引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)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(fèi)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(cè)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(fèi)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(shí)現(xiàn)對(duì)牲畜養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證牲畜健康生長(zhǎng)，提高養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)收入是我國畜牧業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。本文設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在微處理器中，方便進(jìn)一步分析處理。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用全面的環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)牲畜的生長(zhǎng)環(huán)境。通過傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，且安裝有風(fēng)扇、加濕器、補(bǔ)光、加熱等裝置，創(chuàng)造了一個(gè)適宜牲畜生長(zhǎng)的良好環(huán)境。當(dāng)裝置檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)即將超過安全范圍時(shí)，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(cè)到環(huán)境參數(shù)不在安全范圍內(nèi)時(shí)，報(bào)警器立即發(fā)出警報(bào)， GSM 發(fā)送短信并打電話給管理員，提醒監(jiān)管者及時(shí)采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)運(yùn)行步驟如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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(shí)時(shí)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(hào)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(dá)到監(jiān)控預(yù)警的目的。

2.1 通信模塊簡(jiǎn)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(jī)通過 RS 232 串口與 GPRS 通信，使 GPRS 實(shí)現(xiàn)無線通信功 能。同時(shí)，GPRS 模塊還具有數(shù)據(jù)傳輸功能，當(dāng)傳感器檢測(cè)到 當(dāng)前環(huán)境參數(shù)時(shí)，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(cè)將要發(fā)生危險(xiǎn)的時(shí)間，并將目前參數(shù)通過短信發(fā)送給管 理員。

2.2 短信號(hào)碼設(shè)置

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

3 軟件設(shè)計(jì)

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(shí)時(shí)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(xiǎn)范圍和危險(xiǎn)范圍三個(gè)等級(jí)。微處理器根據(jù)實(shí)時(shí) 環(huán)境參數(shù)進(jìn)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(shí)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(cè)濃度準(zhǔn)確率為 95% 及以上；

CO 傳感器檢測(cè)濃度準(zhǔn)確率為 95% 及以上；

NH3傳感器檢測(cè)濃度準(zhǔn)確率為 80% 及以上。

測(cè)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(duì)牲畜生長(zhǎng)的環(huán)境特點(diǎn)，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(shí)時(shí)采集 養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)性好、低成本等特點(diǎn)，滿足了 大多數(shù)牲畜生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求，為進(jìn)一步研究牲畜生長(zhǎng)環(huán) 境提供了可靠的數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)可用于森林環(huán)境監(jiān)測(cè)和 火災(zāi)報(bào)警，也可用于對(duì)稀有動(dòng)物生活習(xí)性、環(huán)境的觀測(cè)研究， 應(yīng)用前景廣闊。