无线传感网规模养禽环境自动控制系统_软件子系统(附件)
随着时代的进步和科技的发展，家禽养殖业也得到了快速的发展。正因为如此，人们对家禽养殖环境控制的要求也越来越高。传统的家禽养殖环境控制方法已经不能满足人们的需求。基于无线传感网的自动控制系统以成本低、控制简单，正逐渐成为养禽业的重要选择。
本文主要提出了一个基于无线传感网的养禽环境自动控制系统的设计方案。该系统是基于CC2530模块，进行环境远程监测与控制。整个系统分为节点、主节点以及上位机。系统通过节点处的温湿度传感器、气体传感器、光照传感器等进行参数监测。然后通过无线传输将测得的参数发送给主节点。最后，通过主节点判断参数是否符合标准。并且适时自动调节相关设备，使环境参数保持在一定范围内。最终，所设计的系统可以在不同节点采集信息并无线传输到主节点，由主节点进行实时控制。该系统可以依据稳定运行、准确测量的特点，满足人们对家禽养殖环境控制的要求。
关键词 无线传感网，养禽环境，自动控制
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外养禽环境自动控制系统研究状况 2
1.3 课题研究目标 3
2 系统设计方案及分析 3
3 系统硬件结构设计 5
3.1 单片机CC2530 5
3.2 液晶显示 6
3.3 温湿度传感器 6
3.4 光敏电阻 7
3.5 氨气传感器 7
4 通信协议以及开发环境 8
4.1 ZigBee协议 8
4.2 通讯接口 9
4.3 MAX电平转换芯片特点 10
4.4 IAR EW8051开发软件 10
5 系统软件设计 11
5.1 软件总体设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1
5.2 系统工作流程 11
5.3 节点软件模块设计 12
5.4 主节点模块设计 16
6 软件调试 22
6.1 软件程序调试 22
6.2 节点通信调试 23
6.3 上位机数据接收调试 24
6.4 系统联调 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 研究背景
现如今，科技进步十分迅速，养殖业也得到了飞速的发展，更多的养殖公司都逐渐开始使用智能设备来控制管理禽舍的环境。从而各个养殖场的环境检测与管理变得越来越一体化、自动化[1]。
农作物和粮食的转化增值以及农业产业结构的调整的重要环节和途径就是畜牧业。畜牧业的发展不仅有利于农村经济的快速发展，还可以带动食品产业和制药业等有关产业的发展。而且国家的食品安全性更能得到保证、产品生产的产量可以得到有效的提高，这样一来，人们的饮食也就会得到改善。在家禽业发展的过程中，人们最常用的家禽工厂化饲养的模式是封闭式饲养模式。同时，好的禽畜环境可以提高畜牧业的产量以及可以给养殖者带来更多的经济效益。这种连接方式有许多问题，比如说布线比较多，布线相对比较繁琐，成本较高，维护起来比较麻烦，测量精度不准确等。在现在，无论是无线网络技术还是微计算机控制技术都得到了飞速的发展，这为禽舍环境监测与控制提供了更新的解决方案[2]。
家禽可以以较低的生产成本，在比较短的争产周期内生产出较为营养的蛋、肉产品。作为人来的动物蛋白食品的来源，其具有很多特点：生长比较快、繁殖力强、可以进行大密度的饲养等[3]。按照传统的规律，大多数家禽都是以自繁自养为主的。但是，由于最近几年这种模式已经不可以满足我们社会的需求，养禽的人越来越多，饲养的量也不断增加。养殖户怎么通过科技提升养禽的质量的数量已经成为养禽业的当务之急。家禽在世界各地都有重要的经济价值，这种价值正在被人们逐渐的发现。正因为如此，人们从环境管理、养殖方法、生产加工等方面进行实践观察，慢慢形成了当今的家禽养殖业[4]。目前，当养殖业迅猛发展的同时，人们对性能质量的要求也在提高，尤其是在生产管理方面，对智能化控制水平的要求也在提高。现在的单片机以及各种电子设备成本比较低，这种要求完全可以变成现实。根据一些养殖户的实际生产实践以及一些科学资料记载，影响养殖业发展的其中一个因素就是其环境监测以及控制的优劣。家禽的成长，不仅仅可以收到营养或者遗传等因素的影响。她们生长的环境也会直接对其健康产生较为大的影响。在传统的养禽方式中，湿度、温度波动大，气体不能及时替换，导致一些有害气体浓度较大，例如氨气等。这些对家禽的养殖十分不利。禽舍里面湿度、光照、温度波动的大小以及一些有害气体的浓度可以很全面的反映家禽的生长状况。所以，基于禽舍的特点，分别对禽舍湿度、温度、以及一些主要参数实时并准确的检测是十分必要的，这可以为禽舍环境的控制与调节提供很大的帮助[5]。
1.2 国内外养禽环境自动控制系统研究状况
世界各国的经济正在迅猛的发展，人们对食物质量的要求也在不断提高，为了有一个更好的效益，养殖业正在向产业化、规模化的方向发展。从而，出现了很多的家禽养殖户。但是，这些养殖户仍然受到落后的养殖设备以及传统的养殖方式的制约。所以，调节控制方便以及自动化程度高的调控设备得到迫切需求。这时，在一些大的发达国家，大型的环境架空设备得到快速的发展。而且，这些设备一直朝着标准化、自动化的方向发展[6]。
最近几年，随着标准化、规模化、自动化的全面发展，养禽业的生产效率得到很大的提高。其中，养殖场规模变化最大的是美国。最重要的原因之一就是他们使用了这些机械化、自动化的养殖设备。目前，计算机技术已经发展到家禽养殖业方面。根据一些养殖业的要求，利用计算机技术和一些科学技术已经研制了许多自动化设备、器件和仪器。比如，湿度传感器、湿度传感器、全自动的饮水送水装置以及智能的通气和加湿设备等。由于这些技术的发展，一些工厂已经把畜产品加工设备进行了彻底改变。从而养殖业又得到了更大的发展。广大用户也由于计算机技术信息处理的快速性和信息储存的大容量性等优势，从而对其更加青睐。20世纪80年代,一些外国的养殖场就开始利用IT技术对禽舍环境以及生产管理进行自动监测与自动实时调控[7]。最近几年，一些国外的大型养殖企业已经可以依据计算机技术对禽畜进行生产，加工，管理一体化。每个部门的网络终端可以通过网络与主机连接，这样，管理员就可以对各个部门进行协调工作，并未为以后公司的发展与创新做出决策。
自从中国改革开放以来养禽业也取得了很大的成就。由于我国人口众多，所以我国是家禽消费、饲养的大国。最近几年，我国的养殖场也逐渐变得规模化，从而养殖量也也在不断地增加。但是，也出现很多矛盾：我国的生产方式较为落后，对家禽养殖的智能化控制程度不够高，导致很多养殖场出现许多环境污染的情况，最终会导致，产品质量存在很大的隐患。但是，与以前相比我国计算机技术已经迅猛发展，以致我国智能控制养禽技术也得到了比较大的进步。我国养禽业的升级不应该只有数量的增加，更应该是从产业结构、上产方式、生产效率上得到升级。这就需要我国把别人的技术引进来，并在自己的现状下进行开发。简单的管理理念，使得我国家禽产量低，能耗高，经济效率远低于别的国家[8]。经过多年的实践表明，养禽环境自动控制系统对家禽的生产效率起到了举足轻重的作用。
1.3 课题研究目标
本课题主要目标是开发一套养殖场环境的远程自动控制平台 ，其核心思想是对其环境进行检测以及控制以达到家禽的最适生长环境。就是使用平常的一些元器件研究出一种有较高精度，较方便操作以及较低成本的作用在养殖业生产的环境检测系统。系统采用分布式控制方式，传感节点信息通过无线网络传送到监控中心；主节点主要通过判断各环境参数并自动智能化控制各个环境要素。上位机则是用来对各个环境参数进行保存从而可以查阅记录。
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外养禽环境自动控制系统研究状况 2
1.3 课题研究目标 3
2 系统设计方案及分析 3
3 系统硬件结构设计 5
3.1 单片机CC2530 5
3.2 液晶显示 6
3.3 温湿度传感器 6
3.4 光敏电阻 7
3.5 氨气传感器 7
4 通信协议以及开发环境 8
4.1 ZigBee协议 8
4.2 通讯接口 9
4.3 MAX电平转换芯片特点 10
4.4 IAR EW8051开发软件 10
5 系统软件设计 11
5.1 软件总体设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1
5.2 系统工作流程 11
5.3 节点软件模块设计 12
5.4 主节点模块设计 16
6 软件调试 22
6.1 软件程序调试 22
6.2 节点通信调试 23
6.3 上位机数据接收调试 24
6.4 系统联调 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1 绪论
1.1 研究背景
现如今，科技进步十分迅速，养殖业也得到了飞速的发展，更多的养殖公司都逐渐开始使用智能设备来控制管理禽舍的环境。从而各个养殖场的环境检测与管理变得越来越一体化、自动化[1]。
农作物和粮食的转化增值以及农业产业结构的调整的重要环节和途径就是畜牧业。畜牧业的发展不仅有利于农村经济的快速发展，还可以带动食品产业和制药业等有关产业的发展。而且国家的食品安全性更能得到保证、产品生产的产量可以得到有效的提高，这样一来，人们的饮食也就会得到改善。在家禽业发展的过程中，人们最常用的家禽工厂化饲养的模式是封闭式饲养模式。同时，好的禽畜环境可以提高畜牧业的产量以及可以给养殖者带来更多的经济效益。这种连接方式有许多问题，比如说布线比较多，布线相对比较繁琐，成本较高，维护起来比较麻烦，测量精度不准确等。在现在，无论是无线网络技术还是微计算机控制技术都得到了飞速的发展，这为禽舍环境监测与控制提供了更新的解决方案[2]。
家禽可以以较低的生产成本，在比较短的争产周期内生产出较为营养的蛋、肉产品。作为人来的动物蛋白食品的来源，其具有很多特点：生长比较快、繁殖力强、可以进行大密度的饲养等[3]。按照传统的规律，大多数家禽都是以自繁自养为主的。但是，由于最近几年这种模式已经不可以满足我们社会的需求，养禽的人越来越多，饲养的量也不断增加。养殖户怎么通过科技提升养禽的质量的数量已经成为养禽业的当务之急。家禽在世界各地都有重要的经济价值，这种价值正在被人们逐渐的发现。正因为如此，人们从环境管理、养殖方法、生产加工等方面进行实践观察，慢慢形成了当今的家禽养殖业[4]。目前，当养殖业迅猛发展的同时，人们对性能质量的要求也在提高，尤其是在生产管理方面，对智能化控制水平的要求也在提高。现在的单片机以及各种电子设备成本比较低，这种要求完全可以变成现实。根据一些养殖户的实际生产实践以及一些科学资料记载，影响养殖业发展的其中一个因素就是其环境监测以及控制的优劣。家禽的成长，不仅仅可以收到营养或者遗传等因素的影响。她们生长的环境也会直接对其健康产生较为大的影响。在传统的养禽方式中，湿度、温度波动大，气体不能及时替换，导致一些有害气体浓度较大，例如氨气等。这些对家禽的养殖十分不利。禽舍里面湿度、光照、温度波动的大小以及一些有害气体的浓度可以很全面的反映家禽的生长状况。所以，基于禽舍的特点，分别对禽舍湿度、温度、以及一些主要参数实时并准确的检测是十分必要的，这可以为禽舍环境的控制与调节提供很大的帮助[5]。
1.2 国内外养禽环境自动控制系统研究状况
世界各国的经济正在迅猛的发展，人们对食物质量的要求也在不断提高，为了有一个更好的效益，养殖业正在向产业化、规模化的方向发展。从而，出现了很多的家禽养殖户。但是，这些养殖户仍然受到落后的养殖设备以及传统的养殖方式的制约。所以，调节控制方便以及自动化程度高的调控设备得到迫切需求。这时，在一些大的发达国家，大型的环境架空设备得到快速的发展。而且，这些设备一直朝着标准化、自动化的方向发展[6]。
最近几年，随着标准化、规模化、自动化的全面发展，养禽业的生产效率得到很大的提高。其中，养殖场规模变化最大的是美国。最重要的原因之一就是他们使用了这些机械化、自动化的养殖设备。目前，计算机技术已经发展到家禽养殖业方面。根据一些养殖业的要求，利用计算机技术和一些科学技术已经研制了许多自动化设备、器件和仪器。比如，湿度传感器、湿度传感器、全自动的饮水送水装置以及智能的通气和加湿设备等。由于这些技术的发展，一些工厂已经把畜产品加工设备进行了彻底改变。从而养殖业又得到了更大的发展。广大用户也由于计算机技术信息处理的快速性和信息储存的大容量性等优势，从而对其更加青睐。20世纪80年代,一些外国的养殖场就开始利用IT技术对禽舍环境以及生产管理进行自动监测与自动实时调控[7]。最近几年，一些国外的大型养殖企业已经可以依据计算机技术对禽畜进行生产，加工，管理一体化。每个部门的网络终端可以通过网络与主机连接，这样，管理员就可以对各个部门进行协调工作，并未为以后公司的发展与创新做出决策。
自从中国改革开放以来养禽业也取得了很大的成就。由于我国人口众多，所以我国是家禽消费、饲养的大国。最近几年，我国的养殖场也逐渐变得规模化，从而养殖量也也在不断地增加。但是，也出现很多矛盾：我国的生产方式较为落后，对家禽养殖的智能化控制程度不够高，导致很多养殖场出现许多环境污染的情况，最终会导致，产品质量存在很大的隐患。但是，与以前相比我国计算机技术已经迅猛发展，以致我国智能控制养禽技术也得到了比较大的进步。我国养禽业的升级不应该只有数量的增加，更应该是从产业结构、上产方式、生产效率上得到升级。这就需要我国把别人的技术引进来，并在自己的现状下进行开发。简单的管理理念，使得我国家禽产量低，能耗高，经济效率远低于别的国家[8]。经过多年的实践表明，养禽环境自动控制系统对家禽的生产效率起到了举足轻重的作用。
1.3 课题研究目标
本课题主要目标是开发一套养殖场环境的远程自动控制平台 ，其核心思想是对其环境进行检测以及控制以达到家禽的最适生长环境。就是使用平常的一些元器件研究出一种有较高精度，较方便操作以及较低成本的作用在养殖业生产的环境检测系统。系统采用分布式控制方式，传感节点信息通过无线网络传送到监控中心；主节点主要通过判断各环境参数并自动智能化控制各个环境要素。上位机则是用来对各个环境参数进行保存从而可以查阅记录。
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