案例分析：養(yǎng)殖場實時智能監(jiān)控裝置

一、項目概述

1.1 引言

中國對養(yǎng)殖產(chǎn)品需求的日益增大和養(yǎng)殖技術的發(fā)展，使得如何通過通信技術和自動化技術實時監(jiān)測和管理養(yǎng)殖場，以實現(xiàn)環(huán)保和高收益，成為了新的課題。本文正是基于此出發(fā)點，以“養(yǎng)殖場的實時監(jiān)控裝置”為題，通過使用ATMEL的AVR微處理器，實現(xiàn)養(yǎng)殖場的智能化監(jiān)控，淘汰部分落后產(chǎn)能的目標。

1.2 項目背景

動植物的生長受自然條件的影響，如光照強度（影響動物發(fā)情期，植物花期等），溫度（影響動植物生長速度和生長周期），濕度（影響發(fā)病率）等。有研究表明，現(xiàn)代智能型的養(yǎng)殖場監(jiān)控是養(yǎng)殖場管理的有效手段和工具。它可以提高操作的準確性，有利于溫室的科學管理，降低對操作者本身的素質要求。除了能大大減少勞動量，更重要的是它能夠準確，按需，適時的給動植物提供合適的生長條件，以提高產(chǎn)量和質量。先進的低成本，低功耗，和使用維護方便的實時監(jiān)控裝置，無疑是降低人工操作與提高管理質量的首選。

二、需求分析

2.1 功能要求

包括以下功能：檢測光照強度然后顯示在LCD上,并上傳到PC機上可以遠程監(jiān)測，當光強不符合規(guī)定值時，進行動作，調節(jié)光強；同時也可以檢測溫度、濕度并將檢測結果顯示在LCD上,并上傳到PC機進行長期記錄，當溫濕度不符合規(guī)定值時，進行動作，調節(jié)養(yǎng)殖室內的溫濕度；防火功能，當溫度持續(xù)過高時發(fā)出警報：防盜功能，監(jiān)控養(yǎng)殖場內及周邊環(huán)境，當監(jiān)測到有未經(jīng)允許進入的人或其他動物時能及時發(fā)出警報。

2.2 性能要求

能夠實時準確的檢測養(yǎng)殖場的環(huán)境狀況，并快速做出反應，在信息傳送接受方面誤差率低；有防火防盜性能，使場內的安全性有所提高，適宜各種養(yǎng)殖場的大范圍推廣，抗干擾能力強，功耗低，實用方便。

三、方案設計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

養(yǎng)殖場的實時監(jiān)控裝置應包含以下功能模塊：

1. 光照強度的檢測與調控模塊

光照傳感器把檢測到的光照強度信息發(fā)送給單片機，根據(jù)動植物的生長需要，在不同生長階段通過單片機設定對應的閾值，當光照強度超過上限時，進行遮光處理或發(fā)出提示信息；低于下限時，進行開燈增加光強。并將實時檢測的光強顯示在LCD上。

2. 溫度的檢測與調控模塊

在多點分散放置(應選擇能正確反映周圍環(huán)境實際溫度的位置，不能放在白熾燈或發(fā)電機等設備附近)的溫度傳感器，把檢測到的溫度信息發(fā)送給單片機，根據(jù)動植物的生長需要，在不同生長階段通過單片機設定對應的閾值，當溫度超過上限時，進行降溫處理；低于下限時，進行升溫處理。并將實時檢測的溫度顯示在LCD上。只要任一監(jiān)測點在一定時間段內持續(xù)高溫，則發(fā)出防火信息報警。

3. 濕度的檢測與調控模塊

在多點分散放置的濕度傳感器，把檢測到的濕度信息發(fā)送給單片機，根據(jù)動植物的生長需要，在不同生長階段通過單片機設定的對應閾值，當濕度超過上限時，單片機接通排風扇，進行通風；低于下限時，進行灑水增濕。并將實時檢測的濕度信息顯示在LCD上。

4. 防盜監(jiān)控模塊

在門口及周邊等需加強防范處，設置紅外傳感器或攝像頭，當監(jiān)測到有未經(jīng)允許進入的人或較大型動植物天敵進入時，傳感器通過單片機通知PC機；并同時發(fā)出警報。

5. 通信互聯(lián)模塊

把單片機接受的數(shù)據(jù)信息，可以通過以太網(wǎng)，CAN總線或RS485等技術傳送給微機系統(tǒng)，并可以通過微機系統(tǒng)向單片機發(fā)出指令，實現(xiàn)遠程管理控制。

系統(tǒng)硬件結構框圖，如圖1所示

圖1系統(tǒng)硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

本設計采用了ATMEL的公司的高性能低功耗的AVR單片機EVK1100作為控制系統(tǒng)的核心。EVK1100是一個基于AVR32 AT32UC3A單片機控制器的評估套件和開發(fā)系統(tǒng)。它配備一系列豐富的外設、內存，并且可充分開發(fā)AVR32設備的全部潛能。根據(jù)圖一確定的系統(tǒng)結構，選擇合適的傳感器。

1）傳感器

由于EVK1100自身帶有光照傳感器和溫度傳感器，我們只需要選擇合適的濕度傳感器，它能夠在標準環(huán)境下不需校正，靈敏度高，能在長時間飽和下快速脫濕，有較高的可靠性與長時間穩(wěn)定性。

2）防盜監(jiān)控設備

采用高靈敏度圖像傳感器，彩色黑白自動轉換，高質量，高清晰度，低功耗，集攝像機、防護罩、鏡頭、紅外燈于一體 ，鏡頭全部采用 IR 齊焦鏡頭，夜間焦點不偏移 ，全黑環(huán)境設計，自動感應紅外線，24小時全天候監(jiān)控，紅外燈參考距離約50米；防水、防塵，防暴，可有效抵擋外來撞擊。

3.3系統(tǒng)軟件架構

主程序

主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，溫度、濕度、光照的監(jiān)測與處理，異常情況的警報處理，并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與PC通信互聯(lián)等工作，以完成實時監(jiān)控的功能。主流程圖如圖2所示。

圖2主程序流程圖

3.4 系統(tǒng)軟件流程

1. 溫度檢測和防火程序流程

實時檢測溫度數(shù)據(jù)，顯示與LCD上，同時把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上：并設定3個值，一是防火溫度，當檢測到的溫度值大于防火溫度時，發(fā)出警報；二是正常情況下的最大適宜（max）溫度，當檢測到的溫度值大于max值時做降溫處理；三是正常情況下的最小（min）溫度，當檢測到的溫度值小于min值時做升溫處理。溫度檢測和防火程序流程圖如圖3所示

圖3溫度檢測和防火程序流程圖