基于MSP430的家畜咀嚼監測器設計

徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋（黑龍江八一農墾大學信息技術學院，黑龍江 大慶 163319）

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基于MSP430的家畜咀嚼監測器設計

徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋
（黑龍江八一農墾大學信息技術學院，黑龍江 大慶 163319）

摘 要：經研究表明，對家畜進行定時，定量的飼料投放是現代化養殖的重要步驟。本設計以msp430芯片為核心，通過對于家畜進食時咀嚼所帶來的彎曲度變化監測，獲得其咀嚼時長，頻率等參數。同時獲取環境溫度以及采集時間，并將多種數據整合，以文本形式保存于系統自帶的SD卡上。讀取SD卡數據后，就能獲得包括時間，溫度以及咀嚼清晰情況的文本文件，為分析家畜的飲食習性提供有力的技術支撐與數據支持。

關鍵詞：MSP430；彎曲度傳感器；環境溫度；SD卡

1 引言

經調查，現今國內養殖業中，許多農場對家畜喂料往往是非常隨意的。然而，對于家畜的定時、定量投食，是非常有必要的。不科學的飼喂，造成的結果不是農場投料不足影響的繁殖育種，就是浪費飼料造成的生產效率低下。本項目采用彎曲度傳感器作為監測家畜特定時間內咀嚼狀況的監測器。在特定的時間內監測家畜咀嚼進食的具體情況，并記錄在自帶的SD卡上。研究人員通過卡內的數據，可以對家畜的進食情況進行分析觀察。堅持這樣，就能夠采集到一個長期的家畜飲食規律樣本，做到真正了解家畜的飲食行為習性。然后根據它們的飲食習性進行定時、定量的科學投食，本項目幫助研究人員了解家畜的習性，同時又節約了養殖成本，所以，本設計不但是獲得家畜飲食習性的必要手段，而且還大大的提高了生產效率，真正達到了科學養殖的目的。進一步發展下去，還將為之后建立動物福利打下一個良好的基礎。

2 系統硬件設計

根據家畜養殖場的實際養殖環境，我們設計了硬件系統框圖，如圖1所示。其中包括咀嚼監測模塊、環境溫度監測模塊、數據存儲模塊、時間記錄模塊、數據動態顯示模塊。

圖1 硬件系統框圖

圖2 電源供電模塊

當檢測系統工作時，MSP430微處理器模塊經電源模塊供電后開始正式工作。連接在家畜口側部的彎曲度傳感器在家畜進行咀嚼活動時規律性彎曲，使傳感器的電阻值發生改變。彎曲度傳感器接到分壓電路中，再將分到的隨傳感器規律變化的電壓值經由片內自帶的AD轉換為數字信號。同時，DS1302時鐘芯片也在實時記錄這時間信息，溫濕度傳感器記錄著溫濕度信息，再將這些信息按照順序存入一個數組中，再用SPI通信的方式存入SD存儲模塊中去。由此即可獲得清晰易查的家畜行為信息了。

2.1 微控制器

本系統采用MSP430F149單片機作為本系統的主控芯片。MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器。它的特點是基于閃存或ROM的超低功耗MCU。

2.2 電源模塊

考慮到MSP430低功耗，而且整個系統功率的需求不大，所以采用USB或紐扣電池5V供電，再經過1117-3.3V穩壓芯片將供電電壓穩壓到3.3V，以此滿足各個模塊的供電需求，其電路如圖2所示。

2.3 傳感器模塊

2.3.1 彎曲度傳感器

采用RB-02S046進口模擬性彎曲度傳感器，總長80mm，測量長度60mm，工作溫度在0～55℃，重量1g，厚度0.43mm，平均阻值10kΩ，彎時阻值范圍在60kΩ～110kΩ，阻值與彎曲度表現出正相關的關系。

2.3.2 溫度傳感器

在環境溫度方面，我們采用DS18B20溫度傳感器進行監測。DS18B20數字溫度計提供9～12位攝氏溫度測量，而且僅通過一個單線接口發送或接受信息。DS18B20能直接從單線通信線上汲取能量，除去了對外部電源的需求。

2.4 時間記錄模塊

時間記錄模塊主要由DS1302構成，DS1302具有高性能、低功耗的特點，是帶RAM的實時時鐘電路。

3 對外數據交換系統

3.1 數據顯示模塊

顯示模塊選用1602液晶，1602液晶是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5×7或者5×11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，盡管1602僅能顯示字母、數字和字符但足以滿足系統的需求。在此系統中，此模塊只作為調試使用。因為模塊較大，佩戴笨重，所以實際使用時并不連接。

表1為實際測量得到的ADC采樣數據。

表1 傳感器各彎曲度下的采樣值表

3.2 數據存儲模塊

數據存儲模塊主要由SD卡構成，SD卡具有大容量、高性能、安全等多種特點的存儲卡，在本模塊中SD卡獲取由MSP430傳輸來的環境溫度以及采集時間，并將多種數據整合，以文本形式保存于系統自帶的SD卡上。本模塊直接運用成品的SD卡存儲模塊來使用。與單片機的數據通信采用三線制SPI通信的方式，連接簡單便捷，也完全能夠滿足txt文本的數據傳輸速率要求。

4 軟件設計

軟件部分流程圖如圖3所示。首先是對例如DS1302時鐘芯片、SD卡進行初始化。然后傳感器采集信息，分別有溫度傳感器采集數字信號，和彎曲度傳感器經過分壓采集電壓信號。使用片內自帶的AD進行轉化，獲得電壓值的數字信號。接下來通過定時器函數，每隔1s進入一次中斷，在中斷中將傳感器采集到的值放入一個全局變量內，并以SPI通信的方式寫入到SD卡中。同時用1602顯示屏顯示，完成后程序繼續回到傳感器數據采集步驟，重復進行循環。

結語

本文根據家畜養殖場實際養殖環境及家畜咀嚼的特點，設計了一款通過彎曲度傳感器，在特定的時間內觀察家畜咀嚼進食情況并進行記錄的監測器。該監測器采用SD卡進行存儲，通過卡內的數據，可以幫助研究人員對家畜的進食情況進行分析觀察，從而幫助研究人員根據它們的飲食習性進行定時、定量的科學投食，從而做到節約養殖成本，提高生產效率，最終達到科學的養殖。

參考文獻

［1］顧憲紅.動物福利和家畜健康養殖概述［J］.家畜生態學報，2011（6）：1-5.

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［3］尹令，劉財興，洪添勝，等.基于無線傳感器網絡的奶牛行為特征監測系統設計［J］.農業工程學報，2010，26（3）：203-208.

圖3 系統軟件流程圖

中圖分類號：U484

文獻標識碼：A

基金項目：黑龍江八一農墾大學創新創業訓練計劃項目（XC2015056）。

通信作者：譚峰。