家禽养殖环境监测系统设计(附件)
物联网技术在家禽养殖行业的推广和应用，促使我国家禽养殖向智能化、规模化发展。家禽养殖环境因素对家禽养殖产品的产量和质量起到决定性作用，对其进行实时监测具有重要意义。本文基于单片机和ZigBee技术进行家禽养殖环境监测系统设计，各监测点的传感器采集温湿度，光照，有害气体等环境参数，传感器网络各节点采集数据通过ZigBee无线模块发送协调器节点，通过无线局域网将汇总数据信息上传至上位机，通过系统软硬件调试，能够实现家禽养殖环境参数的实时监测与预警。关键词 家禽养殖，环境监测，单片机，ZigBee
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 发展趋势 2
2 系统硬件设计 3
2.1 系统总体设计 3
2.2 ZigBee技术简介 4
2.3 主控模块设计 4
2.4 传感器节点设计 9
3 系统软件设计 12
3.1 主控模块软件设计 12
3.2 传感器节点软件设计 16
3.3 上位机设计 19
4 系统调试 20
4.1 PCB板设计 20
4.2 硬件系统调试 21
4.3 软件硬件联合调试 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
在随着我国科技水平和经济水平的提高，人民的生活水平日益提高，对于禽肉类的需求增加，带动了家禽养殖业的飞速发展。另一方面，人们青睐于无污染、原生态的绿色食品，这对我国的家禽养殖业又提出了很高的要求。
近年来，畜禽类各类流行病不断爆发和传播，专家认为，诸多疾病的横行与其养殖环境不断恶化关系密切。在畜禽类生产中，封闭式禽舍已经应用于禽类的工厂化饲养管理。封闭式禽舍要求有禽类生长、发育、繁殖和健康的一切外界条件和因素，及禽舍的环境，其中包括温湿度、二氧化碳、有害气体、光照等因素。健康的生活环境对于家禽的生长、繁殖和产量的提高有着重大影响。家禽的养殖环境 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
复杂多变，为了家禽养殖业的稳定发展，提高经济效益为人们的健康服务，我们需要对家禽的生长环境进行改善，让家禽健康生长发育，提高禽肉蛋类产品质量提高人民的生活水平。
综上所述，一个完善的家禽养殖环境监测系统对禽舍环境进行实时监测很有必要。在家禽饲养管理中，舍内温湿度、光照、氨气、二氧化碳、硫化氢等环境因素，需要进行监测和控制，使其满足家禽健康生长要求。本文选择对家禽影响较大的温湿度，光照和氨气等环境因素进行监测，实现家禽养殖环境的实时监测。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
由于国外对家禽养殖系统的研究较早，20世纪70年代荷兰、美国及日本就开始了对环境控制技术的研究，采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制基于计算机数据采集控制的多因子综合控制系统。
目前，发达国家环境监测的发展更为智能化，并将芯片技术、自动化技术和计算机技术应用于养殖业。1978 年，日本东京大学最早研制出微型计算机温室综合环境控制系统。该系统以计算机作为核心控制器，对温室内的诸多环境因子进行控制。衣阿华州立大学和普渡大学的研究学者们将测试仪器集中安放在大型综合测试车上，灵活性高、可随时在线监测，自主性强、具有完全知识产权，成本化、可进行不同地点切换，包括了温湿度、风速、静压和有害气体、二氧化硫和PM2.5等参数的监测，监测参数全面。加拿大的Argus产品利用能量平衡原理和控制方式，对禽舍环境进行全方位监测和控制。日本开发的环境调控集群控制系统还引入了专家系统，不仅能起到环境调控的作用，还能诊断出发病畜禽。
1.2.2 国内研究现状
我国是传统的农业大国，由于客观的历史原因，导致我国的家禽养殖展缓慢，还是传统的小规模人工养殖为主，这样的生产模式不仅投入的人力成本高、管理困难，而且对环境的感知和调控能力很薄弱，这极大的阻碍了我国家禽养殖业的发展。随着我国经济的不断发展，农业现代化程度越来越髙，家禽养殖行业的现代化、智能化程度得到了飞速发展。
近几年来，我国在监测方面做了不少研究，不少高校和研究所聚焦在家禽养殖监测上。高中霞等进行了基于无线传感器网络技术对禽舍内进行环境因素的监测；曾小虎等设计的基于ZigBee多级路由的无线温室监测系统，基本能够满足现代大面积的温室监测系统的需求；张长利等进行了基于ZigBee技术的奶牛体征监测系统设计；赵娟等进行了基于AVR单片机的鸡舍有害气体监测系统设计；
青州华邦温控装置有限公司生产的环境控制系统完成了多参数环境因子的检测控制，但是在上位机数据采集、分析、处理和存储方面不是很理想；
北京九纯健科技发展有限公司推出的养殖场鸡舍猪舍环境综合监控系统，能满足基本的舍内环境参数控制，同时还可实现现场报警和总部监测主机远程控制功能，其不足之处在于每个鸡舍均需配备现场监控，致使成本过高，同时，该系统的数据采集部分同样涉及多种传感器和多点布局，致布线较难，不便扩展新的检测节点。
与发达国家相比，我国的家禽养殖监测水平落后很多，基本靠人工养殖模式较多，向国外购买监测设备又有点昂贵。因此，低成本的高效率的家禽养殖监控系统是多数养殖户所期待需要的。
1.3 发展趋势
从研究上看，我国在禽舍环境方面的管理理念和技术方面与外国有较大差距、相对落后，国内的家禽养殖业多以小规模化人工管理为主，只是简单的将无线传感网技术应用在家禽环境监控系统中，不能实现环境的自动调控。但是，随着未来我国科学技术的不断进步，各种监测技术将不断应用到实际的农业养殖业中，伴随着各类新型传感器的问世，无线传感网技术方面的应用也将有巨大的发展空间。随着智能传感器和信息通信技术的发展，畜禽舍环境监控技术的发展由原来只能对单一的环境因子进行监控到同时监控多种环境因子，由原来的现场记录采集和人工处理数据到现在的自动采集数据、远距离传输和计算机自动完成数据的处理，并且经过各种先进的控制算法，智能的控制执行对象对环境因子的自动调节。可预见，未来的禽舍环境自动监控系统将朝着多因素、多样化的方向发展，最终实现现代化、集约化、智能化的现代禽舍管理系统，集数据、图形、声音、影视为一体的多媒体服务系统将是未来无线传感网应用于禽舍环境控制的研究热点。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 发展趋势 2
2 系统硬件设计 3
2.1 系统总体设计 3
2.2 ZigBee技术简介 4
2.3 主控模块设计 4
2.4 传感器节点设计 9
3 系统软件设计 12
3.1 主控模块软件设计 12
3.2 传感器节点软件设计 16
3.3 上位机设计 19
4 系统调试 20
4.1 PCB板设计 20
4.2 硬件系统调试 21
4.3 软件硬件联合调试 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
在随着我国科技水平和经济水平的提高，人民的生活水平日益提高，对于禽肉类的需求增加，带动了家禽养殖业的飞速发展。另一方面，人们青睐于无污染、原生态的绿色食品，这对我国的家禽养殖业又提出了很高的要求。
近年来，畜禽类各类流行病不断爆发和传播，专家认为，诸多疾病的横行与其养殖环境不断恶化关系密切。在畜禽类生产中，封闭式禽舍已经应用于禽类的工厂化饲养管理。封闭式禽舍要求有禽类生长、发育、繁殖和健康的一切外界条件和因素，及禽舍的环境，其中包括温湿度、二氧化碳、有害气体、光照等因素。健康的生活环境对于家禽的生长、繁殖和产量的提高有着重大影响。家禽的养殖环境 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
复杂多变，为了家禽养殖业的稳定发展，提高经济效益为人们的健康服务，我们需要对家禽的生长环境进行改善，让家禽健康生长发育，提高禽肉蛋类产品质量提高人民的生活水平。
综上所述，一个完善的家禽养殖环境监测系统对禽舍环境进行实时监测很有必要。在家禽饲养管理中，舍内温湿度、光照、氨气、二氧化碳、硫化氢等环境因素，需要进行监测和控制，使其满足家禽健康生长要求。本文选择对家禽影响较大的温湿度，光照和氨气等环境因素进行监测，实现家禽养殖环境的实时监测。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
由于国外对家禽养殖系统的研究较早，20世纪70年代荷兰、美国及日本就开始了对环境控制技术的研究，采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制基于计算机数据采集控制的多因子综合控制系统。
目前，发达国家环境监测的发展更为智能化，并将芯片技术、自动化技术和计算机技术应用于养殖业。1978 年，日本东京大学最早研制出微型计算机温室综合环境控制系统。该系统以计算机作为核心控制器，对温室内的诸多环境因子进行控制。衣阿华州立大学和普渡大学的研究学者们将测试仪器集中安放在大型综合测试车上，灵活性高、可随时在线监测，自主性强、具有完全知识产权，成本化、可进行不同地点切换，包括了温湿度、风速、静压和有害气体、二氧化硫和PM2.5等参数的监测，监测参数全面。加拿大的Argus产品利用能量平衡原理和控制方式，对禽舍环境进行全方位监测和控制。日本开发的环境调控集群控制系统还引入了专家系统，不仅能起到环境调控的作用，还能诊断出发病畜禽。
1.2.2 国内研究现状
我国是传统的农业大国，由于客观的历史原因，导致我国的家禽养殖展缓慢，还是传统的小规模人工养殖为主，这样的生产模式不仅投入的人力成本高、管理困难，而且对环境的感知和调控能力很薄弱，这极大的阻碍了我国家禽养殖业的发展。随着我国经济的不断发展，农业现代化程度越来越髙，家禽养殖行业的现代化、智能化程度得到了飞速发展。
近几年来，我国在监测方面做了不少研究，不少高校和研究所聚焦在家禽养殖监测上。高中霞等进行了基于无线传感器网络技术对禽舍内进行环境因素的监测；曾小虎等设计的基于ZigBee多级路由的无线温室监测系统，基本能够满足现代大面积的温室监测系统的需求；张长利等进行了基于ZigBee技术的奶牛体征监测系统设计；赵娟等进行了基于AVR单片机的鸡舍有害气体监测系统设计；
青州华邦温控装置有限公司生产的环境控制系统完成了多参数环境因子的检测控制，但是在上位机数据采集、分析、处理和存储方面不是很理想；
北京九纯健科技发展有限公司推出的养殖场鸡舍猪舍环境综合监控系统，能满足基本的舍内环境参数控制，同时还可实现现场报警和总部监测主机远程控制功能，其不足之处在于每个鸡舍均需配备现场监控，致使成本过高，同时，该系统的数据采集部分同样涉及多种传感器和多点布局，致布线较难，不便扩展新的检测节点。
与发达国家相比，我国的家禽养殖监测水平落后很多，基本靠人工养殖模式较多，向国外购买监测设备又有点昂贵。因此，低成本的高效率的家禽养殖监控系统是多数养殖户所期待需要的。
1.3 发展趋势
从研究上看，我国在禽舍环境方面的管理理念和技术方面与外国有较大差距、相对落后，国内的家禽养殖业多以小规模化人工管理为主，只是简单的将无线传感网技术应用在家禽环境监控系统中，不能实现环境的自动调控。但是，随着未来我国科学技术的不断进步，各种监测技术将不断应用到实际的农业养殖业中，伴随着各类新型传感器的问世，无线传感网技术方面的应用也将有巨大的发展空间。随着智能传感器和信息通信技术的发展，畜禽舍环境监控技术的发展由原来只能对单一的环境因子进行监控到同时监控多种环境因子，由原来的现场记录采集和人工处理数据到现在的自动采集数据、远距离传输和计算机自动完成数据的处理，并且经过各种先进的控制算法，智能的控制执行对象对环境因子的自动调节。可预见，未来的禽舍环境自动监控系统将朝着多因素、多样化的方向发展，最终实现现代化、集约化、智能化的现代禽舍管理系统，集数据、图形、声音、影视为一体的多媒体服务系统将是未来无线传感网应用于禽舍环境控制的研究热点。
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