基于混合组网的封闭式鸡舍环境监测系统设计与实现

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ASHLEY920
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我国蛋鸡养殖业正从传统的人工散养向现代的禽舍集约饲养转型。封闭式鸡舍凭借其稳定性和规范化的优势提高了养殖密度和经济效益,已成为国内科学化蛋鸡养殖的主要禽舍类型。研究表明,鸡舍环境中的温湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度与蛋鸡的生产性能密切相关。此外,鸡舍环境也是影响鸡群疾病爆发的重要因素,高密度和高封闭性易使环境恶化进而危害蛋鸡的生长状况。封闭式鸡舍现代化发展的关键在于对舍内养殖环境实施精准化、智能化的监测和控制。针对我国大中型封闭式鸡舍的特点以及环境监测中存在的问题,以无线射频网络和3G通信网络的混合组网为依托,结合嵌入式技术、可视化应用软件开发技术、计算机网络通信技术、Android移动互联技术等设计了一套稳定性高、简洁易用、成本低廉的环境监测系统,实现对封闭式鸡舍5项环境指标的分布式采集和数据管理,并兼顾管理人员现场实时和远程终端的监测需求。主要研究内容和成果如下:(1)基于无线射频的鸡舍环境信息采集节点设计。针对封闭式鸡舍环境分布式、高精度的测量需求,设计8组鸡舍环境信息采集节点,选取性能良好的传感器和无线射频模块,基于STM32最小系统设计PCB板并搭建硬件平台,在Keil4.7开发环境中编程实现采集节点对温湿度、二氧化碳浓度、氨气浓度、室内外压强差值的实时采集、显示、发送。(2)无线射频网络的3种传输数据帧设计。按照监测系统功能需求并基于Modbus协议设计了采集指令帧、环境参数信息帧和重传指令帧,规范系统的数据传输格式,采用RTU传输方式提高数据吞吐量和数据处理的实时性,CRC校验也确保了无线传输的准确性。(3)基于ARM和Android的嵌入式网关节点设计。无线射频网络中网关节点的嵌入式方案选择ARM11架构的S3C6410微处理器加Android4.0.3操作系统,以Tiny6410核心板和扩展板为网关节点的硬件平台基础,移植Android系统后基于多线程和串口操作编写人机交互应用程序,实现采集指令的轮询发送、环境参数的实时汇集与转发等功能。(4)监测系统信息管理平台PC中心服务器的构建。在PC端基于VC++6.0开发现场实时环境监测软件,根据数据帧格式解析环境数据,实现对鸡舍概况信息、舍内外环境数据、报警信息的显示、录入、存储等功能。基于MySQL搭建数据库服务器,管理监测信息数据,并为终端设备共享和交互提供技术支持。基于WAMP开源架构和PHP语言搭建Web服务器,设计服务器端API以操作数据库、生成JSON格式数据、通信监测终端。(5)基于C/S架构的Android监测终端App设计。以3G通信技术为核心分析PC中心服务器与Android监测终端App的网络拓扑结构,基于HTTP协议并调用接口实现数据库服务器与Android应用程序的网络交互,终端监测App满足管理权限用户登录、监测信息远程访问、历史数据查询、环境数据分析、异常状态报警等需求。(6)环境监测系统试验。在模拟鸡舍和实际鸡场分别进行功能测试和环境监测试验,针对试验的封闭式鸡舍概况和监测需求,科学部署了监测系统各模块位置,根据监测数据分析封闭式鸡舍的纵向环境分布、昼夜环境变化趋势、冬季凌晨时段风机的调控策略,最后从软硬件工作状态和无线传输丢包率评估监测系统的稳定性和可靠性。监测系统依据模块化思想开发,适用于我国多数大中型封闭式鸡舍的环境监测场合,具有良好的复用性和移植性。试验结果表明:系统运行稳定可靠,测量误差和无线传输丢包率小,实现了预期功能并满足实际生产要求,也为鸡舍环境的智能调控提供重要参考依据。
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