案例分析：養(yǎng)殖場(chǎng)實(shí)時(shí)智能監(jiān)控裝置

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

中國(guó)對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)品需求的日益增大和養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展，使得如何通過(guò)通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理養(yǎng)殖場(chǎng)，以實(shí)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(diǎn)，以“養(yǎng)殖場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置”為題，通過(guò)使用ATMEL的AVR微處理器，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)的智能化監(jiān)控，淘汰部分落后產(chǎn)能的目標(biāo)。

1.2 項(xiàng)目背景

動(dòng)植物的生長(zhǎng)受自然條件的影響，如光照強(qiáng)度（影響動(dòng)物發(fā)情期，植物花期等），溫度（影響動(dòng)植物生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)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(chǎng)監(jiān)控是養(yǎng)殖場(chǎng)管理的有效手段和工具。它可以提高操作的準(zhǔn)確性，有利于溫室的科學(xué)管理，降低對(duì)操作者本身的素質(zhì)要求。除了能大大減少勞動(dòng)量，更重要的是它能夠準(zhǔn)確，按需，適時(shí)的給動(dòng)植物提供合適的生長(zhǎng)條件，以提高產(chǎn)量和質(zhì)量。先進(jìn)的低成本，低功耗，和使用維護(hù)方便的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，無(wú)疑是降低人工操作與提高管理質(zhì)量的首選。

二、需求分析

2.1 功能要求

包括以下功能：檢測(cè)光照強(qiáng)度然后顯示在LCD上,并上傳到PC機(jī)上可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，當(dāng)光強(qiáng)不符合規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行動(dòng)作，調(diào)節(jié)光強(qiáng)；同時(shí)也可以檢測(cè)溫度、濕度并將檢測(cè)結(jié)果顯示在LCD上,并上傳到PC機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)期記錄，當(dāng)溫濕度不符合規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行動(dòng)作，調(diào)節(jié)養(yǎng)殖室內(nèi)的溫濕度；防火功能，當(dāng)溫度持續(xù)過(guò)高時(shí)發(fā)出警報(bào)：防盜功能，監(jiān)控養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)及周邊環(huán)境，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有未經(jīng)允許進(jìn)入的人或其他動(dòng)物時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

2.2 性能要求

能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境狀況，并快速做出反應(yīng)，在信息傳送接受方面誤差率低；有防火防盜性能，使場(chǎng)內(nèi)的安全性有所提高，適宜各種養(yǎng)殖場(chǎng)的大范圍推廣，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低，實(shí)用方便。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

養(yǎng)殖場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置應(yīng)包含以下功能模塊：

1. 光照強(qiáng)度的檢測(cè)與調(diào)控模塊

光照傳感器把檢測(cè)到的光照強(qiáng)度信息發(fā)送給單片機(jī)，根據(jù)動(dòng)植物的生長(zhǎng)需要，在不同生長(zhǎng)階段通過(guò)單片機(jī)設(shè)定對(duì)應(yīng)的閾值，當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)上限時(shí)，進(jìn)行遮光處理或發(fā)出提示信息；低于下限時(shí)，進(jìn)行開(kāi)燈增加光強(qiáng)。并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的光強(qiáng)顯示在LCD上。

2. 溫度的檢測(cè)與調(diào)控模塊

在多點(diǎn)分散放置(應(yīng)選擇能正確反映周?chē)h(huán)境實(shí)際溫度的位置，不能放在白熾燈或發(fā)電機(jī)等設(shè)備附近)的溫度傳感器，把檢測(cè)到的溫度信息發(fā)送給單片機(jī)，根據(jù)動(dòng)植物的生長(zhǎng)需要，在不同生長(zhǎng)階段通過(guò)單片機(jī)設(shè)定對(duì)應(yīng)的閾值，當(dāng)溫度超過(guò)上限時(shí)，進(jìn)行降溫處理；低于下限時(shí)，進(jìn)行升溫處理。并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的溫度顯示在LCD上。只要任一監(jiān)測(cè)點(diǎn)在一定時(shí)間段內(nèi)持續(xù)高溫，則發(fā)出防火信息報(bào)警。

3. 濕度的檢測(cè)與調(diào)控模塊

在多點(diǎn)分散放置的濕度傳感器，把檢測(cè)到的濕度信息發(fā)送給單片機(jī)，根據(jù)動(dòng)植物的生長(zhǎng)需要，在不同生長(zhǎng)階段通過(guò)單片機(jī)設(shè)定的對(duì)應(yīng)閾值，當(dāng)濕度超過(guò)上限時(shí)，單片機(jī)接通排風(fēng)扇，進(jìn)行通風(fēng)；低于下限時(shí)，進(jìn)行灑水增濕。并將實(shí)時(shí)檢測(cè)的濕度信息顯示在LCD上。

4. 防盜監(jiān)控模塊

在門(mén)口及周邊等需加強(qiáng)防范處，設(shè)置紅外傳感器或攝像頭，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有未經(jīng)允許進(jìn)入的人或較大型動(dòng)植物天敵進(jìn)入時(shí)，傳感器通過(guò)單片機(jī)通知PC機(jī)；并同時(shí)發(fā)出警報(bào)。

5. 通信互聯(lián)模塊

把單片機(jī)接受的數(shù)據(jù)信息，可以通過(guò)以太網(wǎng)，CAN總線或RS485等技術(shù)傳送給微機(jī)系統(tǒng)，并可以通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)向單片機(jī)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理控制。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示

圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

本設(shè)計(jì)采用了ATMEL的公司的高性能低功耗的AVR單片機(jī)EVK1100作為控制系統(tǒng)的核心。EVK1100是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存，并且可充分開(kāi)發(fā)AVR32設(shè)備的全部潛能。根據(jù)圖一確定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正，靈敏度高，能在長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕，有較高的可靠性與長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性。

2）防盜監(jiān)控設(shè)備

采用高靈敏度圖像傳感器，彩色黑白自動(dòng)轉(zhuǎn)換，高質(zhì)量，高清晰度，低功耗，集攝像機(jī)、防護(hù)罩、鏡頭、紅外燈于一體 ，鏡頭全部采用 IR 齊焦鏡頭，夜間焦點(diǎn)不偏移 ，全黑環(huán)境設(shè)計(jì)，自動(dòng)感應(yīng)紅外線，24小時(shí)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(lái)撞擊。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

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(cè)與處理，異常情況的警報(bào)處理，并把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)與PC通信互聯(lián)等工作，以完成實(shí)時(shí)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(cè)和防火程序流程

實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度數(shù)據(jù)，顯示與LCD上，同時(shí)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上：并設(shè)定3個(gè)值，一是防火溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度值大于防火溫度時(shí)，發(fā)出警報(bào)；二是正常情況下的最大適宜（max）溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度值大于max值時(shí)做降溫處理；三是正常情況下的最?。╩in）溫度，當(dāng)檢測(cè)到的溫度值小于min值時(shí)做升溫處理。溫度檢測(cè)和防火程序流程圖如圖3所示

圖3溫度檢測(cè)和防火程序流程圖