基于STM32為主控的智能畜牧業養殖監控預警系統設計

趙甲峰

（甘肅華信國際招標有限公司，甘肅 蘭州 730030）

在畜牧養殖業中，由于養殖環境發生變化，會對牲畜的生長造成影響。近年來人們對食品安全問題越來越關注，而畜牧養殖作為肉類食品的主要提供源，就需要做好畜牧養殖的監控和管理。在新時期環境下，智能技術和信息控制技術得到迅速發展，這給畜牧養殖的監控和管理也提供了良好的條件，而基于STM32為主控的智能畜牧業養殖監控預警系統就是時代背景下產生的一種現代化畜牧養殖監管技術，此系統如何進行設計和實現，就是本文主要研究的內容。

1 系統設計方案

在本文案例系統內，使用了多種類型環境監測的傳感器，傳感器主要對CO濃度、O2濃度、NH3濃度和溫濕度實施監測，在室內進行放置，能夠對牲畜生長環境進行24 h監測，并對數據的采集進行分析。通過數據處理后控制電燈、電風扇、加熱器及加濕器等設備工作，從而調節亮度、溫濕度等，為牲畜提供適宜的生長環境。如果傳感器檢測出環境參數超出安全范圍時，能夠借助GSM的無線通信對管理員的移動終端進行撥打電話、發送短信，提醒管理員觀察實時環境參數，同時報警器迅速發出相應的警報信號，提醒及時處理[1]。

2 系統硬件的設計

在智能化畜牧業養殖的監控預警系統中，此系統硬件主要由STM32主控芯片、數據采集模塊、無線通信模塊、傳感器單元、控制電路及控制設備等構成（見圖1）。其中，傳感器借助對應通信協議與STM32連接，把采集到的數據實時在顯示屏上顯示，通過矩陣按鍵進行提前預警電話號碼的設置，微處理器按照所采集到的數據識別判斷，并把判斷的結果通過RS232串口通信向GSM 無線通信模塊傳輸，無線通信的模塊以電話及短信的方式向管理員發出提示，以便管理員及時采取處理措施，從而實現預警監控的效果。

圖1 系統的整體框架

2.1 數據采集的模塊

在數據的采集模塊中，主要借助SHT21溫、濕度的傳感器，對當前畜牧所處環境內溫度以及濕度實施采集。而SHT21內配置一全新的芯片、一改進后電容式的濕度傳感類元件、一溫度傳感的元件，實現了對傳統傳感器性能的有效提升。改進后SHT21傳感器，在高濕的環境下具有更好的穩定性，且傳感器還能夠對電池的低電量實施檢測，且具有輸出校驗功能，能夠提升通信可靠性，具有很高的性價比，最終全部設備都借助尖端節能運行的模式運行。另外，借助相應傳感器來對畜牧養殖環境內CO濃度、O2濃度、NH3濃度等信息實施實時的采集與監測，并對該數據進行匯總和分類處理，后向STM32的微處理器實施傳輸[2]。

2.2 通信模塊

在本文案例系統內，GSM 模塊是其核心的部分。所謂GSM主要是指具有通話、短信和數據傳輸等多功能的綜合性電路模塊。系統內STM32的單片機借助RS232的串口和GSM模塊實施通信，從而使GSM的模塊實現了無線通信的功能；并且GSM的模塊還有著數據傳輸的功能，當現場的傳感器在對相應環境參數實現實時數據的采集后，借助網絡技術再把現場監測得到的數據向網關設備傳輸，從而實現對現場數據實時的監測以及可視化的顯示，便于對相應控制指令準確下達。在傳感器和網關間，主要借助ZigBee的技術實現無線數據的傳輸功能，以ZigBee的無線組網為載體，通過ZigBee的節點對傳感數據實施采集并對數據完成通信。在傳感器對當前環境參數實施檢測后，系統會對檢測到的環境參數進行分析判斷，看當前參數是否處于安全標準范圍之內，并對即將要發生的危險或預發生危險的時間預測，預測結果會通過電話或者短信的形式向管理員發送[3]。

2.3 接收號碼的設置

對電話和短信接收號碼通過矩陣按鍵來進行設置。系統啟動后，使用按鍵進行電話號碼的設置，當出現預警后就會朝所設置電話號碼進行電話撥打或者短信發送的操作；通過“修改”的按鍵可以對預警電話號碼進行更改；通過“確認”的按鍵來對當前號碼作為預警號碼實施確認。

3 系統軟件的設計

在本文案例系統中，將STM32微處理器作為核心元器件，通過傳感器實現對環境數據進行采集，借助串口對采集的信息實時顯示，如有必要，將通過終端設備來實施控制（見圖2）。

圖2 系統模塊的關系圖

按照牲畜的生存環境，管理員能夠對環境參數進行設置，可以分做安全、臨近危險與危險等三個等級。通過STM32微處理器，能夠實時對環境的參數實施識別與判斷，并將判斷的結果通過電話或短信的方式向管理員發送，來提醒其采取相應的措施實施處理[4]。

在系統中，主要的技術指標包括：O2傳感器的檢測濃度超過95%的準確率；CO傳感器的檢測濃度超過95%準確率；NH3傳感器的檢測濃度超過80%準確率。

4 結語

綜上所述，本文所設計的基于STM32為主控的智能畜牧業養殖監控預警系統，主要是按照牲畜的生長環境特點，借助相應傳感器來對牲畜的生長環境參數實施檢測與分析，從而對牲畜的生長環境參數的安全性進行掌握，并及時向管理員進行警報。此系統具有顯著的優勢，為了充分發揮其技術效果，還需要對其繼續進行研究，從而挖掘其技術潛力。