基于ZIGBEE傳感技術的種雞體溫測量系統

鐘毅鋒等

摘 要：為了解決種雞養殖業中測量體溫時存在的一系列問題，筆者所在的團隊設計了一個基于ZIGBEE傳感技術的種雞體溫測量系統。該系統由數據采集模塊、無線通信模塊、數據接收模塊和遠程主機四大部分組成，通過該系統能實現養雞場內所有種雞體溫的實時監控，能大大減少養殖人員的工作量。該文將簡單介紹ZIGBEE技術和種雞體溫測量系統的工作方式，以及在系統設計過程中如何選擇元器件及各種輔助軟件。希望該文能對研究ZIGBEE技術的同行提供一些參考，并且加快種雞體溫測量系統運用到養殖業中的步伐。

關鍵詞：ZIGBEE技術 體溫測量系統 種雞 遠程監控 無線技術

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0048-01

家禽的體溫是衡量其是否健康的一個重要指標，特別是本文提到的種雞，它的健康不僅關系到雞肉的安全，還關系到養殖人員和種雞所下的蛋的安全。在傳統的種雞養殖業中一般都采用直腸測溫的方法測量雞的體溫，這種方式具有測溫時間長、實時性差、對雞群應激性大和工作量大的缺點，不能適應現在大規模的現代化家禽養殖的需要。為了解決傳統的直腸測溫方法存在的不足，該文設計了一個基于ZIGBEE傳感技術的種雞體溫測量系統，以實現對種雞體溫的實時測量、顯示和存儲，最大限度地減少養殖人員的勞動量。

1 ZIGBEE技術簡介

ZIGBEE技術是一種應用于電子設備間的無線雙向傳輸技術，其具有可靠性高、功耗低、數據傳輸率低、延時短、網絡容量大、開發成本低的特點。其主要應用在距離短、數據傳輸速率要求不高的各種電子設備之間，它傳輸的典型數據類型有周期性數據、間歇性數據和重復性低反應時間數據。ZigBee是通過數千個微小的傳感器以相互協調的傳遞方式來實現無線傳輸的，由于每個傳感器消耗的能量是非常有限的，而且在大部分時間它們都處于省電模式，所以整個系統的功耗非常低，完全可以用電池實現長時間供電。ZIGBEE網絡能夠支持樹型、星型和網狀等多種網絡拓撲結構，其理論容量最大可以達到65536個節點，能實現大面積的覆蓋。ZIGBEE技術具有的這些特點，使得它能在智能家居、傳感器網絡、工業監控、消費電子、農業灌溉等領域得到廣泛的應用。

2 種雞體溫測量系統的組成分析

2.1 體溫采集系統的總體結構

種雞的體溫測量系統由數據采集模塊、無線通信模塊、數據接收模塊和遠程主機四大部分組成。其中數據采集模塊通過安裝在種雞雞翼下方無毛處的溫度傳感器測得種雞的實時體溫，然后通過無線通信模塊將測得的種雞體溫數據發送給數據接收模塊，數據模塊再通過有線網絡將接收到的數據傳送給遠方的主機。主機在得到數據后，可以在電腦上實時顯示雞場中各種雞的實時體溫情況，也可以將數據進行存儲，便于我們對數據進行綜合處理和分析，有利于更加全面地了解種雞的健康情況。

2.2 節點硬件的選型

節點硬件的選型主要包括溫度傳感器、ZIGBEE芯片、ZIGBEE節點硬件和協調器節點的選型。溫度傳感器是種雞體溫測量系統中最重要的組成部分，假若溫度測不準，那后面的工作都沒有意義。在本文設計的體溫測量系統中，采用的是數字型溫度傳感器，與常用的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出所測的溫度，具有精度高、分辨率可調的優點，而且通過簡單的編程就能溫度值轉化成二進制數值，非常利于數據的傳遞。由于養雞場的室內環境特殊，夏季潮濕、溫度高、粉塵多，冬季有害氣體多、腐蝕性強，這都不利于電子器件的正常工作，因此在元件的選型中要充分考慮到工作環境對它們正常工作的影響。ZIGBEE芯片、節點硬件和協調器節點的另一個選型參考因素就是通信距離，由于佩戴在雞身上的，所選的芯片應保障最小的通訊距離為50 m。功耗也是選擇元件時要考慮的一個重要參數，由于所設計的體溫測量系統采用的是電池供電，當元件功耗過大時，需要頻繁更換電池，這樣不僅增加了整個系統的成本，而且操作的可行性也差。節點元件質量直接決定著這個系統的性能，在選型的過程中一定要從實際出發，在能滿足系統要求的前提下，盡量選擇性價比高的元器件。

2.3 ZIGBEE網絡實現

種雞體溫測量系統所用的ZIGBEE網絡由計算機、ZIGBEE協調器節點和若干個安放在種雞身上溫度傳感器——ZIGBEE終端節點組成，由于種雞數量眾多且一直處于活動的狀態，位置具有不確定性，在給種雞安置過溫度傳感器后應對種雞和所用的傳感器進行編號，這樣有利于在電腦終端發現有種雞的體溫出現異常時，及時地進行定位，迅速找出到底是哪只雞的體溫出現了問題。ZIGBEE有三種常見的網絡拓撲結構：星型、樹形和網狀，種雞體溫測量系統由于節點數眾多，故選用了網狀的拓撲結構。網狀網絡由一個協調器和眾多終端節點或路由器組成，其結構與樹形結構相似，但比樹形拓撲結構的通信更靈活，通信效率更高。

3 體溫測量系統的軟件設計

種雞體溫檢測系統的軟件設計包括上位監控軟件平臺設計、協議棧軟件設計、終端節點軟件設計和協調器節點軟件設計這四大部分。在本次種雞體溫測量系統的軟件設計過程中，采用IAR編譯器對用C語言編寫的程序進行編譯和調試。為了能將溫度傳感器采集到的非線性數據顯示出來，需要選擇一臺PC機作為后端的控制主機，即上位機。上位機需要安裝數據庫系統和系統控制軟件，這樣才能通過操作控制軟件來實現對終端節點的遠程控制和測量數據的后期處理。通信的硬件和軟件如何在不同的層協調工作是由協議棧定義的，在協議棧軟件的設計過程中應將協議?？醋饕粋€整體，采用統一編寫的方式進行程序編寫，引用宏定義語句來區分各功能節點在各協議層中的相應操作，以便于后面的程序移植。終端軟件設計的目的是幫助溫度傳感器完成數據信息的采集、處理和發送工作，同時協助終端節點發送自己的網絡地址信息。軟件系統的設計就是為了輔助硬件系統更好地完成工作，使整個體溫檢測系統操作變得簡單，可靠性得到提高。

4 結語

基于ZIGBEE傳感技術的種雞體溫測量系統旨在解決傳統的養雞業中體溫測量工作中存在的不足。但在研究的過程中也遇到一些問題，特別是由于雞的位置是活動的，這增加了無線數據傳輸的難度。在元器件的選擇過程中，要綜合考慮成本、功耗和工作效率等多方面的因素，合理選擇測溫系統的硬件和軟件。

參考文獻

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