现代化智能鸡舍养殖系统设计

现代化智能鸡舍养殖系统设计

摘要我国传统养殖行业种类丰富，较为普遍的有养鸡业等。很多研究者在做了大量的科学实验和研究后，得出的结论是：鸡舍内部的环境因素会对蛋鸡的生长、健康、繁殖以及饲料的利用率等方面都会造成一定的影响。因此，影响蛋鸡养殖业发展的一个重要因素就是鸡舍内部的环境质量。为了提高蛋鸡的生产效率，减少病死，提高产量，为了改善鸡舍内部的环境质量，本课题设计了一套现代化的、智能化的鸡舍饲养系统。本套系统主要由RFID模块、温湿度传感器、MQ137传感器、蓝牙通信、OLED屏幕、STM32F103C8T6单片机、风扇、电机、LED灯组成，并在Android端采用JAVA和SQL数据库进行设计实现上位机功能。光敏电阻实时监测当前环境光线状况发送到手机端显示，手机端设置光线阈值并设置自动投料时间定时，若当前光线低于设置光线阈值下限自动开启照明设备，则电机在到达设置好的自动投料时间后开始自动投料工作；照明设备模拟采暖灯、LED灯。关键词：STM32单片机；蓝牙模块；传感器；继电器

目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 第4章系统的软件设计4.1软件主流程图光敏电阻实时监测当前环境光线状况发送手机端显示，手机端设置光线阈值并设置自动投喂时间的定时，若当前光线低于设置光线阈值的下限自动开启照明设备，若到达设置好的自动投喂时间时，电动机开始自动投喂工作；采用两盏LED灯的分别模拟采暖灯和照明设备。整体流程图如下图所示。图4.1整体流程图4.2温湿度采集模块的软件设计伺服器将降低总线以等待在总线剩馀状态为高电常量下，DHT11的反应。当单片机控制器初始化完毕之后，DHT11温湿度感应器就开始对周围的温湿度开始监测，并产生了一个可以显示温湿度的数据，只要这些数值都在规定范围内,风扇就是不会转动的，而只要温度达到了规定的最大温度，风扇就会转动起来，这样就可以实现散热降温的目的了，而当环境温度达到了规定的最大环境温度，风扇也会转动起来，这样，散热降温的作用才可以有效的实现了，DHT11时序图也如图所显示。图4.2DHT11流程图4.3步进电机的软件设计步进电机接收到间隔工作的信号或上位机的启动信号，进行启动自转一周，如无信号则继续采集数据。步进电机的实现其功能的流程图如下。图4.3步进电机流程图4.4数据库模块的设计系统采用SQL数据库管理系统，并对数据库名称进行建立。有1个信息表，数据库的表项建立如下：表4.1数据库部分信息表序号字段名称字段说明类型允许为空备注1ididint(11)否主键2tem1温度varchar(40)否3shi湿度varchar(40)否4Aq氨气浓度varchar(40)否5Gz光照照度varchar(40)否6zl重量varchar(40)否7Kh卡号varchar(40)否8Ts天数varchar(40)否9Wj喂鸡时间varchar(40)否10time时间varchar(40)否4.5氨气软件的设计上位机设置好氨气浓度阈值，氨气传感器检测到鸡舍环境浓度，在上位机显示，下位机同步显示，若浓度在正常范围，继电器及风扇没有动作，若浓度过高，继电器亮灯并有动作，此时风扇也会转动。图4.4氨气设计流程图4.6光线软件的设计光电二极管，又名光敏二极管。光敏二极管在结构上和零点五导体高压二极管有异曲同工之处。其管芯虽然是单向导线的永续票据结，但同时具备了感光特点，从而在运行中需加反向电流(reversionvoltage)。光敏二极管在无光源照明下保持截止位置，产生饱和反向漏电的只有极少的一个。当光线照射到饱和的反向漏电流时，随着入射光线的强弱而变化，其强度会明显提高。这种现象叫做形成光电流。当太阳光照射到PN结时，就会使少数载流子的含量增加，在PN结内产生了一个电子空洞。这些少数载流子会漂移在逆电流下，使逆电流变大。所以电路中的电流变化可利用光的大小来改变。上位机设置光线阈值，若超出阈值，管脚上LED灯会亮，照明的LED灯不会亮，若光线太暗，管脚LED灯不会亮，照明灯会亮。图4.5光敏设计流程图4.7蓝牙软件的设计HC负五蓝牙串口通讯功能的基本操作模式包括指令应答和手动连线二个。按照预先设定好的模式，在手动的工作模式下，系统将完成数据连接。Blue-tooth模块上有灯光，是自动连接工作方式，当灯光快闪时；灯慢一闪，即为命令对工作方式的响应。手机通过蓝牙，将消息发送给STM32单片机，在手机发送特定信息后，STM32单片机做出相应动作。设置氨气浓度阈值、温湿度阈值、发动电机（喂食）等等。图4.6蓝牙设计流程图4.8OLED软件的设计STM32的OLED流程图可以分为以下几个步骤：第一步是初始化，首先需要对OLED屏进行初始化，初始化包括读取芯片ID、设定显示模式、选择扫描方式等。在STM32中可以使用GPIO控制SPI或I2C总线来配置OLED屏。第二步是显示内容，在OLED屏中显示内容需要通过向OLED屏发送需要显示的数据来实现。数据的格式可以是纯文本、图像或混合模式，所以可以显示温度、湿度、氨气浓度等信息。在STM32中可以使用SPI或12C总线来发送需要显示的数据。第三步是刷新屏幕，由于OLED屏的显示是实时的，因此需要定期刷新屏幕才能保证屏幕显示内容的更新。在STM32中可以通过调用定时器或延时函数来刷新屏幕。第四步是控制屏幕亮度，OLED屏的亮度可以通过控制PWM信号来实现。在STM32中可以使用GPIO输出PWM信号来控制OLED屏的亮度。最后一步是其他控制，除了显示内容以外，还需要进行其他控制，例如清空屏幕、调整对比度等。在STM32中可以使用GPIO控制IIC和SPI总线来发送控制命令来实现。总的来说，STM32的OLED流程图涵盖了初始化、显示内容、刷新屏幕等方面，通过串行接口(SPI、IIC)进行控制和输入数据，利用GPIO控制命令，实现了OLED屏的服务。图4.7OLED设计流程图4.9射频模块软件的设计利用读卡器将读卡器ID号码显示在手机液晶显示屏上。使用IC卡刷卡时会自动将数据保存至资料库中。此外，由于读卡器和开发板之间是相连的，如果受到金属材料等各种因素的影响，工作于较低频段的传感器也会受影响。通常的工作频率介于一百二十kHz至一百三十四kHz之间，但在不影响读取距离的情形下，低频讯号能够透过任何材料。先建立好相应的IO入口，接着用初始化定时器RFID判别有无所读卡读到后，提取对应卡号然后再和实际卡号比较是否相符，如果比较成功就可以作出对应的标志处理之后，就可在手机液晶屏上显现了，但如果不是所读卡就无法提取实际卡号。图4.8刷卡模块设计流程图4.10继电器模块软件的设计首先继电器接入单片机，测试负载接入继电器，想要使风扇自动开启或者关闭，就要使用继电器作为一个自动开关装置。在未通电状态下的继电器线圈静触点，我们会使用温度处理函数和氨气处理函数进行区分。在这种状态下，我们把断开状态下的断点叫做“常闭触头”，连接状态下的断点叫做“常闭触头”。两个电器共同使用的触点称为“公共触点”(Publictouch)，而那些静态触点在未通电的情况下，在线圈内处于开启状态，则称为“Public”(不变触点)。当线圈没有接通电源时，线圈不会产生磁场，弹簧的拉力会使公共触点接触到常闭接的触点，这时被控制的电源没有连接到电器上，电器负载就不能工作了。若温度过高或氨气浓度超过设定阈值，在无法与电器连接的情况下，启动风扇并同时关闭受控电源。当出现这种情况后，再重新启动被控制的动力。非受控电源关机，有电不开。图4.9设计流程图、图示继电器模块

第5章系统测试5.1系统实物图光敏电阻实时监测当前环境光线状况发送手机端显示，手机端设置光线阈值并设置自动投喂时间的定时，若当前光线低于设置光线阈值的下限自动开启照明设备，若到达设置好的自动投喂时间时，电动机开始自动投喂工作；采用两盏LED灯的分别模拟采暖灯和照明设备。系统完整实物图如图所示。图5.1系统完整实物图有数据与无数据卡号不同的是，卡片可以在使用时读写任意方向的设备表面。可以通过卡号分辨不同的数据卡，没有存储数据的卡重量和天数是空白的，刷卡后可以点击查询查询存储过的数据，以此观察鸡的生长情况。如下图所示。图5.2手机端无数据卡显示图图5.3手机端有数据卡显示图5.2示例功能测试（1）氨气模块测试。MQ137氨气模块是利用气敏材料对含氨空气中的电导率变化进行检测，测定空气中氨的浓度，从而对氨的浓度进行精确测量。当氨气存在于环境中时，传感器可以做出反应。传感器的电导率也会在空气中氨含量增加的情形下而减少。电导率的变化可以通过电流变换电路转化为输出信号的相应气体浓度。氨气超过阈值变绿灯，氨气浓度没有超过阈值不亮绿灯，可以根据OLED显示屏显示的氨气浓度和传感器动作判断，如下图所示。图5.4氨气浓度高测试图图5.5氨气浓度低测试图（2）关于继电器试验。继电器会模拟风扇的功能，在温度过高的情况下自动开启，不然继电器就会寸步难行。电磁式继电器,一般由铁心片、电流互感器、衔铁、接点阀簧等构成的电磁式继电器。电磁式继电器通常包括电芯，输入线圈,衔铁，触点阀簧等基本部件。故主要有以下几种类型的电磁式继电器：第一类包括芯，线圈，吸铁片，触点弹片。导线内的输送电流只要在输送导线的二头加上相应的电流就能形成，而电磁效应也正是在输送导线内形成的。衔磁铁也可借助回位弹簧的牵引力，在电磁力的影响下，使铁心吸入。这样，动触点和静态触点就被完全分开了(常打开的触点)。而衔铁则会在空气弹簧的反作用力下回到原地，并将常静态的触头在动触点和常封闭的触头间释放出来。将整个回路中的任何一个环节都采用了这样的方法进行吸合和释放，导通和断开。观察红灯亮起或熄灭的情况，就能分辨出如下图所示的情况。图5.6继电器动作测试图图5.7继电器无动作测试图（3）步进电机测试。因为是用定时器来实现对步进马达的旋转，大概意思是说步进马达每一拍的旋转都是用定时器中断来实现的，肯定设置的中断时间要比转一拍用的最少时间大，但是中断时间也不能太慢，所以，步进马达每一拍的旋转都是用定时器中断来实现的，一定要保证设置的中断时间比转一拍长。通过调整步进电机的起动频率来获得节拍刷新时间，在每过一次设定的停顿时候,就会进入中断执行函数里边，首先确定是不是真的有暂停了，如果有，则往下进行，当上位机点击喂鸡则是自动喂食，然后电机正反转模拟喂食的动作，也可以设定喂食时间去调节电机动作，电机如图所示。图5.8电机模拟喂鸡图(4)OLED屏测试。中文的点阵编码需要显示的中文才能进行取模，这样就可以共存到对应的文件中，便于程序调用并显示向OLED的上行方向。OLED显示屏分别显示鸡舍当前温度，湿度，氨气浓度，照度，和其相关阈值范围，OLED显示如下图所示。图5.9OLED显示图（5）刷卡模块测试。因为有很高的数据传输速率，所以能很快的显示相应卡中的数据，在此刷卡上位机显示卡号和相关数据，清晰显示相关数据，在此模块刷卡进行数据的存储与查询，如下图所示。图5.10刷卡模块图(6)检测暖气灯。LED照明灯与传统照明灯最大的不同，LED照明灯是完全的电子产品，温度在设定的范围内，如下图所示，是关闭采暖灯、温度过低、或温度低于设定的阈值而开启的。图5.11采暖灯关闭图图5.12采暖灯打开图（7）光敏电阻测试。先对引脚进行初始化，然后设定光敏电阻灵敏度，然后，可以读出光敏电阻的光敏值，经过编译烧录后验证可以进行实时读出光敏值，光照测试中暗的时候开绿灯显示光源太暗了要执灯，亮的时候开绿灯关闭，显示不需要执灯，如图所示。图5.13无光测试图图5.14有光测试图

第6章总结我们需要采取措施，解决技术滞后等问题。企业生产管理水平不高、监管乏力、污染严重、养殖管理资料分散、动物产品质量管理、疫病防控、以人力为主的养殖方式、传统单一的养殖方式、生产效率不高、污染治理技术滞后等诸多问题，都需要我们正视。对此，需要针对这些问题采取相应的应对措施。包括理论方面的问题，疾病防治方面的问题，还有食品安全方面的问题。不同规模的散养户、养殖场很多，老百姓都想解决这一难题。在畜牧业迅猛发展的今天，物联网技术也被具体应用于养殖业的生产、经营、管理、监管等各个环节，目前已得到广泛应用。禽畜的生长质量直接受到环境的影响，发展成规模养殖后管理难度加大。一是环境监测，鸡舍养殖环控系统通过传氨气、温湿度、光照度等传感器，24小时在线采集鸡场数据，建立完善的鸡场数据监控。鸡舍养殖环控系统的发展也十分迅猛，其中由于管理较为繁琐，鸡舍的应用人群更多一些。但是，鸡舍养殖环控系统，是利用传感器等感知设备，对养鸡场的各项参数进行采集，无线传输上位机，并同步到数据库，发出包括养鸡场养殖、环境、饲养、疫病、质量追溯等各个环节在内的开关单，通过逻辑分析、处理，对相应设备进行开关单，是养殖业革命性的变革技术，正在对传统养殖业的经营模式进行升级替代。

参考文献米娜瓦尔·吾买尔.中小型养鸡场智能控制系统的开发设计分析[J].畜禽业,2022.陈创业,陈蕊,胡天让,张旭红,李先山,孔祥,陈立涛.基于物联网的掌上智能智控鸡舍设计简析[J].国外畜牧学(猪与禽),.范庆宇,孙泽军.基于ZigBee的物联网养殖场环境智能监测系统的设计与实现[J].物联网技术,2021.袭著震,陈为.基于PLC的鸡舍智能喂料控制系统设计[J].电子测量技术,2021.沈华刚,李娅,赵旭,蒋世权,靳德锦.智能鸡舍环境控制系统设计[J].科学技术创新,2021.张辉鑫,王剑,芦天罡,唐朝,张华.基于农事体验的智能鸡舍设计及应用前景[J].农业展望,2020.张翠.基于模糊PID的鸡舍智能温度控制系统设计[J].现代农业研究,2020.纪云烽,刘丽华,孙菲阳,司钧文,房明琪,胡毓.基于物联网的掌上智能智控鸡舍设计[J].辽宁科技学院学报,2020.赵永猛,王伟,刘皓,邵明浩,闵辉辉.智能鸡舍饲养系统[J].河北农机,2020.吴宁,谢丽亚.基于物联网的智能鸡舍监控系统的设计方法[J].福建电脑,2018.谢苗苗,李华龙.基于多源数据融合的鸡舍环境智能监控技术研究[J].山东农业工程学院学报,2018.吴凡,鲍健,陈恺,赵敏.基于PLC和MCGS的鸡舍环境控制系统设计[J].科学技术创新,2019.戴征武,基于物联网的鸡舍养殖环境监测与智能控制系统研究与示范[J].浙江省,宁波微能物联科技有限公司,2020.张世凯.基于CFD的精细化养殖鸡舍夏季内环境模拟研究[D].南京农业大学,2020.汲如芬.封闭式鸡舍养殖青年鸡存在的关键问题及对策[J].畜牧业环境,2020.王伟全,付亚萍,田成禄.鸡舍自动化养殖环境控制技术及优化分析[J].黑龙江动物繁殖,2019.肖德琴,毛远洋,刘又夫,招胜秋,闫志广,王文策,谢青梅.我国家禽工厂化养殖技术发展现状与趋势[J].华南农业大学学报,2023.潘广鑫.生猪养殖智能服务平台开发与示范应用[D].贵州大学,2022.林单丹.数字化应用带动智能养殖发展[N].农民日报,2022.ShayetherK.;PavithrakiniS.;M.A.;L.U.;FeranandoGayana.Ag(ro)2bot:AutomatedIntelligentFarmCareforGreenhouse[J].InternationalJournalofComputerApplications,2016.GonzalezdeSantosPablo,FernándezRoemi,SepúlvedaDelia,NavasEduardo,EmmiLuis,ArmadaManuel.FieldRobotsforIntelligentFarms—InheringFeaturesfromIndustry[J].Agronomy,2020.ShikaiZhang,AnlanDing,XiuguoZou,BoFeng,XinfaQiu,SiyuWang,ShixiuZhang,YanQian,HeyangYao,YuningWei.SimulationAnalysisofaVentilationSysteminaSmartBroilerChamberBasedonComputationalFluidDynamics[J].Atmosphere,2019.LeeSungju,AhnHanse,SeoJihyun,ChungYongwha,ParkDaihee,PanSungbum.PracticalMonitoringofUndergrownPigsforIoT-BasedLarge-ScaleSmartFarm[J].IEEEAccess,2019.

附录电路图源代码u8temperature; u8humidity;u8shidu[15];u8tem[15];u8temperaturedyu=29; u8temperaturehyu=32; u8humidityyu=60;u8shiduyu[15];u8temgyu[15];u8temdyu[15];u16yan;u8yans[15];unsignedintyanyu=200;u8yanyus[15];unsignedintguangyu=150;u16guang;u8guangs[15];u8guangyus[15];intfragment=0;u8send[50];intbeepnum=0;intbiaozhi=0;intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intbiaozhi4=0;intbiaozhi5=0;voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}//voidESP8266_Init()//{// USART3_Puts("AT\r\n");// delay_ms(1000); // USART3_Puts("AT\r\n");// delay_ms(1000);//// USART3_Puts("AT+CWMODE=2\r\n");//sta//// delay_ms(1000);//// delay_ms(1000);//// USART3_Puts("AT+RST\r\n");//wifi????//AT+UART=9600,8,1,0,0// delay_ms(1000);//USART3_Puts("AT+CIPMUX=1\r\n");//?????// delay_ms(1000); delay_ms(1000); //USART3_Puts("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");// delay_ms(1000); delay_ms(1000); //}intmain(void){ u8temp[9]; inti,j; int32_tn_brightness; floatf_temp; delay_init(); delay_ms(1000); delay_ms(1000); NVIC_Configuration(); OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);OLED_DisplayTurn(0); OLED_Refresh(); OLED_Clear(); KEY_Init(); LED_Init(); beep_Init(); beep=0; Adc_Init(); usart2_init(9600);usart3_init(9600); JDQ1=1;JDQ2=0;OLED_ShowChinese(0,0,0,16); OLED_ShowChinese(18,0,1,16); OLED_ShowString(36,0,":",16); OLED_ShowChinese(0,16,2,16); OLED_ShowChinese(18,16,3,16); OLED_ShowString(36,16,":",16); OLED_ShowChinese(0,32,4,16); OLED_ShowChinese(18,32,5,16); OLED_ShowString(36,32,":",16); OLED_ShowChinese(0,48,6,16); OLED_ShowChinese(18,48,7,16); OLED_ShowString(36,48,":",16); OLED_Refresh();LED2=0;LED3=0; while(DHT11_Init()) { delay_ms(200);} temdyu[0]=temperaturedyu/10+'0'; temdyu[1]=temperaturedyu%10+'0'; OLED_ShowString(80,0,temdyu,16); temgyu[0]=temperaturehyu/10+'0'; temgyu[1]=temperaturehyu%10+'0'; OLED_ShowString(100,0,temgyu,16); shiduyu[0]=humidityyu/10+'0'; shiduyu[1]=humidityyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,16,shiduyu,16); guangyus[0]=guangyu/100+'0'; guangyus[1]=guangyu%100/10+'0'; guangyus[2]=guangyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,32,guangyus,16); yanyus[0]=yanyu/100+'0'; yanyus[1]=yanyu%100/10+'0'; yanyus[2]=yanyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,48,yanyus,16); OLED_Refresh();monitor_init(); RC522_Init(); while(1) { RC522_Handel(); if(USART3_RX_STA==1){ USART3_RX_STA=0; if(USART3_TX_BUF[1]=='1'){ temperaturedyu=(USART3_TX_BUF[2]-'0')*10+USART3_TX_BUF[3]-'0'; temperaturehyu=(USART3_TX_BUF[4]-'0')*10+USART3_TX_BUF[5]-'0'; humidityyu=(USART3_TX_BUF[6]-'0')*10+USART3_TX_BUF[7]-'0'; guangyu=(USART3_TX_BUF[8]-'0')*100+(USART3_TX_BUF[9]-'0')*10+USART3_TX_BUF[10]-'0';yanyu=(USART3_TX_BUF[11]-'0')*100+(USART3_TX_BUF[12]-'0')*10+USART3_TX_BUF[13]-'0'; temdyu[0]=temperaturedyu/10+'0'; temdyu[1]=temperaturedyu%10+'0'; OLED_ShowString(80,0,temdyu,16); temgyu[0]=temperaturehyu/10+'0'; temgyu[1]=temperaturehyu%10+'0'; OLED_ShowString(100,0,temgyu,16); shiduyu[0]=humidityyu/10+'0'; shiduyu[1]=humidityyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,16,shiduyu,16); guangyus[0]=guangyu/100+'0'; guangyus[1]=guangyu%100/10+'0'; guangyus[2]=guangyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,32,guangyus,16); yanyus[0]=yanyu/100+'0'; yanyus[1]=yanyu%100/10+'0'; yanyus[2]=yanyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,48,yanyus,16); OLED_Refresh(); }elseif(USART3_TX_BUF[1]=='2'){ monitor_zz(); monitor_fz(); } } yan=Get_Adc_Average(ADC_Channel_4,10)/10;guang=409-Get_Adc_Average(ADC_Channel_1，10)/10; DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); tem[0]=temperature/10+'0'; tem[1]=temperature%10+'0';tem[2]=0; shidu[0]=humidity/10+'0'; shidu[1]=humidity%10+'0';shidu[2]=0; OLED_ShowString(54,0,tem,16); OLED_ShowString(54,16,shidu,16); guangs[0]=guang/1000+'0'; guangs[1]=guang%1000/100+'0'; guangs[2]=guang%100/10+'0'; guangs[3]=guang%10+'0'; guangs[4]=0; yans[0]=yan/1000+'0'; yans[1]=yan%1000/100+'0'; yans[2]=yan%100/10+'0'; yans[3]=yan%10+'0'; yans[4