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(zhì)量有了較高要求。然而，食品質(zhì)量問題卻沒有得到有效保障， 食品安全事件屢屢發(fā)生，使得人們產(chǎn)生了恐懼消費心理。目前， 我國大多數(shù)養(yǎng)殖戶采用傳統(tǒng)手持設(shè)備監(jiān)測養(yǎng)殖環(huán)境，不僅不能保證采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，也增加了管理費用。一些用戶利用有線傳輸方式傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)，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(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對牲畜養(yǎng)殖環(huán)境的實時監(jiān)控，保證牲畜健康生長，提高養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟收入是我國畜牧業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。本文設(shè)計了一套智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)， 適用于對大部分牲畜養(yǎng)殖環(huán)境影響因素（CO 濃度，O2 濃度， NH3 濃度，溫濕度等）的實時監(jiān)測，并可將數(shù)據(jù)存儲在微處理器中，方便進一步分析處理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用全面的環(huán)境監(jiān)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(nèi)，可 24 小時監(jiān)測牲畜的生長環(huán)境。通過傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，且安裝有風(fēng)扇、加濕器、補光、加熱等裝置，創(chuàng)造了一個適宜牲畜生長的良好環(huán)境。當(dāng)裝置檢測到環(huán)境參數(shù)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(fā)送短信，提醒管理員注意觀察環(huán)境參數(shù)；當(dāng)裝置監(jiān)測到環(huán)境參數(shù)不在安全范圍內(nèi)時，報警器立即發(fā)出警報， GSM 發(fā)送短信并打電話給管理員，提醒監(jiān)管者及時采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)運行步驟如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)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(gòu)成，系統(tǒng)整體框圖如圖 2 所示。傳感器通過相應(yīng)的通信協(xié)議與STM32 連接， 將采集到的實時數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示。利用矩陣按鍵設(shè)置提前預(yù)警的電話號碼，微處理器根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)做出判斷， 將判斷結(jié)果利用串口通信發(fā)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(yīng)措施，從而達到監(jiān)控預(yù)警的目的。

2.1 通信模塊簡介

本系統(tǒng)的核心部分是 GPRS 模塊（GSM 模塊）。GPRS 是 集通話、數(shù)據(jù)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(xiàn)無線通信功 能。同時，GPRS 模塊還具有數(shù)據(jù)傳輸功能，當(dāng)傳感器檢測到 當(dāng)前環(huán)境參數(shù)時，系統(tǒng)立即判斷當(dāng)前參數(shù)是否在安全范圍內(nèi)， 預(yù)測將要發(fā)生危險的時間，并將目前參數(shù)通過短信發(fā)送給管 理員。

2.2 短信號碼設(shè)置

短信號碼設(shè)置采用矩陣按鍵，啟動系統(tǒng)后，通過按鍵設(shè) 置需要預(yù)警的電話號碼“；修改”按鍵用于更改預(yù)警的電話號碼； “確認(rèn)”按鍵用于確認(rèn)當(dāng)前號碼是否是要預(yù)警的號碼。號碼設(shè) 置如圖 3 所示。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)以 STM32 為核心處理器，通過 STM32 微處理器 控制傳感器完成數(shù)據(jù)采集，通過串口實時顯示數(shù)據(jù)。系統(tǒng)模 塊關(guān)系如圖 4 所示。

管理員根據(jù)牲畜生存的環(huán)境設(shè)置環(huán)境參數(shù)，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(jù)實時 環(huán)境參數(shù)進行判斷，程序執(zhí)行流程如圖 5 所示。判斷結(jié)果以 短信方式通知管理員，提醒其及時采取相應(yīng)措施。

系統(tǒng)中所采用的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

O2傳感器檢測濃度準(zhǔn)確率為 95% 及以上；

CO 傳感器檢測濃度準(zhǔn)確率為 95% 及以上；

NH3傳感器檢測濃度準(zhǔn)確率為 80% 及以上。

測試截圖如圖 6、圖 7所示。

圖6 發(fā)短信截圖                  圖7 打電話截圖

4 結(jié) 語

本文針對牲畜生長的環(huán)境特點，結(jié)合傳感技術(shù)，利用 CO 濃度，O2 濃度，NH3 濃度及環(huán)境的溫濕度等傳感器實時采集 養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，設(shè)計了智能畜牧業(yè)養(yǎng)殖監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。該系 統(tǒng)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(shù)牲畜生長環(huán)境監(jiān)測的需求，為進一步研究牲畜生長環(huán) 境提供了可靠的數(shù)據(jù)。同時，該系統(tǒng)可用于森林環(huán)境監(jiān)測和 火災(zāi)報警，也可用于對稀有動物生活習(xí)性、環(huán)境的觀測研究， 應(yīng)用前景廣闊。