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标题: 案例分析：养殖场实时智能监控装置 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 16:01
标题: 案例分析：养殖场实时智能监控装置
一、项目概述
1.1 引言
中国对养殖产品需求的日益增大和养殖技术的发展，使得如何通过通信技术和自动化技术实时监测和管理养殖场，以实现环保和高收益，成为了新的课题。本文正是基于此出发点，以“养殖场的实时监控装置”为题，通过使用ATMEL的AVR微处理器，实现养殖场的智能化监控，淘汰部分落后产能的目标。

1.2 项目背景
动植物的生长受自然条件的影响，如光照强度（影响动物发情期，植物花期等），温度（影响动植物生长速度和生长周期），湿度（影响发病率）等。有研究表明，现代智能型的养殖场监控是养殖场管理的有效手段和工具。它可以提高操作的准确性，有利于温室的科学管理，降低对操作者本身的素质要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能够准确，按需，适时的给动植物提供合适的生长条件，以提高产量和质量。先进的低成本，低功耗，和使用维护方便的实时监控装置，无疑是降低人工操作与提高管理质量的首选。

二、需求分析
2.1 功能要求
包括以下功能：检测光照强度然后显示在LCD上,并上传到PC机上可以远程监测，当光强不符合规定值时，进行动作，调节光强；同时也可以检测温度、湿度并将检测结果显示在LCD上,并上传到PC机进行长期记录，当温湿度不符合规定值时，进行动作，调节养殖室内的温湿度；防火功能，当温度持续过高时发出警报：防盗功能，监控养殖场内及周边环境，当监测到有未经允许进入的人或其他动物时能及时发出警报。

2.2 性能要求
能够实时准确的检测养殖场的环境状况，并快速做出反应，在信息传送接受方面误差率低；有防火防盗性能，使场内的安全性有所提高，适宜各种养殖场的大范围推广，抗干扰能力强，功耗低，实用方便。

三、方案设计
3.1 系统功能实现原理
养殖场的实时监控装置应包含以下功能模块：

光照强度的检测与调控模块

光照传感器把检测到的光照强度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定对应的阈值，当光照强度超过上限时，进行遮光处理或发出提示信息；低于下限时，进行开灯增加光强。并将实时检测的光强显示在LCD上。

温度的检测与调控模块

在多点分散放置(应选择能正确反映周围环境实际温度的位置，不能放在白炽灯或发电机等设备附近)的温度传感器，把检测到的温度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定对应的阈值，当温度超过上限时，进行降温处理；低于下限时，进行升温处理。并将实时检测的温度显示在LCD上。只要任一监测点在一定时间段内持续高温，则发出防火信息报警。

湿度的检测与调控模块

在多点分散放置的湿度传感器，把检测到的湿度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定的对应阈值，当湿度超过上限时，单片机接通排风扇，进行通风；低于下限时，进行洒水增湿。并将实时检测的湿度信息显示在LCD上。

防盗监控模块

在门口及周边等需加强防范处，设置红外传感器或摄像头，当监测到有未经允许进入的人或较大型动植物天敌进入时，传感器通过单片机通知PC机；并同时发出警报。

通信互联模块

把单片机接受的数据信息，可以通过以太网，CAN总线或RS485等技术传送给微机系统，并可以通过微机系统向单片机发出指令，实现远程管理控制。

系统硬件结构框图，如图1所示

图1系统硬件结构框图

3.2 硬件平台选用及资源配置
本设计采用了ATMEL的公司的高性能低功耗的AVR单片机EVK1100作为控制系统的核心。EVK1100是一个基于AVR32 AT32UC3A单片机控制器的评估套件和开发系统。它配备一系列丰富的外设、内存，并且可充分开发AVR32设备的全部潜能。根据图一确定的系统结构，选择合适的传感器。

1）传感器
由于EVK1100自身带有光照传感器和温度传感器，我们只需要选择合适的湿度传感器，它能够在标准环境下不需校正，灵敏度高，能在长时间饱和下快速脱湿，有较高的可靠性与长时间稳定性。

2）防盗监控设备
采用高灵敏度图像传感器，彩色黑白自动转换，高质量，高清晰度，低功耗，集摄像机、防护罩、镜头、红外灯于一体，镜头全部采用 IR 齐焦镜头，夜间焦点不偏移，全黑环境设计，自动感应红外线，24小时全天候监控，红外灯参考距离约50米；防水、防尘，防暴，可有效抵挡外来撞击。

3.3系统软件架构
主程序

主程序主要完成系统的初始化，温度、湿度、光照的监测与处理，异常情况的警报处理，并把监测到的数据与PC通信互联等工作，以完成实时监控的功能。主流程图如图2所示。

图2主程序流程图

3.4 系统软件流程

1. 温度检测和防火程序流程
实时检测温度数据，显示与LCD上，同时把数据传输到PC上：并设定3个值，一是防火温度，当检测到的温度值大于防火温度时，发出警报；二是正常情况下的最大适宜（max）温度，当检测到的温度值大于max值时做降温处理；三是正常情况下的最小（min）温度，当检测到的温度值小于min值时做升温处理。温度检测和防火程序流程图如图3所示

图3温度检测和防火程序流程图

2.湿度监测程序流程
实时检测湿度数据，显示与LCD上，同时把数据传输到PC上：并设定2个值，一是正常情况下的最大适宜湿度（max），当检测到的湿度值大于max是做通风处理；三是正常情况下的最小适宜湿度（min），当检测到的湿度值小于min是做增湿处理。湿度监测程序流程图如图4所示

3.光照强度检测程序
实时检测光照强度，显示与LCD上，同时把数据传输到PC上：并设定2个值，一是正常最大适宜光照强度（max），当检测到的光照强度值大于max是做遮光处理；三是正常情况下最小适宜光照强度（min），当检测到的湿度值小于min是做开灯处理。光照强度监测程序流程图如图5所示

图4湿度监测程序流程图                            图5光照强度检测程序流程图


4防盗检测程序
在门口及周边等需加强防范处，设置红外传感器或摄像头，当监测到有未经允许进入的人或较大型动植物天敌进入时，传感器通过单片机通知PC机；并同时发出警报。防盗检测程序流程图如图6所示

图6防盗检测程序流程图

5通信互联程序
把单片机接受的数据信息，可以通过以太网，CAN总线或RS485等技术传送给微机系统，并可以通过微机系统向单片机发出指令，实现远程管理控制。通信互联流程图如图7所示

图7通信互联流程图

3.4 系统预计实现结果
该装置能够实现实时监控，快速的对养殖场监测到的光照、温度、湿度等异常情况做出适当的反应，使场内环境始终稳定在适宜动植物生长的状态下；该装置的防火防盗性能，使场内的安全性有所提高。

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