生猪体温巡检系统设计硬件子系统
随着生猪养殖产业的快速发展，传统养殖产业方式问题日趋严重。养殖场内设备采取有线连接，且安全性不高，人的成本增加早已不适应社会的发展。所以利用先进的生猪体温巡检系统测量生猪体温必然成为趋势。本课题基于ARM、MSP430提出了猪温巡检机系统设计方案，它由巡检机系统和ARM系统两部分组成，其中巡检机系统由MSP430控制器、RFID射频识别模块、红外测温模块、电机驱动模块、蓄电池充电模块、无线通信模块等组成，实现了生猪耳标识别、红外测温、原位自动充电以及与ARM系统的数据交互。仿真调试表明，系统可靠，稳定，易操作，能准确识别生猪，完成生猪体温测量。关键词 生猪体温巡检，MSP430单片机，RFID识别，红外测温，无线通信
目录
1引言 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 系统概述 2
2系统分析与设计 2
2.1 整体分析 2
3硬件系统设计 4
3.1 MSP430控制器 4
3.2 电机驱动模块 7
3.3 红外测温模块 8
3.4 RFID射频识别模块 9
3.5 无线通讯模块 10
3.6 位置检测模块 11
3.7软件设计 15
4调试 15
4.1无线通讯模块调试 16
4.2红外测温模块调试 16
4.3充电电路模块调试 17
4.4RFID识别模块调试 17
4.5电机驱动模块调试 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 引言
1.1课题的背景和意义
农业是中国经济发展十分重要的基础并且生猪养殖业是农业经济的一个重要分支[1]。我国养猪产业正处于快速发展阶段并逐步向专业化、高效化快速发展，更有效地进行生产来应对日益增长的生产成本和起伏不定的市场状况。但是，我国大部分的生猪养殖场内的仪器设备仍然采用有线连接，现场复杂的养殖环境往往布线困难且安全性较低[2]。所以采用无线传感器网络代替传统的有线连接是提高养猪场监控系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
智能化水平的必要手段。
此外，提升生猪养殖自动化水平和实现生猪健康信息监测的任务迫在眉睫[3]。体温的增加是猪疾病的共同特征。因此，及时监测生猪健康信息、及时控制疾病和改善猪肉安全具有十分重要的意义。由于人力成本的增加，采取先进的生猪体温巡检系统有助于降低生产成本和资源消耗并且提高养殖场生产效率[4]。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，如果采用人工方式获取需要的环境数据等，一来需要额外的人力成本；二来对于生猪也易造成惊吓，导致工作不容易进行，也对生猪正常的发育造成影响。因此，本课题提出的全自动化体温巡检系统，具有十分重要的实用价值与广阔的市场。
1.2国内外研究现状
猪是人类能量获取的重要来源。随着科学技术的快速发展，传统生猪养殖方式正在慢慢向现代精细养殖生产方式转变。在养殖过程中，生猪健康状况是重中之重，格外倍受关注。体温是判断生猪健康状况的重要指标，生猪的正常体温(直肠温度)是38.0℃～39.5℃。疾病等原因会导致生猪体温超出正常范围值，不及时发现并且治疗，不仅危害生猪的健康，也会危害仔猪的出生和发育。
国外目前Kriza 等人将装有3个探头的测温气管插进猪呼吸道测量体温[5]，十分快速准确，与肺气管的温度相比几乎没有太大的差异，但是这种方法需要先将猪麻醉，这样会对生猪产生伤害。Ander等人研究了猪耳温度与行为的关系[6]，他们利用耳标式温度传感器(QSS2000)测量耳温，并用网络摄像头(Panasonic BB330)记录猪的行为；Hentzen等人针对动物设计了一种胶囊状无线温度传感器[7]，该方法需要对小猪手术，将其植入小猪体内，在附近安装无线接收器进行信息采集。综上所述两种方法成本很高，所以目前不适合中国实际养殖生产[8]。
国内目前收集毛皮动物体温的方法主要有直肠测温、电子测温和非接触式测温3种[9]。直肠手工测温效率低、测温时间较长，很难及时精确获取每头生猪的体温数据，不适用于我国规模化养殖[10]。朱伟兴等人采用一种基于机器视觉的猪体温检测方法[11]，利用 CCD 摄像头收集猪眼图像，构建支持向量机分类器，采用遗传算法，对其预处理后提取猪眼彩色图像和灰度图像特征，将猪的体温分为体温正常、轻度发热和中度发热3类，但系统需将拍摄图片存入硬盘，再由PC机进行图像处理分析，实时性不够且复杂。胡宜敏等提出一种基于Zigbee的猪体温及猪舍温、湿度检测系统[12]，通过基于Zigbee的无线传感器网络传输到上位机进行保存采用数字式温度传感器紧贴猪耳进行温度测量，同时利用温、湿度传感器节点采集猪舍环境温、湿度，但采用接触式测量方法容易引起猪咬蹭等应激反应而影响节点使用寿命[13]。
1.3本课题研究内容
生猪体温巡检系统主要由巡检机系统和ARM系统两部分组成，其中巡检机系统包括电机驱动模块、无线通讯模块、RFID射频识别模块、红外测温模块、蓄电池充电模块、生猪以及MSP430控制器。其主要功能是实现对猪温信息的自动检测，并将所测得的数据信息发送给ARM。本人在此次设计中的主要任务是巡检机硬件方面的设计，具体承担任务如下：
1．查阅与RFID、生猪红外体温监测系统相关的技术资料，了解目前生猪体温监测系统的发展现状；
2．掌握MSP430单片机系统的开发方法与步骤；实现生猪体温采集、无线数据传输，以及巡检电机的控制、蓄电池充电等；
3．完成生猪体温监测系统硬件子系统的设计、系统的统调。
目录
1引言 1
1.1 课题背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 系统概述 2
2系统分析与设计 2
2.1 整体分析 2
3硬件系统设计 4
3.1 MSP430控制器 4
3.2 电机驱动模块 7
3.3 红外测温模块 8
3.4 RFID射频识别模块 9
3.5 无线通讯模块 10
3.6 位置检测模块 11
3.7软件设计 15
4调试 15
4.1无线通讯模块调试 16
4.2红外测温模块调试 16
4.3充电电路模块调试 17
4.4RFID识别模块调试 17
4.5电机驱动模块调试 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1 引言
1.1课题的背景和意义
农业是中国经济发展十分重要的基础并且生猪养殖业是农业经济的一个重要分支[1]。我国养猪产业正处于快速发展阶段并逐步向专业化、高效化快速发展，更有效地进行生产来应对日益增长的生产成本和起伏不定的市场状况。但是，我国大部分的生猪养殖场内的仪器设备仍然采用有线连接，现场复杂的养殖环境往往布线困难且安全性较低[2]。所以采用无线传感器网络代替传统的有线连接是提高养猪场监控系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
智能化水平的必要手段。
此外，提升生猪养殖自动化水平和实现生猪健康信息监测的任务迫在眉睫[3]。体温的增加是猪疾病的共同特征。因此，及时监测生猪健康信息、及时控制疾病和改善猪肉安全具有十分重要的意义。由于人力成本的增加，采取先进的生猪体温巡检系统有助于降低生产成本和资源消耗并且提高养殖场生产效率[4]。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，如果采用人工方式获取需要的环境数据等，一来需要额外的人力成本；二来对于生猪也易造成惊吓，导致工作不容易进行，也对生猪正常的发育造成影响。因此，本课题提出的全自动化体温巡检系统，具有十分重要的实用价值与广阔的市场。
1.2国内外研究现状
猪是人类能量获取的重要来源。随着科学技术的快速发展，传统生猪养殖方式正在慢慢向现代精细养殖生产方式转变。在养殖过程中，生猪健康状况是重中之重，格外倍受关注。体温是判断生猪健康状况的重要指标，生猪的正常体温(直肠温度)是38.0℃～39.5℃。疾病等原因会导致生猪体温超出正常范围值，不及时发现并且治疗，不仅危害生猪的健康，也会危害仔猪的出生和发育。
国外目前Kriza 等人将装有3个探头的测温气管插进猪呼吸道测量体温[5]，十分快速准确，与肺气管的温度相比几乎没有太大的差异，但是这种方法需要先将猪麻醉，这样会对生猪产生伤害。Ander等人研究了猪耳温度与行为的关系[6]，他们利用耳标式温度传感器(QSS2000)测量耳温，并用网络摄像头(Panasonic BB330)记录猪的行为；Hentzen等人针对动物设计了一种胶囊状无线温度传感器[7]，该方法需要对小猪手术，将其植入小猪体内，在附近安装无线接收器进行信息采集。综上所述两种方法成本很高，所以目前不适合中国实际养殖生产[8]。
国内目前收集毛皮动物体温的方法主要有直肠测温、电子测温和非接触式测温3种[9]。直肠手工测温效率低、测温时间较长，很难及时精确获取每头生猪的体温数据，不适用于我国规模化养殖[10]。朱伟兴等人采用一种基于机器视觉的猪体温检测方法[11]，利用 CCD 摄像头收集猪眼图像，构建支持向量机分类器，采用遗传算法，对其预处理后提取猪眼彩色图像和灰度图像特征，将猪的体温分为体温正常、轻度发热和中度发热3类，但系统需将拍摄图片存入硬盘，再由PC机进行图像处理分析，实时性不够且复杂。胡宜敏等提出一种基于Zigbee的猪体温及猪舍温、湿度检测系统[12]，通过基于Zigbee的无线传感器网络传输到上位机进行保存采用数字式温度传感器紧贴猪耳进行温度测量，同时利用温、湿度传感器节点采集猪舍环境温、湿度，但采用接触式测量方法容易引起猪咬蹭等应激反应而影响节点使用寿命[13]。
1.3本课题研究内容
生猪体温巡检系统主要由巡检机系统和ARM系统两部分组成，其中巡检机系统包括电机驱动模块、无线通讯模块、RFID射频识别模块、红外测温模块、蓄电池充电模块、生猪以及MSP430控制器。其主要功能是实现对猪温信息的自动检测，并将所测得的数据信息发送给ARM。本人在此次设计中的主要任务是巡检机硬件方面的设计，具体承担任务如下：
1．查阅与RFID、生猪红外体温监测系统相关的技术资料，了解目前生猪体温监测系统的发展现状；
2．掌握MSP430单片机系统的开发方法与步骤；实现生猪体温采集、无线数据传输，以及巡检电机的控制、蓄电池充电等；
3．完成生猪体温监测系统硬件子系统的设计、系统的统调。
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