无线传感网规模养禽自动控制系统硬件子系统(附件)
随着计算机技术的不断发展，传统的家禽养殖系统已经不能满足人们的要求了。人们希望家禽养殖可以实现实时的检测和控制。本系统是基于ZigBee协议的无线传感网，该系统大大减少了人力资源。该家禽养殖系统主要是由节点、主节点和上位机组成。各个节点上装有温湿度DHT11传感器、光敏电阻、MQ-5传感器来采集当前的环境参数，通过CC2530的通讯模块将节点的数据传给主节点并通过液晶显示屏显示出来。我们还可以通过按键电路来设置预设置。主节点将收集到的数据与预设置的参数进行比较，根据比较的结果来控制执行装置是否动作,从而实现自动控制。同时还可以将主节点收集到的数据传给上位机实现数据存储、报警、信息查询等功能。关键词 无线传感网络，家禽养殖，自动控制，ZigBee协议目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2无线传感器的国内外发展现状 2
1.2.1 国外发展现状 2
1.2.2 国内发展现状 2
1.3 课题研究目标及内容 3
2 系统设计 3
2.1系统功能结构 3
2.2 系统工作流程 7
2.3 系统硬件设计 7
3 节点设计 9
3.1信息采集电路设计 9
3.1.1 温湿度采集电路设计 9
3.1.2 光照采集电路设计 11
3.1.3 可燃性气体采集电路 13
3.2节点硬件设计 16
3.2.1 晶振电路设计 16
3.2.2 复位电路设计 17
3.2.3 LED电路设计 17
3.2.4 电源模块设计 18
4 主节点设计 19
4.1 主节点硬件设计 19
4.1.1 按键电路设计 20
4.1.2 液晶显示OLED电路设计 20
4.1.3 报警电路设计 21
4.1.4 电源模块设计 22
4.2 执行机构设计 23
5 上位机界面设计 24
6系统调试 26
6.1节点调试 26
6.2主节点调试 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1.1 按键电路设计 20
4.1.2 液晶显示OLED电路设计 20
4.1.3 报警电路设计 21
4.1.4 电源模块设计 22
4.2 执行机构设计 23
5 上位机界面设计 24
6系统调试 26
6.1节点调试 26
6.2主节点调试 27
6.3 上位机调试 29
6.4 系统联调 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录A1 34
附录A2 36
附录B 37
附录C 38
1 引言
1.1 研究背景
随着我国经济的迅猛发展，人民的生活水平和生活质量的不断提高。人们对各种畜禽肉的需求越来越大，这就对当前我国的规模化畜禽养殖场的生产提出了更加严格的要求。我国属于典型的大陆性季风气候，不管是北方地区冬季的严寒难耐，还是南方地区酷热潮湿的夏季，都不适合家禽的生长发育。我国是养禽大国，在肉类的需求很大，然而我国家禽食品的安全和卫生质量方面却是不容乐观。近几年禽流感、猪流感等家禽类所引起的疾病的发生率不断提高，给家禽养殖的环境提出了严峻的挑战。我国家禽养殖主要还是以养殖鸡、牛、羊猪等为主，所以本文将以此为研究对象，探询禽舍养殖的各类环境因素，全面推动我国家禽养殖自动化的发展。
规模化畜禽养殖场环境自动控制是利用一系列的自动化设施，来实现家禽生长繁育环境的合理性、安全性，也是禽业现代化和集约化必备条件，但由于禽舍环境成分复杂、系统构成庞大，存在高度的时变性和多变量藕合等特征，使得许多常规的监测手段和控制方法不能满足养禽的发展要求。因此，研究一套具有自动检测、自动控制功能的禽舍监控系统具有重要的理论价值和实际意义。
近年来，我国养禽业得到迅速发展，养禽业占农业经济总值的比重日趋突出，并且其现代化、集约化程度越来越高。但是在家禽养殖的生产过程中，生产环境的不断污染给家禽的健康和生存带来了严重的危害。在养鸡生产中，改善生产环境，是实现养鸡生产由传统方式向现代化、集约化生产方式转化和可持续发展的重要基石[1]。禽舍环境中的温度、湿度、粪便及有害气体等都会对养禽环境造成很大的影响[2]。因此，积极改善家禽生存环境，成为了实现养禽生产由传统粗犷发展方式向现代化可持续发展生产方式转变的重要方向。本文将对家禽生存环境监测和控制做出概述，有利于规模化养禽的可持续健康发展，从而促进养禽业的不断发展，更大的提高经济效益，进一步促进畜牧业发展。
随着无线传感技术的快速发展和日渐成熟，人们对于家禽环境的检测与控制越来越方便。无线传感器网络是通过无线通信方式将大量传感器节点连接起来构成自组织网络，以实现对数据的采集、传输和处理。无线传感器网络是现代信息技术中一个全新的发展方向。与此同时，ZigBee技术也在不断发展，日益成熟，由于ZigBee适用于短距离的传输，并且其功耗和成本都比较低，加之其简便高效，所以得到越来越广泛的运用。将 ZigBee 技术应用到无线数据采集及控制系统中，不但省去了传统布线所带来的复杂和繁琐，节约了资源，而且可应用于众多不适合布线的特殊场合。作为无线传感器网络的直接载体，如何实现种类繁多的传感器节点智能化接入成为重要问题之一，以实现传感器网络接口规范为目的的IEEE1451标准为此提供了支持与参考。本设计就是基于ZigBee [3][4] 的无线传感[5][6][7]网规模养禽自动控制系统。
1.2无线传感器的国内外发展现状
1.2.1 国外发展现状
1998 年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，标志着对无线传感器网络技术开始进行研究，主要是用于军事方面，目的是为了在敌方不知情的情况下监控敌方的活动情况。不久，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，这样做可以将单一的传感器组合在一起，使得单一传感器的能力得到了成倍的提高。这就大大提高美国在未来战斗系统中的生存能力，进一步加强了其军事实力。2002 年，无线传感网开始多方面的研究，英特尔公司于本年发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，这一规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、海底板块和行星探测等领域的研究。同年欧盟提出了EYES开始计划，对无线传感器网络的构架、节点的协作、网络协议和安全等进行了研究。
美国科学基金委员会2003 年制定了无线传感器网络研究计划，进一步拓宽了无线传感网的研究领域涉，将无线传感网引进到能感知有毒化学物、生物攻击等的传感器节点中来。并且开始对分布环境下传感器网络的特性等问题进行了研究。2005 年，随着信息化时代的继续发展，网络安全问题日益突出，所以在此阶段主要开张了对下一代可靠性高、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络的研究，资助金额高达4 000 万美元。此外，美国对无线传感网的研究不仅仅只局限于军事方面，开始朝交通、能源、航空航天方面进行研究。美国著名院校如加州大学伯克利分校、麻省理工学院
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2无线传感器的国内外发展现状 2
1.2.1 国外发展现状 2
1.2.2 国内发展现状 2
1.3 课题研究目标及内容 3
2 系统设计 3
2.1系统功能结构 3
2.2 系统工作流程 7
2.3 系统硬件设计 7
3 节点设计 9
3.1信息采集电路设计 9
3.1.1 温湿度采集电路设计 9
3.1.2 光照采集电路设计 11
3.1.3 可燃性气体采集电路 13
3.2节点硬件设计 16
3.2.1 晶振电路设计 16
3.2.2 复位电路设计 17
3.2.3 LED电路设计 17
3.2.4 电源模块设计 18
4 主节点设计 19
4.1 主节点硬件设计 19
4.1.1 按键电路设计 20
4.1.2 液晶显示OLED电路设计 20
4.1.3 报警电路设计 21
4.1.4 电源模块设计 22
4.2 执行机构设计 23
5 上位机界面设计 24
6系统调试 26
6.1节点调试 26
6.2主节点调试 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.1.1 按键电路设计 20
4.1.2 液晶显示OLED电路设计 20
4.1.3 报警电路设计 21
4.1.4 电源模块设计 22
4.2 执行机构设计 23
5 上位机界面设计 24
6系统调试 26
6.1节点调试 26
6.2主节点调试 27
6.3 上位机调试 29
6.4 系统联调 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
附录A1 34
附录A2 36
附录B 37
附录C 38
1 引言
1.1 研究背景
随着我国经济的迅猛发展，人民的生活水平和生活质量的不断提高。人们对各种畜禽肉的需求越来越大，这就对当前我国的规模化畜禽养殖场的生产提出了更加严格的要求。我国属于典型的大陆性季风气候，不管是北方地区冬季的严寒难耐，还是南方地区酷热潮湿的夏季，都不适合家禽的生长发育。我国是养禽大国，在肉类的需求很大，然而我国家禽食品的安全和卫生质量方面却是不容乐观。近几年禽流感、猪流感等家禽类所引起的疾病的发生率不断提高，给家禽养殖的环境提出了严峻的挑战。我国家禽养殖主要还是以养殖鸡、牛、羊猪等为主，所以本文将以此为研究对象，探询禽舍养殖的各类环境因素，全面推动我国家禽养殖自动化的发展。
规模化畜禽养殖场环境自动控制是利用一系列的自动化设施，来实现家禽生长繁育环境的合理性、安全性，也是禽业现代化和集约化必备条件，但由于禽舍环境成分复杂、系统构成庞大，存在高度的时变性和多变量藕合等特征，使得许多常规的监测手段和控制方法不能满足养禽的发展要求。因此，研究一套具有自动检测、自动控制功能的禽舍监控系统具有重要的理论价值和实际意义。
近年来，我国养禽业得到迅速发展，养禽业占农业经济总值的比重日趋突出，并且其现代化、集约化程度越来越高。但是在家禽养殖的生产过程中，生产环境的不断污染给家禽的健康和生存带来了严重的危害。在养鸡生产中，改善生产环境，是实现养鸡生产由传统方式向现代化、集约化生产方式转化和可持续发展的重要基石[1]。禽舍环境中的温度、湿度、粪便及有害气体等都会对养禽环境造成很大的影响[2]。因此，积极改善家禽生存环境，成为了实现养禽生产由传统粗犷发展方式向现代化可持续发展生产方式转变的重要方向。本文将对家禽生存环境监测和控制做出概述，有利于规模化养禽的可持续健康发展，从而促进养禽业的不断发展，更大的提高经济效益，进一步促进畜牧业发展。
随着无线传感技术的快速发展和日渐成熟，人们对于家禽环境的检测与控制越来越方便。无线传感器网络是通过无线通信方式将大量传感器节点连接起来构成自组织网络，以实现对数据的采集、传输和处理。无线传感器网络是现代信息技术中一个全新的发展方向。与此同时，ZigBee技术也在不断发展，日益成熟，由于ZigBee适用于短距离的传输，并且其功耗和成本都比较低，加之其简便高效，所以得到越来越广泛的运用。将 ZigBee 技术应用到无线数据采集及控制系统中，不但省去了传统布线所带来的复杂和繁琐，节约了资源，而且可应用于众多不适合布线的特殊场合。作为无线传感器网络的直接载体，如何实现种类繁多的传感器节点智能化接入成为重要问题之一，以实现传感器网络接口规范为目的的IEEE1451标准为此提供了支持与参考。本设计就是基于ZigBee [3][4] 的无线传感[5][6][7]网规模养禽自动控制系统。
1.2无线传感器的国内外发展现状
1.2.1 国外发展现状
1998 年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，标志着对无线传感器网络技术开始进行研究，主要是用于军事方面，目的是为了在敌方不知情的情况下监控敌方的活动情况。不久，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，这样做可以将单一的传感器组合在一起，使得单一传感器的能力得到了成倍的提高。这就大大提高美国在未来战斗系统中的生存能力，进一步加强了其军事实力。2002 年，无线传感网开始多方面的研究，英特尔公司于本年发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，这一规划主要致力于微型传感器网络在医学、环境监测、森林灭火、海底板块和行星探测等领域的研究。同年欧盟提出了EYES开始计划，对无线传感器网络的构架、节点的协作、网络协议和安全等进行了研究。
美国科学基金委员会2003 年制定了无线传感器网络研究计划，进一步拓宽了无线传感网的研究领域涉，将无线传感网引进到能感知有毒化学物、生物攻击等的传感器节点中来。并且开始对分布环境下传感器网络的特性等问题进行了研究。2005 年，随着信息化时代的继续发展，网络安全问题日益突出，所以在此阶段主要开张了对下一代可靠性高、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络的研究，资助金额高达4 000 万美元。此外，美国对无线传感网的研究不仅仅只局限于军事方面，开始朝交通、能源、航空航天方面进行研究。美国著名院校如加州大学伯克利分校、麻省理工学院
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