智能畜牧業養殖監控預警系統

肖 婷，趙建川，向前南，趙順艷，羅 濤，饒 欽

（1.貴州師范學院 數學與計算機科學學院，貴州 貴陽 550018；2.貴州師范學院 大數據科學與智能工程研究院，貴州 貴陽 550018）

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對肉類的需求量和肉類食品質量有了較高要求。然而，食品質量問題卻沒有得到有效保障，食品安全事件屢屢發生，使得人們產生了恐懼消費心理。目前，我國大多數養殖戶采用傳統手持設備監測養殖環境，不僅不能保證采集數據的質量，也增加了管理費用。一些用戶利用有線傳輸方式傳輸環境數據，不僅成本較高，還存在布線繁瑣的弊端。因此，研究出一套操作方便、低功耗、低成本的智能畜牧業養殖監控預警系統，實現對牲畜養殖環境的實時監控，保證牲畜健康生長，提高養殖戶的經濟收入是我國畜牧業的當務之急。本文設計了一套智能畜牧業養殖監控預警系統，適用于對大部分牲畜養殖環境影響因素（CO濃度，O2濃度，NH3濃度，溫濕度等）的實時監測，并可將數據存儲在微處理器中，方便進一步分析處理。

1 系統總體設計

本系統采用全面的環境監測傳感器（CO濃度傳感器，O2濃度傳感器，NH3濃度傳感器，溫濕度傳感器），將裝置放置在室內，可24小時監測牲畜的生長環境。通過傳感器實現數據采集功能，且安裝有風扇、加濕器、補光、加熱等裝置，創造了一個適宜牲畜生長的良好環境。當裝置檢測到環境參數即將超過安全范圍時，可通過GSM無線通信模塊撥打電話給管理員，并發送短信，提醒管理員注意觀察環境參數；當裝置監測到環境參數不在安全范圍內時，報警器立即發出警報，GSM發送短信并打電話給管理員，提醒監管者及時采取相應措施。系統運行步驟如圖1所示。

圖1 系統運行步驟

2 系統硬件設計

智能畜牧業養殖監控預警系統硬件控制由主控芯片STM32，GSM無線通信模塊以及傳感器單元構成，系統整體框圖如圖2所示。傳感器通過相應的通信協議與STM32連接，將采集到的實時數據在顯示屏上顯示。利用矩陣按鍵設置提前預警的電話號碼，微處理器根據采集到的數據做出判斷，將判斷結果利用串口通信發送給GSM無線通信模塊，無線通信模塊通過電話和短信形式提醒管理員采取相應措施，從而達到監控預警的目的。

圖2 系統整體結構框圖

2.1 通信模塊簡介

本系統的核心部分是GPRS模塊（GSM模塊）。GPRS是集通話、數據傳輸、短信功能于一體的電路板。STM32單片機通過RS 232串口與GPRS通信，使GPRS實現無線通信功能。同時，GPRS模塊還具有數據傳輸功能，當傳感器檢測到當前環境參數時，系統立即判斷當前參數是否在安全范圍內，預測將要發生危險的時間，并將目前參數通過短信發送給管理員。

2.2 短信號碼設置

短信號碼設置采用矩陣按鍵，啟動系統后，通過按鍵設置需要預警的電話號碼；“修改”按鍵用于更改預警的電話號碼；“確認”按鍵用于確認當前號碼是否是要預警的號碼。號碼設置如圖3所示。

圖3 預警號碼設置圖

3 軟件設計

本系統以STM32為核心處理器，通過STM32微處理器控制傳感器完成數據采集，通過串口實時顯示數據。系統模塊關系如圖4所示。

圖4 系統模塊關系示意圖

管理員根據牲畜生存的環境設置環境參數，分為安全范圍、接近危險范圍和危險范圍三個等級。微處理器根據實時環境參數進行判斷，程序執行流程如圖5所示。判斷結果以短信方式通知管理員，提醒其及時采取相應措施。

圖5 程序執行運行流程圖

系統中所采用的主要技術指標如下：

（1）O2傳感器檢測濃度準確率為95%及以上；

（2）CO傳感器檢測濃度準確率為95%及以上；

（3）NH3傳感器檢測濃度準確率為80%及以上。

測試截圖如圖6、圖7所示。

圖6 發短信截圖

圖7 打電話截圖

4 結 語

本文針對牲畜生長的環境特點，結合傳感技術，利用CO濃度，O2濃度，NH3濃度及環境的溫濕度等傳感器實時采集養殖環境參數，設計了智能畜牧業養殖監控預警系統。該系統具有低功耗、操作方便、實時性好、低成本等特點，滿足了大多數牲畜生長環境監測的需求，為進一步研究牲畜生長環境提供了可靠的數據。同時，該系統可用于森林環境監測和火災報警，也可用于對稀有動物生活習性、環境的觀測研究，應用前景廣闊。

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