基于zigbee的猪舍环境监测系统设计

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1、基于ZigBee的猪舍环境监测系统设计刘思远ａ，贾艳玲ｂ（宁夏大学，ａ．发展规划与学科建设处；ｂ．物理电气信息学院／宁夏信息感知与智能沙漠重点实验室，银川７５００２１）摘要：为了实现猪场的规模化和节约化养殖，以ＣＣ２５３０模块为核心，提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ技术的猪舍环境监测系统设计方案。首先根据待采集环境参数数据特点，选取ＳＨＴ１５等元件完成了传感器节点的硬件设计，其次讨论了传感器节点及汇聚节点的软件设计流程，最终实现了由传感器节点、汇聚节点和用户平台等组成的环境监测系统。该系统性能稳定、可靠，对实施猪舍的环境监测具有一定的

2、参考价值。..关键词：ＺｉｇＢｅｅ；猪舍；ＣＣ２５３０；监测系统中图分类号：ＴＰ２７７文献标识码：A：0439－８114（２０15）16－4041-03DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.2015.16.054收稿日期：２０１５－０３－２３基金项目：宁夏高等学校科学研究项目（ＮＧＹ２０１４０４９）简介：刘思远（１９７７－），男，宁夏银川人，讲师，硕士，主要从事无线通信及信号处理的研究工作，（）０９５１－２０６１５０１（电子信箱）６５２４１５８９３＠ｑｑ．ｃｏｍ。猪肉是我国大多数城乡居民餐桌上重要的动物

3、性食品之一。近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们不仅对肉类的数量，更对其质量提出了更高的要求，健康养殖的概念应运而生。健康养殖是指根据养殖对象的生物学特性，运用生态学、营养学原理来指导养殖生产，即为养殖对象营造一个良好的、有利于快速生长的生态环境，提供充足的、全价营养的饲料，使其在生长发育期间最大限度减少疾病的发生，使生产的食用产品无污染、个体健康、肉质鲜嫩、营养丰富与天然鲜品相当［１］。对于商品猪而言，环境、品种、饲料和疾病构成养猪生产的４大技术限制因素，其中环境因素占到２０％～３０％［２］，良好的养殖环境不仅可以使品种及

4、饲料的优势得到充分发挥，更可以使生猪患病几率大幅下降，提高猪肉品质。为此，建立可实时对猪舍环境信息进行采集与分析的猪舍环境监测系统，具有重要的现实意义。传统的猪舍环境监测主要依靠养殖人员人工完成，一方面对环境信息采集实时性不强、准确性不高；另一方面消耗了大量的人力资源，增加了养殖成本。ＺｉｇＢｅｅ技术是一种具有自组织、低复杂度、低成本和高可靠性的无线通信技术，在短程传输中有很好的优势［３］，已经在环境监测、节水灌溉等领域得到了广泛的应用［４－７］。本研究利用ＺｉｇＢｅｅ技术，提出了一种基于无线传感器网络架构的猪舍环境监测系统设计

5、方案，首先根据猪舍待采集环境信息特点，对系统硬件进行了设计，其次对汇聚节点及传感器节点的软件实现流程进行了讨论，实现了由传感器节点、汇聚节点和用户管理平台等组成的猪舍环境监测系统。１系统总体设计方案影响猪舍环境的因素主要有：温度、湿度和氨气、二氧化碳及硫化氢等。高温和低温都会降低饲料转化率，成年猪在３５℃高温环境下，不仅会发生中暑，还会产生厌食症状，延长出栏时间，而其长时间在８℃低温情况下，同样会产生厌食、抖动等症状，极大影响生长发育，且容易感染腹泻性疾病，严重危害健康成长；而猪舍内湿度过大，会使猪的成长速度减慢，引起很多疾病的

6、产生；而氨气等有害气体是生猪呼吸道等疾病爆发的主要诱因之一［８］。因此，本研究设计的猪舍环境监测系统总体结构如图１所示，主要由传感器节点（负责采集温度、湿度和氨气浓度等数据）、汇聚节点和用户管理平台等组成。传感器节点按照猪舍环境采集信息数据需求合理布置在监测区域内，实现猪舍环境信息数据的实时采集，所有节点均通过ＺｉｇＢｅｅ协议以自组网方式构成无线网络，并将采集到的信息数据以多跳形式传送到汇聚节点；汇聚节点通过ＲＳ２３２串口与用户管理平台相连，管理平台将收集到的信息数据保存到平台数据库中，实现数据的统一管理；用户根据平台数据库提供

7、的数据执行相应操作，以保证良好的猪舍环境。２系统硬件设计２．１传感器节点硬件设计传感器节点能否准确地采集到猪舍环境信息数据，对整个监测系统的性能有极大影响。传感器节点由传感器模块（温湿度、二氧化碳、氨气及硫化氢模块）、微处理器模块、射频模块及电源模块等组成，其硬件框架如图２所示。汇聚节点与传感器节点相比，不包括传感器模块，不具有参数采集功能，通过ＲＳ２３２串口与用户管理平台相连，设计中汇聚节点微处理器模块和射频模块所用元器件与传感器模块中所用元器件相同。２．２模块元器件选择传感器节点是构成猪舍环境监测系统的基本组成单元，从系统成

8、本及实用性角度考虑，传感器节点应具有成本低、体积小、功耗低、适应性强等特点。根据系统设计需要，传感器节点各模块选择元器件如下：１）传感器模块。该模块包含有温湿度传感器、二氧化碳传感器、氨气传感器和硫化氢传感器。温湿度传感器选用由Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ推出的ＳＨＴ１５