for the management of sheep farms. In order to meet the needs of management，sheep farm should speed up the construction process of information system. Based on this point，this paper starts with the analysis of the technical scheme of sheep farm information system construction，and discusses the realization way of sheep farm information system construction. It is hoped that the research in this paper can help to improve the management level of sheep farm.

Keywords：sheep farm informatization system;system design;intellectualization

0? 引? 言

羊場是養(yǎng)殖羊群的場所，為了給羊場內(nèi)的羊群繁殖與成長提供良好的條件，需要對羊舍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，據(jù)此采取相應(yīng)的措施保障羊群健康成長。由于規(guī)模化羊場的面積相對較大，所以在建設(shè)信息化系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)確保系統(tǒng)硬件設(shè)備安裝的便捷性和軟件的實(shí)用性。因此，本文就羊場信息化系統(tǒng)的建設(shè)展開研究。

1? 羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)方案

1.1? 主控制器

MCU以其自身所具備的體積小、功耗低、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在信息化系統(tǒng)建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。MCU的種類較多，如51系列、MSP430系列、DSP系列、ARM系列等等，不同類型的MCU適用于不同的場合。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，需要為信息采集子系統(tǒng)配備采集設(shè)備與智能網(wǎng)關(guān)，前者主要負(fù)責(zé)對傳感器數(shù)據(jù)、報(bào)警信號等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用ZigBee將采集到的數(shù)據(jù)傳給信息平臺;后者則負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)具備數(shù)據(jù)處理、存儲等功能。經(jīng)綜合考慮后，決定采用ARM系列中的N32926芯片作為主控制器，之所以選擇該芯片是因?yàn)槠滟Y源較為豐富，便于封裝、焊接，主頻高，帶有以太網(wǎng)接口，能夠滿足羊場信息化系統(tǒng)的建設(shè)需要。

1.2? 操作系統(tǒng)

對于嵌入式系統(tǒng)而言，操作系統(tǒng)是較為重要的組成部分之一。目前，市面上較為常見的操作系統(tǒng)有以下幾種：Windows CE、VxWorks和Linux等。由于本文所選的主控制器芯片為ARM系列，需要支持驅(qū)動開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編程，故此，操作系統(tǒng)選用Linux，借助編譯工具對PC機(jī)開發(fā)代碼進(jìn)行編譯，下載到開發(fā)板上直接運(yùn)行。

1.3? 無線通信

羊場具有占地面積大的特點(diǎn)，若是信息化系統(tǒng)采用有線通信的方式，布線安裝的復(fù)雜程度會隨之提高，且不利于后期維護(hù)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，決定采用無線通信?，F(xiàn)階段，常見的無線通信方案有以下幾種：紅外、藍(lán)牙、ZigBee、Wi-Fi、4G等。不同的無線通信具有不同的特點(diǎn)，適用場合也不相同。在充分考慮羊場信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信需求的基礎(chǔ)上，經(jīng)過比選后，最終選用ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi兩種方案。

1.4? 信息化平臺

在信息化平臺的開發(fā)中，較為常用的模式有兩種，一種是C/S，另一種是B/S。由于羊場內(nèi)部的信息管理系統(tǒng)只供羊場管理人員使用，所以需要簡潔的人機(jī)交互界面和定制化的功能開發(fā)，故此，決定采用C/S模式。而遠(yuǎn)程信息化平臺則選用B/S模式。信息化平臺的開發(fā)語言較多，如C#、PHP、Java等等，在這些開發(fā)語言中，C#的穩(wěn)定性較好、高效、簡單，因此，決定選用C#對客戶端及服務(wù)器程序進(jìn)行開發(fā)。

2? 羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)途徑

2.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

在對羊場信息化系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要考慮以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：需求、模塊功能開發(fā)的難易程度、成本、可擴(kuò)展性等等。按照上文中的關(guān)鍵技術(shù)方案，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：信息采集設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、探測器、攝像頭、服務(wù)器等。其中信息采集設(shè)備除了能夠?qū)ρ蛏醿?nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集之外，還能對探測器的報(bào)警信息進(jìn)行采集，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。探測器和攝像頭構(gòu)成了羊舍安全防控子系統(tǒng)，攝像頭能夠偵測到外來入侵行為，并發(fā)出報(bào)警信號。信息化平臺可將接收到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。

2.2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)開發(fā)的羊場信息化系統(tǒng)中，信息采集和智能網(wǎng)關(guān)是核心部分，具體的硬件設(shè)計(jì)如下。

2.2.1? 信息采集

在羊場信息化系統(tǒng)中，信息采集設(shè)備的主要作用是對羊舍環(huán)境信息進(jìn)行采集，同時(shí)還能實(shí)時(shí)接收報(bào)警信息，采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee進(jìn)行傳輸。信息采集設(shè)備的主控制器選用的是STM32系列，因?yàn)檠蛏醿?nèi)的環(huán)境信息相對較多，如溫濕度、光照、風(fēng)速等等，這些參數(shù)均有與之相對應(yīng)的變送器，為給信息采集設(shè)備的安裝提供便利條件，決定采用RS485通信協(xié)議的變送器，通過ADM系列芯片對通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在信息采集板內(nèi)引入溫濕度傳感器。由于信息采集設(shè)備需要對羊舍內(nèi)的溫濕度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行控制，為便于系統(tǒng)擴(kuò)展，設(shè)計(jì)三種電路進(jìn)行控制器調(diào)節(jié)，分別為RS232、RS485和繼電器。

（1）RS232電路設(shè)計(jì)。這是嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的通信協(xié)議，在通信電路的設(shè)計(jì)過程中，可以采用負(fù)邏輯電平，該電路主要用于系統(tǒng)的調(diào)試與通信。羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)中，選用MAX系列芯片，對RS232通信電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過公共接口與STM32系列芯片進(jìn)行連接。

（2）RS485電路設(shè)計(jì)。RS485是工業(yè)控制系統(tǒng)中較為常用的通信協(xié)議之一，該協(xié)議具有可靠性高等特點(diǎn)。在RS485通信電路設(shè)計(jì)中，選用ADM系列芯片作為通信芯片，供電電壓為3.3V。ADM系列芯片自帶隔離電源，可通過引腳為輸出端供電，需要注意的是，如果傳輸距離過長，會導(dǎo)致RS485的抗干擾能力下降，因此，為確保RS485的通信穩(wěn)定性，可在其線路兩端連接120Ω的匹配電阻。

（3）繼電器電路設(shè)計(jì)。目前，部分執(zhí)行器的控制可采用通斷的方式予以實(shí)現(xiàn)，如與光照有關(guān)的電燈等等。所以在信息采集模塊的設(shè)計(jì)中，加入繼電器控制電路。由于STM32引腳的電流很難達(dá)到50mA，故此經(jīng)過比選之后，決定采用ULN系列芯片作為繼電器線圈的驅(qū)動芯片。該芯片的供電電壓為5V，借助電平轉(zhuǎn)換的方式，可使STM32對該芯片進(jìn)行驅(qū)動。為降低成本，電平轉(zhuǎn)換芯片選用的是74HC系列芯片。

2.2.2? 智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

在羊場信息化系統(tǒng)建設(shè)過程中，智能網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其需要通過橋接的方式與ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，并實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。不僅如此，智能網(wǎng)關(guān)還需要具備數(shù)據(jù)處理等功能，因此要求選用的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有較高的性能。經(jīng)過比選后，決定采用ARM系列芯片中的N32926芯片。智能網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)圍繞該芯片展開，具體如下：

（1）處理器電路設(shè)計(jì)。N32926芯片采用的是32位微處理器，最高工頻為240MHz，同時(shí)為進(jìn)一步降低系統(tǒng)開發(fā)成本，在該芯片內(nèi)部集成DDR2內(nèi)存（64M）。為給各個(gè)模塊提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，需要在該芯片外部連接一個(gè)12MHz的晶振。

（2）ZigBee接口電路設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)的ZigBee接口電路選用的是CC2530芯片，以此來確保模塊間的無線通信，協(xié)議棧為Z-Stack，最高傳輸速率為250Kbps，可視化傳輸距離為250m，休眠時(shí)的功耗低于5μA。為便于二次開發(fā)，將該芯片的I/O資源全部引出。在接口電路設(shè)計(jì)中，采用串行通信的方式實(shí)現(xiàn)ZigBee與STM32的連接。

2.3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.3.1? ZigBee節(jié)點(diǎn)

本次設(shè)計(jì)的羊場信息化系統(tǒng)中，采集設(shè)備會將采集到的羊舍環(huán)境信息發(fā)給ZigBee節(jié)點(diǎn)，經(jīng)由無線通信網(wǎng)絡(luò)傳給協(xié)調(diào)器。ZigBee節(jié)點(diǎn)還能對協(xié)調(diào)器下發(fā)的相關(guān)指令進(jìn)行接收。在信息采集設(shè)備中，包含一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，可將該節(jié)點(diǎn)作為完整功能設(shè)備（FFD）使用，本系統(tǒng)中，所有節(jié)點(diǎn)全部使用的是FFD設(shè)備。因此，當(dāng)其成功加入無線網(wǎng)絡(luò)后，可通過調(diào)用相關(guān)函數(shù)直接啟動路由器。Z-Stack為開發(fā)者提供了一系列函數(shù)，利用這些函數(shù)的相應(yīng)功能，可以完成ZigBee節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)。例如，通過ZDO_ProcessMgmtLeaveReq函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)脫離當(dāng)前ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

2.3.2? 智能網(wǎng)關(guān)程序

本次設(shè)計(jì)開發(fā)的羊場信息化系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)選用的是ARM系列芯片中的N32926處理器，操作系統(tǒng)為Linux，為對系統(tǒng)資源進(jìn)行合理利用，軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，引入多線程機(jī)制。

2.3.3? 羊場管理子系統(tǒng)軟件

借助該子系統(tǒng)，羊場的管理人員可對羊舍、羊群進(jìn)行管理。

（1）羊舍信息管理模塊。該模塊可為羊場管理人員提供羊舍的基本信息，如編號、名稱、羊的數(shù)量等。同時(shí)還能提供羊舍的消毒情況信息，如消毒使用的藥品名稱、用量以及消毒日期等。

（2）羊群信息管理模塊。該模塊包含以下信息：羊場內(nèi)羊的基本情況、飼養(yǎng)、疫情、配種、妊娠等等。

3? 結(jié)? 論

綜上所述，隨著羊場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)無法適用，因此，引入信息化管理模式勢在必行。羊場在建設(shè)信息化系統(tǒng)的過程中，可以選用嵌入式系統(tǒng)，對硬件電路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并根據(jù)管理系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件。通過信息化系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠使羊場管理效率獲得大幅度提升。

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作者簡介：常學(xué)川（1982.01-），男，漢族，河南濮陽人，講師，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)信息化。