基于嵌入式的遠(yuǎn)程牛舍監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、tnii學(xué)朮友叢網(wǎng)論文發(fā)表專家一l基于嵌入式的遠(yuǎn)程牛舍監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：采用Ipc2114和51單片機(jī)組成采集數(shù)據(jù)的下位機(jī)系統(tǒng)，下位機(jī)負(fù)責(zé)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到gprs網(wǎng)絡(luò)然后轉(zhuǎn)發(fā)至internet，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，為欄養(yǎng)奶牛的養(yǎng)殖技術(shù)改良提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：嵌入式奶牛養(yǎng)殖遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)鑒于集約化養(yǎng)殖的需要，為了從技術(shù)上提高奶牛養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)牛舍監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，一方面做為技術(shù)改良的依據(jù)，另一方面為工業(yè)化養(yǎng)殖提供技術(shù)支持。1總體設(shè)計(jì)考慮到牧區(qū)距離城區(qū)較遠(yuǎn)，且存在供電和互聯(lián)網(wǎng)接入等問題，采用無線通訊進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳輸。gprs網(wǎng)絡(luò)接入費(fèi)用較低能夠較好的滿足

2、成本要求。另一方面養(yǎng)殖戶較分散，為了獲得有一定覆蓋度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用分布式基于嵌入式arm的下位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，并通過internet轉(zhuǎn)發(fā)匯總到上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)?；谏鲜隹紤]系統(tǒng)由下位機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程上位機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)主要部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1。下位機(jī)采用Ipc2114與8051單片機(jī)組成主從系統(tǒng)。從機(jī)負(fù)責(zé)采集奶牛id、溫度、濕度、飲水及飼料投放量等信息并串行傳輸給Ipc2114，經(jīng)匯總處理后按預(yù)定協(xié)議封包發(fā)送至gprs網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)internet傳輸給遠(yuǎn)程上位機(jī)。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至奶牛數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息可通過配套的管理信息系統(tǒng)進(jìn)行管理與編輯，上位機(jī)可匸交發(fā)表專家一m國(guó)學(xué)朮發(fā)叢網(wǎng)通過調(diào)制解調(diào)器喚

3、醒下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。2上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)及管理信息系統(tǒng)采用access開發(fā)制作。庫(kù)中包括奶牛id表、飼料表、產(chǎn)奶表、族譜表、防疫表、生育表等。奶牛id表包含的主要字段有：id號(hào)、品種、生日、月齡、體重等；飼料表中包含的主要字段有：飼料名稱、干物質(zhì)(drymatter，dm)、粗蛋白(crudeprotein，cp)、中性洗滌纖維(neutraldetergentfeber，ndf)、酸性洗滌纖維(aciddetergentfiber，adf)、酸性洗滌木質(zhì)素(aciddetergentlignin，adl)、奶牛干物質(zhì)隨意采食量(drymattervoluntaryintake，dm

4、i)、鈣、磷、礦物質(zhì)飼料、飼料價(jià)格等，其中飼料供應(yīng)量以單日來計(jì)算，按照粗精飼料分級(jí)指數(shù)(gradingindex，gi)計(jì)算出日營(yíng)養(yǎng)需求量參考值。3下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)下位機(jī)采用Ipc2114作為主控芯片，系統(tǒng)主要由軟、硬件兩部分組成，邏輯結(jié)構(gòu)如圖2。硬件部分包括溫度傳感器、濕度傳感器、gprs模塊、觸摸屏、鍵盤和串行數(shù)據(jù)采集模塊等組成。gprs模塊由dtu(datatransferunit數(shù)據(jù)傳輸單元)和手機(jī)卡組成。dtu需經(jīng)由遠(yuǎn)程上位機(jī)喚醒方啟動(dòng)工作，其他時(shí)間處于休眠狀態(tài)，dtu喚醒后下位機(jī)開始與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。串行數(shù)據(jù)采集模塊通過lpc2114的uartO接口與從機(jī)相連。鍵盤連接到gpio

5、進(jìn)行輸入控制。觸摸屏采用四線電阻式，控制芯片為fm7843,采用12位精度。兩匸交發(fā)表專家一LB國(guó)學(xué)朮發(fā)叢網(wǎng)個(gè)傳感器連接到Ipc2114的ad通道（Ipc2114共有4個(gè)ad通道）。軟件部分主要由bootloader、uc/osii嵌入式操作系統(tǒng)、人機(jī)界面、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序組成。bootloader依所成系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言和c混合編寫，其中匯編語(yǔ)言部分主要完成設(shè)備初始化。bootloader和uc/osi經(jīng)剪裁后移植到Ipc2114上。驅(qū)動(dòng)程序包括鍵盤、觸摸屏、gpio驅(qū)動(dòng)、gprs驅(qū)動(dòng)中間件等。應(yīng)用程序面向uc/osii開發(fā)主要功能有數(shù)據(jù)錄入、工作模式選擇等。人機(jī)界面由移植后的minigui

6、實(shí)現(xiàn)。4單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)中主要外設(shè)有：進(jìn)料電機(jī)、光電耦合給水開關(guān)、奶牛id卡讀取電路，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3。喂料箱是單片機(jī)的主要控制對(duì)象，喂料箱有主倉(cāng)和子倉(cāng)組成。主倉(cāng)中主要貯存礦物飼料、蛋白質(zhì)飼料和熱能飼料三類。主倉(cāng)底部裝有螺旋推進(jìn)器，由單片機(jī)控制的電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)給。飼料進(jìn)入子倉(cāng)后由壓力傳感器返回飼料重量信息。給水量由給水開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間粗略計(jì)量。奶牛id卡由ic芯片和射頻感應(yīng)天線組成。讀卡電路工作時(shí)若id卡處于5米之內(nèi)則卡內(nèi)的lc二階電路產(chǎn)生諧振并提供短暫電能，發(fā)出卡內(nèi)存儲(chǔ)的id編碼，讀卡電路接收到編碼后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)端口鎖存器。單片機(jī)將id號(hào)傳給下位機(jī)系統(tǒng)，下位機(jī)按當(dāng)日奶牛對(duì)應(yīng)預(yù)置值，如相應(yīng)i

7、d奶牛當(dāng)日進(jìn)食次數(shù)、精飼料配給量、礦物飼料配給量等進(jìn)行判斷，之后發(fā)送進(jìn)一步控制指令給單片機(jī)，單片機(jī)依據(jù)下位機(jī)lpc2114發(fā)來的tnii學(xué)朮友叢網(wǎng)論文發(fā)表專家一l指令決定喂料、給水等操作。在產(chǎn)奶區(qū)專門設(shè)置了一個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)采集奶牛id以及日產(chǎn)奶量等信息。5結(jié)論表1為四個(gè)分布的試驗(yàn)地點(diǎn)采集得到的數(shù)據(jù)，表中數(shù)據(jù)均為平均值，通過系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可宏觀的分析出溫度、濕度、飼料供給等參數(shù)對(duì)奶牛產(chǎn)奶量的影響，為科學(xué)化養(yǎng)殖提供依據(jù)。以分析改良后的數(shù)據(jù)存入下位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)控制單片機(jī)進(jìn)給量，將數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化喂料相結(jié)合，為產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖提供了技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)：1 童超,朱俊株,高如如.基于windowsce的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

8、與控制系統(tǒng)開發(fā)j.微型機(jī)與應(yīng)用，2011,30(14):21-23.2 黃菁,劉青春.arm嵌入式系統(tǒng)gpio擴(kuò)展鍵盤設(shè)計(jì)j.自動(dòng)化應(yīng)用,2011(7):1-2.3 夏忠林,胡丹鳳,張博.基于gprs的嵌入式遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)j,科協(xié)論壇(下半月),2011(7):47-48.4 v.a.chitrej.n.daigle.iptrafficovergprs-aninternetserviceorientedanalysisj.wirelesscommunicationsandnetworking,1999(9):1263-1267.075 roberth.klenke.experiencesusingthexilinxmicroblazesoftcoreprocessoranduclinuxincomputerengineeringcapstoneseniordesignprojectsc.mse匸交發(fā)表專家一B國(guó)學(xué)朮發(fā)叢網(wǎng)www,qikan訓(xùn)日proceedingsofthe2007ieeeinternationalconferenceonmicroelectronicsystemseducation,2011:123-124.