雞舍無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

摘要：封閉式雞舍的環(huán)境因素包括雞舍內(nèi)的溫度濕度值、有害氣體等，對(duì)養(yǎng)雞效益產(chǎn)生重點(diǎn)影響。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法多依靠人工采樣，或持手執(zhí)儀器進(jìn)行測(cè)量。文章探討了將無線傳感器節(jié)點(diǎn)技術(shù)作為封閉式雞舍環(huán)境監(jiān)測(cè)中數(shù)據(jù)采集和傳輸載體的可行性，基于AVR系列單片機(jī)ATmega16L，設(shè)計(jì)和開發(fā)了無線傳感器節(jié)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：雞舍環(huán)境；溫濕度采集；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）08-0079-02

養(yǎng)殖環(huán)境的好壞直接關(guān)系到養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)效益。雞舍環(huán)境信息采集及控制的智能化和信息化是實(shí)施工廠化蛋雞養(yǎng)殖的關(guān)鍵技術(shù)之一，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的養(yǎng)殖環(huán)境信息采集控制可以針對(duì)雞舍封閉性設(shè)施的特殊性，設(shè)備維護(hù)成本較高，有線采集設(shè)備易出故障等問題有較好的解決辦法。

1 節(jié)點(diǎn)構(gòu)成

節(jié)點(diǎn)由微處理器模塊ATmega16L、傳感器模塊STH7X、兩線式串行總線串口通信模塊、無線通信模塊KYL-1020L等組成，如圖1所示。通過節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)的形式將采集的信息發(fā)送系統(tǒng)控制中心，控制中心對(duì)采集的數(shù)據(jù)與養(yǎng)雞的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)對(duì)比分析后對(duì)雞舍內(nèi)的溫度、空氣濕度等環(huán)境因子進(jìn)行模糊控制，是養(yǎng)殖環(huán)境在適中的范圍。

2 微控制器（CPU）

采用 AVR系列單片ATmega16L，針對(duì)本設(shè)計(jì)構(gòu)建了ATmega16最小系統(tǒng)，包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口，電源電路如圖2所示。

3 傳感器設(shè)計(jì)

STH7X是高度集成的濕度傳感器芯片。具體工作原理如框圖3所示，溫濕度傳感元件分別將濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)行14位的A/D轉(zhuǎn)換器并串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)根據(jù)實(shí)際自動(dòng)補(bǔ)償來自傳感器的信號(hào)，STH7X與AVR單片機(jī)ATmega16的接口連接的設(shè)計(jì)。ATmega16的兩線式串行總線接口PC0管腳與SHT7x的時(shí)鐘SCK引腳相連接，提供的串行總線時(shí)鐘信號(hào)，PC1管腳與SHT7x的數(shù)據(jù)DATA引腳相連接，實(shí)現(xiàn)控制命令和濕度數(shù)據(jù)的傳輸，接4.7 K上拉電阻在DATA信號(hào)線上保證控制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平為低電平避免信號(hào)沖突。

4 無線通信

該設(shè)計(jì)的無線通信模塊采用KYL-1020L，ISM 頻段工作頻率，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，其功耗低、穩(wěn)定性及可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸、檢測(cè)和控制，基于FSK/GFSK的調(diào)制方式，采用高效通信協(xié)議傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線模塊模擬802.15.5的協(xié)議組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)之間可以相互傳輸數(shù)據(jù)具有中繼功能。

5 控制環(huán)節(jié)

控制環(huán)節(jié)主要通過ATmega16的PWM端口輸出控制UL2803（如圖3所示）達(dá)林頓管開關(guān)驅(qū)動(dòng)繼電器（接J3），繼電器需要比較大的電流，但UL2803供電是每一路最大為500mA，所以采用8路并聯(lián)來驅(qū)動(dòng)繼電器，使之有足夠的大驅(qū)動(dòng)電流，以便實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和穩(wěn)定觸發(fā)，在滿足繼電器驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定。

6 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)上述節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)，結(jié)合封閉式雞舍設(shè)施信息采集的實(shí)際特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于C語言的軟件系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)軟件由應(yīng)用程序AVRStudio平臺(tái)采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ǎ阅K化編程理念設(shè)計(jì)。

7 結(jié) 語

為解決雞舍內(nèi)環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)中所存在的問題，設(shè)計(jì)了無線傳感器節(jié)點(diǎn)技術(shù)作為封閉式雞舍環(huán)境監(jiān)測(cè)中數(shù)據(jù)采集和傳輸載體無線傳感器節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)傳感網(wǎng)組網(wǎng)的調(diào)試。在封閉式雞舍環(huán)境因子信息采集試驗(yàn)驗(yàn)證，節(jié)點(diǎn)信息采集準(zhǔn)確度高，控制模塊響應(yīng)快，信息傳輸準(zhǔn)確，系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性得到驗(yàn)證。

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