生猪体温巡检系统设计软件子系统
近年来规模化、集约化养殖业的快速发展加上人力资源的短缺，生猪的饲养密度大、福利差，养殖自动化水平的提高越来越受到养殖业者的广泛关注。鉴于此，本文基于ARM、MSP430单片机提出了生猪体温巡检系统设计方案，利用RFID技术、非接触式温度传感器识别生猪身份信息以及体温信息。自定义了ARM与MSP430单片机间的无线通信协议，有效解决了两者间的数据交互。系统通过ARM下达指令控制巡检机按设定的工作模式、巡检间隔驱动步进电机运动，实现生猪体温测量。仿真调试结果表明，系统设计合理、可靠，能有效解决生猪体温的测量，降低了养殖过程中的人力，提高了工作效率。关键词 生猪体温测量，MSP430F5438，RFID，红外测温，无线通信
目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.2 课题研究现状 1
1.3 课题研究内容 3
2 系统方案设计 3
2.1 巡检系统方案设计 3
2.2 控制要求 4
3 系统硬件配置 4
3.1 主控制器选用与特性 4
3.2 步进电机及其驱动电路 6
3.3 非接触温度采集电路 7
3.4 RFID模块配置 7
3.5 位置电路及自动充电 8
3.6 无线通信模块 8
4 生猪巡检系统软件方案 9
4.1 开发软件和开发语言 9
4.2 系统软件设计 9
4.3 红外测温子程序模块 10
4.4 射频识别子程序模块 12
4.5 步进电机驱动控制子程序模块 13
4.6 串口通信子程序模块 13
5 系统调试 23
5.1 软件调试 23
5.2 串口调试 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
引言
1.1 课题的研究背景和意义
现代科技在当今社会的生产生活中有着非常广泛的用途和发展，养猪业也在向着精细化发展。因此现代养猪业的生产管理越来越智能化。一直以来如何实现实时检测生猪体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
温是生猪养殖业的一大难题，因为生猪体温变化可以反映出猪体的健康状况。红外测温技术利用红外热辐射测量动物体表温度，该方法既方便又快捷而且还不会出现交叉感染，这些都克服了传统测量方法的缺点，实现了实时检测猪温的可能[1]。本课题在设计之初，旨在针对生猪养殖的一个环节——体温巡检，提出了全自动化的方法。众所周知，若想培养出高品质、高质量的生猪及其副产品，对生猪的生长环境和自身状况都要有充分的了解和掌控。然而，如果采用人工的方式获取需要的环境数据，一来需要额外的人力成本；二来生猪也容易造成惊吓，导致工作不容易进行，也对生猪正常的发育造成影响。例如柏广宇等人提出了一种基于无线传感网络的猪体体温的实时采集[2]，同样是采用了微处理器单片机作为控制核心，体温测量的工具采用了非接触式体温测量仪器MLX90614。这种体温测量方式主要依赖整个猪舍猪栏位置的分布，如果想进行大规模的生猪体温测量还是比较困难，局限性较大。为了改善这个问题，有人将无线测温技术运用到了动物体温测量中，解决了实时监测猪体温的难题[3]。体温是动物生理特征以及健康状况的一个标准，它的智能化发展实现了动物疫病的预警，提高了自动化管理养殖的水平。其中涉及到的对环境的动态监测、红外测量体温等技术在养殖业以及其他行业都有着广泛的应用前景[4]。我国也是个人口大国，每天需要消耗的各类农副、肉类食品都很巨大。显然不可能将大量人力投入养殖中，这就需要大规模的设备应用以及自动化水平的提高。欧美等发达国家在大规模的农业化生产上就基本实现了自动或者半自动化[5]，因此本课题的提出对解决我国实现自动化养殖也具有实际的应用意义。
1.2 课题研究现状
为了能够及时掌握猪的健康情况，需要加强对生猪体征指标的实时检测，并且保证准确性，这对预防疫病、提高猪肉的质量有着非常重要的意义。在实际养殖生产中体征指标主要指生猪的体温信息，目前国内外有关猪体温检测的方法有人工观测和电子测量两种。
（1）人工观测法
在国内的实际养殖中，常见的测量生猪体温的方法主要是由人现场直肠测温，这种方法测量出的数值较为准确，被广泛应用。但是该方法存在缺点，需要人工操作，费时耗力，不能达到实时检测猪温，无法对大量的数据进行存储和分析处理[6]。
（2）电子测量法
人们为了能更加精准的对动物体征进行研究，同时提高检测时的自动化水平，研发了各种电子式的测量器件。例如：红外探测装置以及嵌入式系统等。国外的相关研究人员测量猪温时将气管插入猪的呼吸道，气管中有测温探头，这种方式快而准确。但是存在缺点，这种方法需要将猪进行麻醉处理，实际操作较为复杂，只能在紧急状况下使用，不适合推广到生产养殖中[7]。
国外的Heidi等人通过将传感器放在猪耳上测量猪耳温来研究猪的行为与耳温的关系，同时用摄像头记载猪的行为发现了这样一个变化规律：在晚间数值最高，下午最低，而且活动比休息时低[8]。还有相关人员设计了一种无线温度传感器，其形状类似胶囊，可以植入小猪体内，然后通过附近的接收器对温度进行采集，但是因为该方法需要对猪动手术并对猪造成危害不适合投入国内使用。
国内有胡宜敏等人运用了一种数字式温度传感器，将其贴在猪耳上对猪体进行温度的测量，所测得的温度数据通过无线传感器网络发送给上位机，上位机在对其进行存储与分析[9]。除此之外，朱伟兴等人也提出了一种运用机器身上所谓的视觉来检测体温的方法，他们利用摄像头来收集猪眼球的图片然后进行处理，提取出猪眼图像和眼睛的特征，构建基于遗传算法的向量机分类机器，将猪温划分为正常、轻度和中度发热三种。但是该方法需要将拍摄的图片存入电脑，再用电脑对图像进行处理，过程较为复杂[10]。尹令等设计了一种基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统，利用热电偶测量牛鼻子呼出气体的湿度，利用呼出气体温度代表体内温度，但是牛在吃草喝水时会移动热电偶的位置且需要给牛戴鼻环[11]。王成彬等研究一种植入式无线体温监测系统，基于DS18B20、C8051F320和nRF2401的无线采集节点封装成胶囊形状，并植入实验体皮下，进行无线体温监测[12]，但是成本高，不适合养猜场实际推广使用。
总而言之，非接触式自动检测体温技术在养殖生产领域有着非常广泛的应用潜力。国外有关运用无线通信网络技术自动检测动物体征这方面的研究起步比我们早，而且功能也比较完善。反观国内相关研究还处于初期阶段，而且主要将这种技术集中运用于对奶牛的体征检测，因为其生产价值比较高，而很少有将这种体温检测技术用在猪体的健康检测上，因此在功能和成本方便还有待提升。
目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.2 课题研究现状 1
1.3 课题研究内容 3
2 系统方案设计 3
2.1 巡检系统方案设计 3
2.2 控制要求 4
3 系统硬件配置 4
3.1 主控制器选用与特性 4
3.2 步进电机及其驱动电路 6
3.3 非接触温度采集电路 7
3.4 RFID模块配置 7
3.5 位置电路及自动充电 8
3.6 无线通信模块 8
4 生猪巡检系统软件方案 9
4.1 开发软件和开发语言 9
4.2 系统软件设计 9
4.3 红外测温子程序模块 10
4.4 射频识别子程序模块 12
4.5 步进电机驱动控制子程序模块 13
4.6 串口通信子程序模块 13
5 系统调试 23
5.1 软件调试 23
5.2 串口调试 25
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
引言
1.1 课题的研究背景和意义
现代科技在当今社会的生产生活中有着非常广泛的用途和发展，养猪业也在向着精细化发展。因此现代养猪业的生产管理越来越智能化。一直以来如何实现实时检测生猪体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
温是生猪养殖业的一大难题，因为生猪体温变化可以反映出猪体的健康状况。红外测温技术利用红外热辐射测量动物体表温度，该方法既方便又快捷而且还不会出现交叉感染，这些都克服了传统测量方法的缺点，实现了实时检测猪温的可能[1]。本课题在设计之初，旨在针对生猪养殖的一个环节——体温巡检，提出了全自动化的方法。众所周知，若想培养出高品质、高质量的生猪及其副产品，对生猪的生长环境和自身状况都要有充分的了解和掌控。然而，如果采用人工的方式获取需要的环境数据，一来需要额外的人力成本；二来生猪也容易造成惊吓，导致工作不容易进行，也对生猪正常的发育造成影响。例如柏广宇等人提出了一种基于无线传感网络的猪体体温的实时采集[2]，同样是采用了微处理器单片机作为控制核心，体温测量的工具采用了非接触式体温测量仪器MLX90614。这种体温测量方式主要依赖整个猪舍猪栏位置的分布，如果想进行大规模的生猪体温测量还是比较困难，局限性较大。为了改善这个问题，有人将无线测温技术运用到了动物体温测量中，解决了实时监测猪体温的难题[3]。体温是动物生理特征以及健康状况的一个标准，它的智能化发展实现了动物疫病的预警，提高了自动化管理养殖的水平。其中涉及到的对环境的动态监测、红外测量体温等技术在养殖业以及其他行业都有着广泛的应用前景[4]。我国也是个人口大国，每天需要消耗的各类农副、肉类食品都很巨大。显然不可能将大量人力投入养殖中，这就需要大规模的设备应用以及自动化水平的提高。欧美等发达国家在大规模的农业化生产上就基本实现了自动或者半自动化[5]，因此本课题的提出对解决我国实现自动化养殖也具有实际的应用意义。
1.2 课题研究现状
为了能够及时掌握猪的健康情况，需要加强对生猪体征指标的实时检测，并且保证准确性，这对预防疫病、提高猪肉的质量有着非常重要的意义。在实际养殖生产中体征指标主要指生猪的体温信息，目前国内外有关猪体温检测的方法有人工观测和电子测量两种。
（1）人工观测法
在国内的实际养殖中，常见的测量生猪体温的方法主要是由人现场直肠测温，这种方法测量出的数值较为准确，被广泛应用。但是该方法存在缺点，需要人工操作，费时耗力，不能达到实时检测猪温，无法对大量的数据进行存储和分析处理[6]。
（2）电子测量法
人们为了能更加精准的对动物体征进行研究，同时提高检测时的自动化水平，研发了各种电子式的测量器件。例如：红外探测装置以及嵌入式系统等。国外的相关研究人员测量猪温时将气管插入猪的呼吸道，气管中有测温探头，这种方式快而准确。但是存在缺点，这种方法需要将猪进行麻醉处理，实际操作较为复杂，只能在紧急状况下使用，不适合推广到生产养殖中[7]。
国外的Heidi等人通过将传感器放在猪耳上测量猪耳温来研究猪的行为与耳温的关系，同时用摄像头记载猪的行为发现了这样一个变化规律：在晚间数值最高，下午最低，而且活动比休息时低[8]。还有相关人员设计了一种无线温度传感器，其形状类似胶囊，可以植入小猪体内，然后通过附近的接收器对温度进行采集，但是因为该方法需要对猪动手术并对猪造成危害不适合投入国内使用。
国内有胡宜敏等人运用了一种数字式温度传感器，将其贴在猪耳上对猪体进行温度的测量，所测得的温度数据通过无线传感器网络发送给上位机，上位机在对其进行存储与分析[9]。除此之外，朱伟兴等人也提出了一种运用机器身上所谓的视觉来检测体温的方法，他们利用摄像头来收集猪眼球的图片然后进行处理，提取出猪眼图像和眼睛的特征，构建基于遗传算法的向量机分类机器，将猪温划分为正常、轻度和中度发热三种。但是该方法需要将拍摄的图片存入电脑，再用电脑对图像进行处理，过程较为复杂[10]。尹令等设计了一种基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统，利用热电偶测量牛鼻子呼出气体的湿度，利用呼出气体温度代表体内温度，但是牛在吃草喝水时会移动热电偶的位置且需要给牛戴鼻环[11]。王成彬等研究一种植入式无线体温监测系统，基于DS18B20、C8051F320和nRF2401的无线采集节点封装成胶囊形状，并植入实验体皮下，进行无线体温监测[12]，但是成本高，不适合养猜场实际推广使用。
总而言之，非接触式自动检测体温技术在养殖生产领域有着非常广泛的应用潜力。国外有关运用无线通信网络技术自动检测动物体征这方面的研究起步比我们早，而且功能也比较完善。反观国内相关研究还处于初期阶段，而且主要将这种技术集中运用于对奶牛的体征检测，因为其生产价值比较高，而很少有将这种体温检测技术用在猪体的健康检测上，因此在功能和成本方便还有待提升。
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