基于智能養殖的通信設計與實現

刁志剛,孫云龍

(淮安信息職業技術學院，江蘇淮安，223003)

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基于智能養殖的通信設計與實現

刁志剛,孫云龍

(淮安信息職業技術學院，江蘇淮安，223003)

摘要：基于智能養殖的通信設計，實現了智能養殖的通信架構，以zigbee網絡核心的終端采集系統，詳細介紹了各個部分的硬件設計和軟件流程，并給出了無線通信協議，實驗結果表明，設計能滿足系統各項要求，具有良好的可靠性。

關鍵詞：智能養殖;以太網通信;stm32;CC2530;zigbee網絡

養殖業的迅猛發展，滿足了人們對肉蛋奶的需求，基于ZigBee和以太網的畜舍通信設計就是無線傳感器網絡和遠程控制中心之間搭建一條數據傳輸通道。本設計主要是把ZigBee收集的數據轉換成以太網的數據包傳輸到遠程控制中心，實現數據的遠程通信，搭建一條遠程通信通道，完成ZigBee網絡和以太網網絡的對接，從而實現對現場的監測和遠程控制。

1　系統整體設計

系統組成如圖1所示，以豬舍環境調控為例，整個豬舍由水簾控制系統、zigbee采集節點、以太網網關、風機等構成。豬舍一側安裝有若干個水簾和通風設備組成一字間隔分布排列，豬舍的中心按一字形安裝若干個采集節點，每個節點再分別連接若干個傳感器，采集節點的主要功能是負責采集豬

圖1　系統結構圖

舍的環境參數。另外一側裝有若干個負壓風機，在該側的中心安裝協調器節點，負責匯聚各個采集節點發來的參數數據，按照控制理論得出的結果來實進控制風機啟動和停止來調節豬舍的環境，以最大化適合豬只生長的需要。

2　系統硬件設計

2.1ZigBee節點設計

ZigBee模塊采用的是由TI公司生產的CC2530芯片，通過Z-Stack軟件可以對協議進行用戶自定義，對各個終端實現自組織網絡，具有良好的擴展性和低功耗。采集節點電路如圖2所示。場舍環境系統由主控制器、溫度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳氣傳感器、氨氣傳感器、繼電器、驅動電路、顯示模塊構成，節點結構框圖如圖2。

系統工作原理如下:除光照傳感器外，其它都用的是模擬接口，通過AD 轉換輸入微控制器，根據需要可用LCD來顯示當前環境參數的測量值。驅動控制器根據控制算法輸出控制量信號來驅動繼電器和報警器的工作狀態。根據環境的控制需要事先把報警和各參數的控制閥值存儲在芯片內部，系統通過上位機經無線zigbee模塊通信或由主控制器自動控制。

2.2網關硬件設計

系統采用STM32F103ZET6作為網關節點的微處理器，它是基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，多達80個IO， CPU操作電壓范圍是2.0-3.6V。由于CC2530內部也集成有串行口，所以STM32和CC2530采用串口進行通信。

以太網通信接口采用w5500，w5500是WIZnet公司研發的一款超高性價比的芯片，是新一代全硬件協議棧的專用芯片，不需要進行植入的軟件協議棧，是新一代革新網絡芯片的代表，它與STM32采用的是SPI接口。

2.3節點電源電路設計

電源電路由開關電源或7.2V的鋰電池供電，經LM2576穩壓后變為5V電壓，再經C1進行濾波，將濾波后的電壓供給節點使用，由于后繼電路中微處理器、WiFi模塊、存儲器及AD轉換器都使用3.3V供電，所以接一片ASM1117將電壓變為3.3V。

圖2　節點結構圖

3　系統軟件設計

3.1協調器程序流程

協調器先初始化控制各設備，請求各節點的傳感器值，收到后對各值進行分析，有異常的就啟動調控設備，沒有繼續檢測，如果有上層的數據請求，就發送最新采集的一組數據，整個流程如圖3所示。

圖3　協調器流程

3.2節點控制流程

節點先把每個控制設備的開啟和關閉時間根據環境需要預先設定在控制器存儲器內，控制器根據時間來定時開啟和關閉控制設備，一般養殖場舍環境比較穩定，所以這種模式對環境調控特別合適。

3.3zigbee通訊協議

對于網絡中的普通節點應當具有唯一標識。在網絡中，普通節點有兩種標識方式，每一種都能唯一標識一臺普通節點。

1）由普通節點上射頻芯片的IEEE地址標識普通節點；

2）按照普通節點的功能，將普通節點分為若干組，并分別為其分配組號。通過組合和節點號的組合標識一臺普通節點。組號和節點號分別為1字節。協議包結構收包頭和包體組成，協議包的起始標志，長度為2個字節，固定填充0x44 0x55。收到0x44 0x55時，可視為協議包開始。ADD字段標記協議包的起始地址或者目標地址，長8字節。IEEE地址長為8字節，直接填充ADD字段。LEN字段表示OPCODE+PARAM兩個字段的長度，長2字節。

4　運行結果

為了驗證整個系統每個參數的測控情況，在一組養豬場的幼豬小舍內，先用濾波算法對采集數據進行遞推平均，以溫度采集為例，設采集一組數據用a1到a10表示，每組對應一個溫度值（15～35度，每組相差5度），采集值與結果進行對比，采用遞推替換，能很好的去除干擾。從采樣結果來看，溫度控制的波動范圍大概在4度左右，到達這樣的控制效果已經十分理想了。

5　結語

本文以養殖場生活環境為例，建立了以無線傳感器為核心的通信設計，實現遠程監控中心調控現場的過程，并把zigbee和以太網結合在一起，經測試，系統運行穩定可靠，實現了測控的目的，為智能養殖通信架構的應用提供更廣泛的應用平臺。

參考文獻

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The design and implementation of communication based on intelligent breeding

Diao Zhigang,Sun Yunlong
(Huaian College of Information Technology,Huaian,223003,China)

Abstract：Communication design based on Intelligent farming,the realization of the intelligent culture communication architecture,to the core of the ZigBee network terminal acquisition system,a detailed description of the various parts of the hardware design and software flow chart is given,and the wireless communication protocol.The experimental results indicate that the design can meet the requirements of the system, with good reliability.

Keywords：intelligent aquaculture;Ethernet communication;STM32;CC2530;ZigBee network

中圖分類號:TP216

文獻標識碼:A

作者簡介

刁志剛（1978-），講師，碩士，主要從事農業物聯網技術、通信與檢測技術方面的研究,