基于物联网的智慧养殖系统设计.pdf

2 0 2 4年1期1 7 7 2 0 2 4年第4 6卷第1期基于物联网的智慧养殖系统设计郭慧兰 王 莹 刘 畅 刘子俊 杨惠棒基金项目:西安交通工程学院2 0 2 2年大学生创新创业训练项目:智慧养殖-助力乡村畜牧业优产(X J Y 2 0 2 2 D C 5 5)作者简介:郭慧兰(2 0 0 3-),本科生,研究方向为嵌入式开发;王莹(1 9 9 0-),硕士,讲师,研究方向为信息技术应用;刘畅(1 9 9 9-),本科,技术员,研究方向为智慧家居;刘子俊(2 0 0 2-),本科生,研究方向为软件设计;杨惠棒(2 0 0 3-),本科生,研究方向为嵌入式开发。(西安交通工程学院 西安7 1 0 3 0 0)摘 要 传统的智慧养殖系统功能单一,无法实现数据的集中采集、管理、显示等功能。文中提出的系统基于物联网,将单片机S TM 3 2 F 1 0 3 C 8 T 6作为主控芯片,利用温湿度传感器和光敏传感器来检测环境数据,通过T C P/I P协议栈实现无线传输。E S P 8 2 6 6模块通过串口通信交互,将采集到的环境数据以特定格式打包发送到上位机系统进行显示和分析处理。该系统基于W i F i传输模块的设计方案,实现了远程监控和数据采集,从而提高了智慧养殖的合理性。随着嵌入式系统开发的不断成熟,可以加入更多传感器和控制组件,实现多角度、全方位的数据采集、监控和操作,有效控制养殖中的各种环境因素,促进畜产品的健康成长。关键词:S TM 3 2;W i F i传输;养殖系统中图分类号 T P 3 1 1.5D e s i g no f I n t e l l i g e n tA q u a c u l t u r eS y s t e mB a s e do nt h e I n t e r n e t o fT h i n g sGUO H u i l a n,WAN GY i n g,L I UC h a n g,L I UZ i j u na n dYAN G H u i b a n g(X ia nT r a f f i cE n g i n e e r i n gI n s t i t u t e,X ia n7 1 0 3 0 0,C h i n a)A b s t r a c t T h e t r a d i t i o n a l s m a r tb r e e d i n gs y s t e mh a sas i n g l e f u n c t i o na n dc a n n o t r e a l i z e t h e f u n c t i o n so f c e n t r a l i z e dd a t ac o l l e c t i o n,m a n a g e m e n t a n dd i s p l a y.T h e s y s t e mi sb a s e do n t h e I n t e r n e t o fT h i n g sd e s i g n,a n d t h e s i n g l e-c h i pm i c r o c o m-p u t e rS TM 3 2 F 1 0 3 C 8 T 6 i su s e da s t h em a i nc o n t r o l c h i p.T e m p e r a t u r e a n dh u m i d i t y s e n s o r s a n dp h o t o s e n s i t i v e s e n s o r s a r eu s e d t od e t e c t e n v i r o n m e n t a l d a t a,a n dw i r e l e s s t r a n s m i s s i o n i s r e a l i z e d t h r o u g h t h eT C P/I Pp r o t o c o l s t a c k.T h eE S P 8 2 6 6m o d u l e i n t e r a c t s t h r o u g hs e r i a lc o mm u n i c a t i o n,a n dp a c k a g e st h ec o l l e c t e de n v i r o n m e n t a ld a t ai nas p e c i f i cf o r m a ta n ds e n d s i t t ot h eh o s tc o m p u t e rs y s t e mf o rd i s p l a ya n da n a l y s i sp r o c e s s i n g.T h es y s t e mi sb a s e do nt h ed e s i g ns c h e m eo fW i F i t r a n s m i s s i o nm o d u l e,w h i c hr e a l i z e sr e m o t em o n i t o r i n ga n dd a t ac o l l e c t i o n,t h e r e b yi m p r o v i n gt h er a t i o n a l i t yo fs m a r tb r e e d i n g.W i t ht h ec o n t i n u o u sm a t u r i t yo f e m b e d d e ds y s t e md e v e l o p m e n t,m o r es e n s o r sa n dc g r o u p sc a nb ea d d e dt or e a l i z em u l t i-a n g l ea n da l l-r o u n dd a t ac o l l e c t i o n,m o n i t o r i n ga n do p e r a t i o n,e f f e c t i v e l yc o n t r o lv a r i o u se n v i r o n m e n t a lf a c t o r s i nb r e e d i n g,a n dp r o m o t e t h eh e a l t h yg r o w t ho f a n i m a l p r o d u c t s.K e y w o r d s S TM 3 2,W i F i t r a n s m i s s i o n,P l a n t i n gs y s t e m0 引言我国人口众多,对畜产品的需求较大,实现畜产业生产的自动化和数字化已成为农业升级和发展的重要趋势。通过建立自动化的控制系统,对智慧养殖中的各种物理因素进行有效监测和传感,并利用中央控制台传输和显示各种指令,可以极大地节省人力资源。这种方式不仅能保证农产品的数量,还能有效监督农产品的质量。因此,在农业发展转型中,利用物联网完善畜产品体系已成为一个重要的方向。相较于传统的畜产品养殖系统,物联网技术的应用解决了其功能单一的问题。通过物联网技术,构建基于上位机和下位机的控制系统,只需在下位机接口连接不同的传感器装置,即可完成数据采集。采集到的数据可通过物联网技术传递给上位机控制系统,通过上位机的软件开发和后台管理模块实现多个区域的集中管理。这种方式显著提升了工作效率,节约了人力资源。随着嵌入式系统的逐渐成熟,将各种传感器件和控制组件加入控制系统中,可以实现全方位的数据采集、监控、显示和操作,有效控制畜产品大棚中的各种环境因素,助力畜产品的健康生长。1 基于物联网的智慧养殖系统的设计要求基于物联网的智慧养殖系统旨在为小型农场提供智能化的养殖解决方案。该系统的设计目标是实现对畜产品生1 7 8 2 0 2 4年1期长环境的自动监测和精确控制,以满足畜产品的生长需求。该系统使用各种传感器设备对畜产品生长环境中的温度、湿度、光照强度等进行实时监测。这些传感器会定期采集数据,并将数据传输给数据处理单元进行分析和处理。通过分析传感器数据,系统可以实时监测畜产品的生长环境,如温度、湿度、光照等。这可以帮助用户更好地管理畜产品,根据需要进行相关的设备控制或决策制定,以确保畜产品的生长。基于收集到的环境数据,系统能自动调节温度控制设备、湿度控制设备、光照控制设备、进食设备等,以维持畜产品生长所需的最佳环境条件。例如,当温度过高时,系统会启动降温装置;当湿度过低时,系统会启动加湿设备;当光照不足时,系统会开启补光设备;当食物不足时,系统会自动进行补食。这些自动调节功能有助于维持畜产品生长环境的稳定性,使其保持在最佳状态1。为实现远程控制和监测,系统采用W i F i通信技术进行连接。用户可以通过安装在智能手机或平板电脑上的A n-d r o i d应用程序,远程监测畜产品生长环境的状态和各种参数,随时了解畜产品的生长情况,并远程控制系统的运行状态和参数设置。通过云端服务器,用户可以实现多设备的管理和监控,轻松管理多个畜产品生长空间。总之,基于物联网的智慧养殖系统可以为小型农场提供一种智能、高效的养殖解决方案,通过实时监测和精确控制畜产品生长环境,帮助用户提高畜产品的质量,并为用户提供便捷的远程控制和监测功能。2 基于物联网的智慧养殖系统的总体设计方案本文设计的基于物联网的智慧养殖系统,选用单片机S TM 3 2 F 1 0 3 C 8 T 6作为主控芯片,以满足大量温湿度数据和光照数据的无线传输需求,具体实现方案如下。温湿度传感器用于检测温湿度数据,并将其传输给单片机;光敏传感器用于检测光线强度,并通过模数转换电路将模拟量转换为数字量,然后传输给单片机进行后续处理;单片机通过W i F i传输电路将处理后的数据传输到A P P端,通过U S B转T T L连接到A P P,从而实时显示温度、湿度和光照强度。该设计完成了养殖环境中的温湿度、光照的采集和无线传输。基于物联网的智慧养殖系统的组成主要包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、光敏电阻、模数转换芯片、单片机及最小系统、按键电路、W i F i芯片、声光报警电路和多路继电器控制电路2。该智慧养殖系统采用温湿度传感器、光敏传感器、二氧化碳传感器等传感器组,对畜产品的生长环境数据进行实时监测。传感器将采集到的数据传递给单片机进行处理,并将处理过的数据显示出来。单片机根据预设的阈值对温湿度、二氧化碳浓度和光照强度进行判断,如果数据超过预设的阈值,则系统会触发声光报警电路并启动继电器电路,执行湿度调节、温度调节、通风、补食、补光等功能。同时,系统状态和工作参数也会显示在屏幕上。该系统还配备了W i F i芯片,用户可以通过手机A P P或电脑端的上位机连入W i F i,进行更方便、智能的控制和数据显示。用户还可以通过设定阈值和系统功能来调整系统的运行参数,实现更加精准的控制。通过构建上位机和下位机控制系统,并结合W i F i芯片,系统可以与不同的嵌入式系统结合,使养殖系统的功能更加完善。特别是在软件设计方面,结合数据分析软件,可以帮助管理人员进行精确的控制和管理,实现对环境内部各类参数的精确控制,提高管理效果。3 基于物联网的智慧养殖系统的硬件、软件设计 在智慧养殖系统中,硬件是重要的组成部分。该系统采用S TM 3 2芯片作为控制处理单元,并通过W i F i模块与手机端进行数据通信。温度传感器D HT 1 1被用来检测环境温度,并将数据传输到S TM 3 2芯片进行处理3。芯片根据W i F i模块传输的信息进行相应的处理,并输出控制信号来控制继电器组的开关状态。将这种控制方式应用于物联网畜产品养殖系统中,能实现对温度、湿度、光照、水分等环境因素的自动控制,从而提高畜产品的生长质量和产量。同时,该系统将手机作为控制终端,用户可以通过手机A P P进行远程监控和控制。这为用户提供了方便、快捷的操作方式,使其能随时随地监测和调节畜产品养殖系统的运行状态。基于物联网的智慧养殖系统的无线传感控制系统的主程序可以实现对温度、湿度、光照强度、进食等数据的测量、显示、预警及传输。首先,需要进行各程序的初始化操作,在初始化操作完成后进行数据采集,根据采集到的数据进行显示、预警等操作。4 基于物联网的智慧养殖系统的硬件测试完成设计后,需要进行实验来验证设计能否达到预设要求。本文使用特定的设备和方法来进行实验,以验证本设计能否实现预期功能。此外,本文还使用了多种实验方法来测量和比较硬件在不同条件下的性能,以评估本设计的性能和效果。同时,还将收集有关实验结果的数据,以更好地了解本设计的细节。最后,将根据实验结果,进一步改进和完善设计,以实现更好的性能和效果。具体的实验步骤如下。(1)检查光照、温湿度等传感器是否有损坏,连接是否正确,查看硬件是否完备。(2)将各传感器与S TM 3 2相连,保证S TM 3 2可以读取传感器的数据。(3)传感器接通之后,接通S TM 3 2的电源。S TM 3 2上的传感器指示灯能正常地闪烁,且每个传感器的指示灯都能正常亮起来,说明该设计的硬件测试工作较为顺利。(下转第1 8 5页)移动信息2 0 2 4年1期1 8 5 4 结语综合应用以上策略,可以促进计算机技术和虚拟技术的协同发展,实现技术互补和优势整合,推动新技术的创新和应用,为数字化时代的经济发展和社会进步提供支持。参考文献1王雷鸣.计算机组装与维护中虚拟技术运用探究J.中关村,2 0 2 3(8):1 1 2-1 1 3.2张佩.计算机虚拟技术在农业机械中的应用J.南方农机,2 0 2 3,5 4(1 2):7 1-7 3.3马玥桓.计算机技术与虚拟技术的协同发展J.信息与电脑(理论版),2 0 2 2,3 4(1 6):4-6.(上接第1 7 8页)5 基于物联网的智慧养殖系统的软件测试系统功能连接调试是为了确保系统能正常运行,这需要综合应用硬件和软件调试。在进行调试之前,需要先完成硬件调试,然后结合硬件和软件来验证系统功能。系统功能连接调试的具体过程如下。(1)对整体进行测试。连接W i F i模块,W i F i名称为E S P 8 2 6 6_W i F i,密码为1 2 3 4 5 6 7 8,分别调节温度、湿度、光照强度等的数值,观察相关模块能否正常工作。(2)调试显示模块。检查显示模块的工作情况,如图像的清晰度、亮度、对比度等,确保采用的传感器能准确地采集数据。(3)逐步对单片机的其他模块进行分阶段调试。重点测试按键模块、信号控制模块等核心模块,以确保单片机可以正常工作。例如,使用示波器观察时钟信号线、复位信号线等信号线的脉冲信号,以判断系统是否正常工作。需要确保所有的功能模块都能满足预期要求,并能稳定运行4。总结评估设计方案能否满足预期功能,并根据测试结果进行优化设计。因此,在对单片机系统进行硬件调试的过程中,可以选择多种方式,如通过对照设计图纸和实物,查找问题出现的原因,若存在系统故障,则应及时排除相应的故障,按照“先整体,后局部”的分段调节方式,检验当前的系统设计,确保系统能持续、稳定地工作。其中,在A P P测试中出现了应用程序在某些网络条件下响应缓慢或无法正常加载数据的情况。解决方案如下。(1)进行网络环境模拟测试。使用网络模拟工具模拟不同的网络条件,如弱网络信号、高延迟、网络中断等,以测试应用程序在这些条件下的表现。(2)优化网络请求和数据传输。检查应用程序的网络请求和数据传输方式,确保它们的高效性和可靠性。使用压缩、缓存、合并请求等技术来减少数据传输量,提高传输性能。6 结语本设计旨在改进畜产品养殖的传统控制方式,采用自动化的控制系统实现微调控制,以提高效率,减少人力资源的浪费。通过物联网技术和无线通信技术,构建上位机和下位机系统,实现温湿度、光照数据等的无线传输和监测。这种控制系统的硬件化改造和智能化发展,对我国农业的发展具有重要意义。基于物联网的畜产品养殖系统具有巨大的发展潜力。通过智能化管理、数据驱动决策、节能环保、远程监控和管理、供应链可追溯、生态系统整合等,物联网畜产品养殖系统能实现更高效、可持续和智能化的农业生产模式。参考文献1蔡永闪,贾祥胜,蔡永云,等.基于物联网的畜牧智能化养殖系统集成与技术J.畜牧 兽医 科 学(电子 版),2 0 2 2(1 3):1 6 3-1 6 5.2赵青,许育恒,朱鹏飞,等.一种基于物联网的智能养殖系统设计J.南通职业大学学报,2 0 2 2,3 6(4):6 9-7 4.3徐雪峰,李园园.基于物联网的水产养殖监控系统设计与实现J.现代信息科技,2 0 1 8,2(1 1):1 7 5-1 7 8,1 8 2.4孙 雷 明,连 红 运.基 于 物 联 网 的 智 能 家 畜 养 殖 系 统 设 计J.信息与电脑(理论版),2 0 1 8(1 9):1 4 4-1 4 5,1 4 8.移动信息