一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、生豬養(yǎng)殖領域，尤其涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]在養(yǎng)豬業(yè)中，制約其生產(chǎn)的因素有兩個主要方面:遺傳和環(huán)境。遺傳決定豬只生長發(fā)育的潛在可能性，而環(huán)境因素則決定豬的這種遺傳潛力得以實現(xiàn)的程度。環(huán)境安全型豬舍建設的基本要求是豬舍能夠從空氣、飼料、飲水和糞便4個方面實現(xiàn)微生物總量的控制，并且能夠從空氣、溫度、濕度等幾個方面保障生豬的生活條件。豬舍內(nèi)的溫度、濕度、有害氣體及空氣污染等環(huán)境因素直接影響豬的生長和繁育。
[0003]我國的傳統(tǒng)的生豬養(yǎng)殖模式是通過人工測量獲取所需數(shù)據(jù)，這種模式不僅耗時久、效率低而且需要大量的人力。無線傳感器網(wǎng)絡是實現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖的必要技術，可以實時高效并精確地獲取信息，規(guī)?；B(yǎng)殖對環(huán)境監(jiān)控的需求也進一步促進了智能傳感器在網(wǎng)絡系統(tǒng)中應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測方法，通過設計并制作ZigBee無線模塊，采集多種氣體濃度及溫濕度等環(huán)境信息，設計網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)傳輸傳感器數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心，對生豬養(yǎng)殖場中的環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)控及預警，保證生豬的生長環(huán)境，實現(xiàn)讓生豬健康成長的目標。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明的主要技術內(nèi)容如下:
[0006]—種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測設備，包括終端采集節(jié)點、路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。終端傳感器節(jié)點連接了多種功能的傳感器，在加入網(wǎng)絡后啟動時鐘和中斷程序，定時啟動數(shù)據(jù)采集功能，并將數(shù)據(jù)上傳。路由節(jié)點負責監(jiān)聽信道，時刻準備接收其他節(jié)點需要上傳的數(shù)據(jù)并進行轉(zhuǎn)發(fā)。協(xié)調(diào)器節(jié)點主要負責配置網(wǎng)絡參數(shù)、啟動網(wǎng)絡并維護網(wǎng)絡的正常工作、接收采集的數(shù)據(jù)并處理傳輸給上位機。其中終端傳感器節(jié)點可以連接溫濕度傳感器和氨氣濃度傳感器，對豬舍內(nèi)環(huán)境信息進行監(jiān)測。
[0007]—種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測方法，其特征在于，系統(tǒng)的終端節(jié)點各連接了不同的傳感器處理模塊，可分屬于不同的子系統(tǒng)，待數(shù)據(jù)采集后，又要統(tǒng)一經(jīng)由主網(wǎng)絡中的路由器節(jié)點傳輸至協(xié)調(diào)器節(jié)點再連接至上位機，所以采用混合網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。每個豬舍為一個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)中包含若干個終端傳感器節(jié)點，采集溫濕度數(shù)據(jù)和氨氣濃度數(shù)據(jù)。各子系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，各終端傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯集至各星型網(wǎng)的中心節(jié)點，即一個路由節(jié)點，再由這個路由節(jié)點將數(shù)據(jù)上傳至主網(wǎng)絡中的路由節(jié)點處。而主網(wǎng)絡采用mesh網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，各路由節(jié)點存儲了可傳輸范圍內(nèi)其他節(jié)點的路由表，當一條通路擁塞時，則選擇其他路徑進行傳輸，將采集的數(shù)據(jù)分散傳輸至協(xié)調(diào)器節(jié)點，盡可能避免造成網(wǎng)絡擁塞和數(shù)據(jù)包的丟失。附圖11為網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點
[0009]1.靈敏度高。通過優(yōu)化設計傳感器，提高儀器監(jiān)測靈敏度，能夠更好地滿足豬場環(huán)境參數(shù)靈敏度的需求。
[0010]2.成本低，維護方便。硬件設備通過自主研發(fā)，只需購買小型傳感器等元器件，成本低廉;同時一旦系統(tǒng)安裝成功之后可以根據(jù)系統(tǒng)的需求變化進行維護。
[0011]3.可靠性高，實時性好。包括系統(tǒng)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)的傳輸時延小，能夠基本滿足實時性要求。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的無線模塊主控芯片圖
[0013]圖2為本發(fā)明的無線節(jié)點圖
[0014]圖3為本發(fā)明的主控模塊電路設計圖
[0015]圖4為本發(fā)明的電源模塊電路設計圖
[0016]圖5為本發(fā)明的RS232模塊電路設計圖
[0017]圖6為本發(fā)明的Flash模塊電路設計圖
[0018]圖7為本發(fā)明的時鐘模塊電路設計圖
[0019]圖8為本發(fā)明的溫濕度傳感器模塊電路設計圖
[0020]圖9為本發(fā)明的氨氣傳感器實物圖
[0021]圖10為本發(fā)明的氨氣傳感器模塊電路設計圖
[0022]圖11為本發(fā)明的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。
[0024]—種基于無線傳感器網(wǎng)絡的生豬養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測設備，包括終端采集節(jié)點、路由節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。附圖1為本發(fā)明選用的ZigBee無線節(jié)點的主控芯片，三種節(jié)點都是在主控芯片的控制下完成各自不同的任務。該芯片是意法半導體(ST)公司于2009年底推出的STM32W系列無線射頻WSN/ZigBee單片機STM32W108。它在保持低功耗的基礎上，采用了 32位ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有更強大的處理能力；內(nèi)部帶有功率放大器(PA)，發(fā)射輸出功率可達+ 7dBm，無需外部功放就可以獲得較大的通信距離；芯片的不同版本分別固化了802.15.4MAC、ZigBee、RF4CE等協(xié)議棧，無需理解、開發(fā)網(wǎng)絡協(xié)議，就可以進行產(chǎn)品開發(fā)。
[0025]附圖2為本發(fā)明的無線節(jié)點圖，上述三種不同功能的節(jié)點對應的硬件模塊是相同的，僅終端傳感器節(jié)點需在圖2的基礎上連接各種功能不同的傳感器，但三者個本質(zhì)區(qū)別是在軟件層面所體現(xiàn)。無線節(jié)點主要包括以下各個功能的模塊:
[0026]1.ZigBee主控模塊。主控模塊連接了其他各個功能模塊，節(jié)點上電后，主控模塊啟動，調(diào)用已存儲的指令，操作各模塊完成各自的功能。附圖3為主控模塊電路設計圖。
[0027]2.電源管理模塊。在基于ZigBee的網(wǎng)絡節(jié)點中，各模塊需要的電壓為3.3V。由于節(jié)點設備都部署在豬舍內(nèi)部，容易得到220V的交流電壓，加之節(jié)點設備必須具備較好的防潮防水性和長期運行的穩(wěn)定性，所以采用220V的交流供電方式將優(yōu)于電池供電方式。具體的供電方案是通過電源適配器將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓，再將5V的直流電壓轉(zhuǎn)換為3.SVt3ZigBee模塊設計了usb供電和外部DC5 — 9V兩種供電方式，并設有電源開關。附圖4即為電源模塊電路設計圖。
[0028]3.RS232串口模塊。ZigBee模塊設計了一路RS232接口(DB9連接器)，無線模塊的USART通過SP3223芯片連接到J2，J2端口的信號是標準RS232電平。硬件設備可以通過RS232串口模塊與計算機的串口相連直接傳輸數(shù)據(jù)，也可以通過串口連接其他的硬件設備。附圖5即為RS232模塊電路設計圖。
[0029]4.Flash模塊。ZigBee模塊設計了 IM串行FLASH芯片，芯片型號為M25P10—A，用于進行數(shù)據(jù)記錄、存儲。附圖6即為Flash模塊電路設計圖。
[0030]5.時鐘模塊。采用PCF8563作為系統(tǒng)的時鐘芯片，PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片，PCF8563的多種報警功能、定時器功能、時鐘輸出功能、以及中斷輸出功能能完成各種復雜的定時服務。
[0031]PCF8563的地址和數(shù)據(jù)通過I2C總線接口串行傳遞，處理器模塊作為I2C的主機有SDA和SCL線，SDA是雙向的數(shù)據(jù)口，SCL為同步時鐘