案例分析：養殖場(chǎng)實(shí)時(shí)智能監控裝置

一、項目概述

1.1 引言

中國對養殖產(chǎn)品需求的日益增大和養殖技術(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)監測和管理養殖場(chǎng)，以實(shí)現環(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“養殖場(chǎng)的實(shí)時(shí)監控裝置”為題，通過(guò)使用ATMEL的AVR微處理器，實(shí)現養殖場(chǎng)的智能化監控，淘汰部分落后產(chǎn)能的目標。

1.2 項目背景

動(dòng)植物的生長(cháng)受自然條件的影響，如光照強度（影響動(dòng)物發(fā)情期，植物花期等），溫度（影響動(dòng)植物生長(cháng)速度和生長(cháng)周期），濕度（影響發(fā)病率）等。有研究表明，現代智能型的養殖場(chǎng)監控是養殖場(chǎng)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(xué)管理，降低對操作者本身的素質(zhì)要求。除了能大大減少勞動(dòng)量，更重要的是它能夠準確，按需，適時(shí)的給動(dòng)植物提供合適的生長(cháng)條件，以提高產(chǎn)量和質(zhì)量。先進(jìn)的低成本，低功耗，和使用維護方便的實(shí)時(shí)監控裝置，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：檢測光照強度然后顯示在LCD上,并上傳到PC機上可以遠程監測，當光強不符合規定值時(shí)，進(jìn)行動(dòng)作，調節光強；同時(shí)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(jìn)行長(cháng)期記錄，當溫濕度不符合規定值時(shí)，進(jìn)行動(dòng)作，調節養殖室內的溫濕度；防火功能，當溫度持續過(guò)高時(shí)發(fā)出警報：防盜功能，監控養殖場(chǎng)內及周邊環(huán)境，當監測到有未經(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。

2.2 性能要求

能夠實(shí)時(shí)準確的檢測養殖場(chǎng)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(chǎng)內的安全性有所提高，適宜各種養殖場(chǎng)的大范圍推廣，抗干擾能力強，功耗低，實(shí)用方便。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

養殖場(chǎng)的實(shí)時(shí)監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，根據動(dòng)植物的生長(cháng)需要，在不同生長(cháng)階段通過(guò)單片機設定對應的閾值，當光照強度超過(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。并將實(shí)時(shí)檢測的光強顯示在LCD上。

2. 溫度的檢測與調控模塊

在多點(diǎn)分散放置(應選擇能正確反映周?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，根據動(dòng)植物的生長(cháng)需要，在不同生長(cháng)階段通過(guò)單片機設定對應的閾值，當溫度超過(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)檢測的溫度顯示在LCD上。只要任一監測點(diǎn)在一定時(shí)間段內持續高溫，則發(fā)出防火信息報警。

3. 濕度的檢測與調控模塊

在多點(diǎn)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，根據動(dòng)植物的生長(cháng)需要，在不同生長(cháng)階段通過(guò)單片機設定的對應閾值，當濕度超過(guò)上限時(shí)，單片機接通排風(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)檢測的濕度信息顯示在LCD上。

4. 防盜監控模塊

在門(mén)口及周邊等需加強防范處，設置紅外傳感器或攝像頭，當監測到有未經(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)單片機通知PC機；并同時(shí)發(fā)出警報。

5. 通信互聯(lián)模塊

把單片機接受的數據信息，可以通過(guò)以太網(wǎng)，CAN總線(xiàn)或RS485等技術(shù)傳送給微機系統，并可以通過(guò)微機系統向單片機發(fā)出指令，實(shí)現遠程管理控制。

系統硬件結構框圖，如圖1所示

圖1系統硬件結構框圖

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作為控制系統的核心。EVK1100是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機控制器的評估套件和開(kāi)發(fā)系統。它配備一系列豐富的外設、內存，并且可充分開(kāi)發(fā)AVR32設備的全部潛能。根據圖一確定的系統結構，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(cháng)時(shí)間飽和下快速脫濕，有較高的可靠性與長(cháng)時(shí)間穩定性。

2）防盜監控設備

采用高靈敏度圖像傳感器，彩色黑白自動(dòng)轉換，高質(zhì)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(diǎn)不偏移 ，全黑環(huán)境設計，自動(dòng)感應紅外線(xiàn)，24小時(shí)全天候監控，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系統軟件架構

主程序

主程序主要完成系統的初始化，溫度、濕度、光照的監測與處理，異常情況的警報處理，并把監測到的數據與PC通信互聯(lián)等工作，以完成實(shí)時(shí)監控的功能。主流程圖如圖2所示。

圖2主程序流程圖

3.4 系統軟件流程

1. 溫度檢測和防火程序流程

實(shí)時(shí)檢測溫度數據，顯示與LCD上，同時(shí)把數據傳輸到PC上：并設定3個(gè)值，一是防火溫度，當檢測到的溫度值大于防火溫度時(shí)，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(shí)做降溫處理；三是正常情況下的最?。╩in）溫度，當檢測到的溫度值小于min值時(shí)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