can总线的猪舍环境监控系统设计硬件子系统
传统的猪舍养殖环境监控采用人工对养殖参数环境进行检测、调节和记录，消耗大量的人力、物力并且产生较大的人为误差，造成养殖户的经济效益不高，猪肉产品的质量也不能满足消费者的要求。针对当前生猪养殖舍环境监控系统效果低下的实际状况，本设计采用单片机技术、CAN现场总线技术，设计基于CAN总线的生猪养殖舍环境参数监控系统，提高生猪养殖环境监控的可靠性和自动化程度，提高养殖效益。系统采用温度、湿度和有害气体等传感器来探测被监测环境参数，通过CAN总线网络将监控单元采集的现场数据信息传输到信息中心，实现对被监控对象生猪舍参数的实时预警和控制。设计了单片机系统、CAN现场总线和控制电路等。关键词 CAN总线，单片机，监控系统，环境参数
目 录
引言 1
研究背景和意义 1
国内外的研究情况 2
主要研究内容 2
需求分析及总体方案设计 3
需求分析 3
总体方案设计 4
监控系统硬件设计 5
单片机系统设计 6
信号收集电路设计8
模数转换电路14
显示电路设计14
串口通信设计15
CAN总线设计16
电源电路设计21
软件设计22
软件总体设计22
CAN总线监视界面设计23
PID控制器设计24
系统调试25
CAN总线硬件调试25
CAN总线监视界面调试27
系统总调28
调试结果29
结论30
致谢31
参考文献32
附录34
1 引言
1．1 研究背景和意义
生猪养殖并不是一项简单零碎的工程，影响生猪养殖的要素有很多，其中猪舍环境是影响生猪养殖的要害因素之一。猪舍环境是生猪生活、成长与生产不能缺少的环境要素，提高猪舍环境品质，为生猪舒服的生活、茁壮的成长和普通的生产制造一个不错的生存环境。猪舍内空气质量差不只是侵害生猪生命安全，减弱生猪对疾病的抵抗力，危害生猪福利，并且招致生猪疾病的产生与扩散，猪舍内环境质量是生猪养殖不可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
忽视的环境因素[1]。随着生猪养殖业集约化与规模化程度迅速提高，特别是大群体、高密度生猪养殖的日趋增多，环境对养猪生产程度的制约作用日趋明显，环境掌握程度已成为养猪现代化的重要标记。猪舍内影响生猪生存成长的环境因子主要有温度、湿度、光照、风速和有害气体等，猪舍环境监控系统就是通过调节这些环境因子，制造一个对猪群生长发育有利的环境，改善猪肉质量、生产能力、生猪福利和经济效益。现场总线是自动化范畴的计算机网络,是现今自动化技术开展的热点之一，它以总线为联系，将现场设施衔接起来组成一个可以彼此交流信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通讯系统。CAN总线也是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中。因为其有着出色的功能，CAN总线的运用领域已不再局限于汽车行业，现已被普遍应用到农业自动控制、工业自动化、医学设施、船舶、工业设施等各个领域。
伴随着生活水平的提高，人们对生活品质有了更进一步的需求，对猪肉产品的食用安全问题提高了关注度。随着人们需求的增长，大规模养殖业得到快速发展，但是近年来各种禽流感的爆发也给大规模养殖户带来了不小的损失。预防禽流感等疾病在猪舍内产生的关键要素之一是监控猪舍内环境质量。因此，设计一种基于CAN总线的猪舍环境监控系统，实现对猪舍环境因子的控制，使其适合生猪生长很有必要。CAN总线是一种串行数据通讯协定，它是一种多主总线，通讯介质可以是双绞线、同轴电缆和光导纤维，最高能够达到1Mbps的通讯速率，具备实时性强、传输间隔较远、抗电磁干扰能力强、结构简单、成本低等长处。本次设计的系统与传统的猪舍控制系统相比，价格可明显降低，准确性以及稳定性得到改善，符合市场对现代猪舍控制系统的要求，具备广大的运用前景。
国内外的研究情况
由于我国的养猪业大多采用手工喂料、人工清粪，且舍内环境控制设备设施较少，因此猪舍环境自动控制技术方面的水平还较低，一般多采用人工手动控制，即使采用自动控制也是单因数控制，如温度控制、通风换气控制等[2]。现在，我国农村地区的养猪业还有很多个体养殖，都是小型猪舍且比较分散。我们国家对养猪业环境监控的关注较晚，最近十年才给予了高度的关注，环境监控系统的研究在近年来得到了飞速的发展。猪舍环境问题越来越受到重视，我们国家的一些地区已经建起了一些大规模养殖场，猪舍内配置了国外比较先进的环境监控系统。但是，国外的监控系统和我国的环境实际情况有些冲突，因此这就要求，我们国家的研究人员自主开发适合我国情况的监控系统。虽然我们国家对这种系统的研究起步较晚，但发展迅速，现今国内的一些研究人员借鉴国外的先进技术，已经研制出一批比较先进的监控系统，取得了一定的研究成果。我们国家的养猪行业正在向着专业化方向迈进。
国外的一些国家比如荷兰、美国、澳大利亚等是畜牧业发达的国家，他们是大规模养殖，需要对舍内环境进行实时监控，所以他们国家的一些研究人员对猪舍环境质量问题关注较早。他们已经研究出来一套比较完善的系统，可以对温度、湿度、光照强度、风速和有害气体等进行检测。自从上世纪五十年代以来，美国、丹麦、德国等发达国家的规模化养猪发展迅速，形成了一整套养猪工艺模式、配套设施及饲养管理技术[3]。未来猪舍环境监控系统一定会向智能化方向发展。目前，许多国家已经开始研究生猪养殖控制系统与计算机系统相结合的智能监控系统，该系统可以实时体现猪舍现场的环境信息，当环境信息超出预警值时，系统可以检测出来并且可以进行自动控制，实现对猪舍环境的监控管理。
1．3 主要研究内容
针对当前生猪养殖舍环境监控系统效果低下的实际状况，本设计采用单片机技术、CAN现场总线技术，设计基于CAN总线的生猪养殖舍环境参数监控系统，提高生猪养殖环境监控的可靠性和自动化程度，提高养殖效益。系统采用温度、湿度、光照强度和有害气体等传感器来探测猪舍环境参数，通过CAN总线网络将监控单元采集的现场数据信息传输到信息中心，实现对被监控对象生猪舍参数的实时预警和控制。设计单片机系统、CAN现场总线和控制电路等。
目 录
引言 1
研究背景和意义 1
国内外的研究情况 2
主要研究内容 2
需求分析及总体方案设计 3
需求分析 3
总体方案设计 4
监控系统硬件设计 5
单片机系统设计 6
信号收集电路设计8
模数转换电路14
显示电路设计14
串口通信设计15
CAN总线设计16
电源电路设计21
软件设计22
软件总体设计22
CAN总线监视界面设计23
PID控制器设计24
系统调试25
CAN总线硬件调试25
CAN总线监视界面调试27
系统总调28
调试结果29
结论30
致谢31
参考文献32
附录34
1 引言
1．1 研究背景和意义
生猪养殖并不是一项简单零碎的工程，影响生猪养殖的要素有很多，其中猪舍环境是影响生猪养殖的要害因素之一。猪舍环境是生猪生活、成长与生产不能缺少的环境要素，提高猪舍环境品质，为生猪舒服的生活、茁壮的成长和普通的生产制造一个不错的生存环境。猪舍内空气质量差不只是侵害生猪生命安全，减弱生猪对疾病的抵抗力，危害生猪福利，并且招致生猪疾病的产生与扩散，猪舍内环境质量是生猪养殖不可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
忽视的环境因素[1]。随着生猪养殖业集约化与规模化程度迅速提高，特别是大群体、高密度生猪养殖的日趋增多，环境对养猪生产程度的制约作用日趋明显，环境掌握程度已成为养猪现代化的重要标记。猪舍内影响生猪生存成长的环境因子主要有温度、湿度、光照、风速和有害气体等，猪舍环境监控系统就是通过调节这些环境因子，制造一个对猪群生长发育有利的环境，改善猪肉质量、生产能力、生猪福利和经济效益。现场总线是自动化范畴的计算机网络,是现今自动化技术开展的热点之一，它以总线为联系，将现场设施衔接起来组成一个可以彼此交流信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通讯系统。CAN总线也是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中。因为其有着出色的功能，CAN总线的运用领域已不再局限于汽车行业，现已被普遍应用到农业自动控制、工业自动化、医学设施、船舶、工业设施等各个领域。
伴随着生活水平的提高，人们对生活品质有了更进一步的需求，对猪肉产品的食用安全问题提高了关注度。随着人们需求的增长，大规模养殖业得到快速发展，但是近年来各种禽流感的爆发也给大规模养殖户带来了不小的损失。预防禽流感等疾病在猪舍内产生的关键要素之一是监控猪舍内环境质量。因此，设计一种基于CAN总线的猪舍环境监控系统，实现对猪舍环境因子的控制，使其适合生猪生长很有必要。CAN总线是一种串行数据通讯协定，它是一种多主总线，通讯介质可以是双绞线、同轴电缆和光导纤维，最高能够达到1Mbps的通讯速率，具备实时性强、传输间隔较远、抗电磁干扰能力强、结构简单、成本低等长处。本次设计的系统与传统的猪舍控制系统相比，价格可明显降低，准确性以及稳定性得到改善，符合市场对现代猪舍控制系统的要求，具备广大的运用前景。
国内外的研究情况
由于我国的养猪业大多采用手工喂料、人工清粪，且舍内环境控制设备设施较少，因此猪舍环境自动控制技术方面的水平还较低，一般多采用人工手动控制，即使采用自动控制也是单因数控制，如温度控制、通风换气控制等[2]。现在，我国农村地区的养猪业还有很多个体养殖，都是小型猪舍且比较分散。我们国家对养猪业环境监控的关注较晚，最近十年才给予了高度的关注，环境监控系统的研究在近年来得到了飞速的发展。猪舍环境问题越来越受到重视，我们国家的一些地区已经建起了一些大规模养殖场，猪舍内配置了国外比较先进的环境监控系统。但是，国外的监控系统和我国的环境实际情况有些冲突，因此这就要求，我们国家的研究人员自主开发适合我国情况的监控系统。虽然我们国家对这种系统的研究起步较晚，但发展迅速，现今国内的一些研究人员借鉴国外的先进技术，已经研制出一批比较先进的监控系统，取得了一定的研究成果。我们国家的养猪行业正在向着专业化方向迈进。
国外的一些国家比如荷兰、美国、澳大利亚等是畜牧业发达的国家，他们是大规模养殖，需要对舍内环境进行实时监控，所以他们国家的一些研究人员对猪舍环境质量问题关注较早。他们已经研究出来一套比较完善的系统，可以对温度、湿度、光照强度、风速和有害气体等进行检测。自从上世纪五十年代以来，美国、丹麦、德国等发达国家的规模化养猪发展迅速，形成了一整套养猪工艺模式、配套设施及饲养管理技术[3]。未来猪舍环境监控系统一定会向智能化方向发展。目前，许多国家已经开始研究生猪养殖控制系统与计算机系统相结合的智能监控系统，该系统可以实时体现猪舍现场的环境信息，当环境信息超出预警值时，系统可以检测出来并且可以进行自动控制，实现对猪舍环境的监控管理。
1．3 主要研究内容
针对当前生猪养殖舍环境监控系统效果低下的实际状况，本设计采用单片机技术、CAN现场总线技术，设计基于CAN总线的生猪养殖舍环境参数监控系统，提高生猪养殖环境监控的可靠性和自动化程度，提高养殖效益。系统采用温度、湿度、光照强度和有害气体等传感器来探测猪舍环境参数，通过CAN总线网络将监控单元采集的现场数据信息传输到信息中心，实现对被监控对象生猪舍参数的实时预警和控制。设计单片机系统、CAN现场总线和控制电路等。
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