智能畜牧业养殖监控预警系统

引 言

随着生活水平的提高，人们对肉类的需求量和肉类食品质量有了较高要求。然而，食品质量问题却没有得到有效保障， 食品安全事件屡屡发生，使得人们产生了恐惧消费心理。目前， 我国大多数养殖户采用传统手持设备监测养殖环境，不仅不能保证采集数据的质量，也增加了管理费用。一些用户利用有线传输方式传输环境数据，不仅成本较高，还存在布线繁琐的弊端。因此，研究出一套操作方便、低功耗、低成本的智能畜牧业养殖监控预警系统，实现对牲畜养殖环境的实时监控，保证牲畜健康生长，提高养殖户的经济收入是我国畜牧业的当务之急。本文设计了一套智能畜牧业养殖监控预警系统， 适用于对大部分牲畜养殖环境影响因素（CO 浓度，O2 浓度， NH3 浓度，温湿度等）的实时监测，并可将数据存储在微处理器中，方便进一步分析处理。

1 系统总体设计

本系统采用全面的环境监测传感器（CO 浓度传感器，O2 浓度传感器，NH3浓度传感器，温湿度传感器），将装置放置在室内，可 24 小时监测牲畜的生长环境。通过传感器实现数据采集功能，且安装有风扇、加湿器、补光、加热等装置，创造了一个适宜牲畜生长的良好环境。当装置检测到环境参数即将超过安全范围时，可通过 GSM 无线通信模块拨打电话给管理员，并发送短信，提醒管理员注意观察环境参数；当装置监测到环境参数不在安全范围内时，报警器立即发出警报， GSM 发送短信并打电话给管理员，提醒监管者及时采取相应措施。系统运行步骤如图 1 所示。

2 系统硬件设计

智能畜牧业养殖监控预警系统硬件控制由主控芯片STM32，GSM 无线通信模块以及传感器单元构成，系统整体框图如图 2 所示。传感器通过相应的通信协议与STM32 连接， 将采集到的实时数据在显示屏上显示。利用矩阵按键设置提前预警的电话号码，微处理器根据采集到的数据做出判断， 将判断结果利用串口通信发送给 GSM 无线通信模块，无线通信模块通过电话和短信形式提醒管理员采取相应措施，从而达到监控预警的目的。

2.1 通信模块简介

本系统的核心部分是 GPRS 模块（GSM 模块）。GPRS 是 集通话、数据传输、短信功能于一体的电路板。STM32 单片 机通过 RS 232 串口与 GPRS 通信，使 GPRS 实现无线通信功 能。同时，GPRS 模块还具有数据传输功能，当传感器检测到 当前环境参数时，系统立即判断当前参数是否在安全范围内， 预测将要发生危险的时间，并将目前参数通过短信发送给管 理员。

2.2 短信号码设置

短信号码设置采用矩阵按键，启动系统后，通过按键设 置需要预警的电话号码“；修改”按键用于更改预警的电话号码； “确认”按键用于确认当前号码是否是要预警的号码。号码设 置如图 3 所示。

3 软件设计

本系统以 STM32 为核心处理器，通过 STM32 微处理器 控制传感器完成数据采集，通过串口实时显示数据。系统模 块关系如图 4 所示。

管理员根据牲畜生存的环境设置环境参数，分为安全范 围、接近危险范围和危险范围三个等级。微处理器根据实时 环境参数进行判断，程序执行流程如图 5 所示。判断结果以 短信方式通知管理员，提醒其及时采取相应措施。

系统中所采用的主要技术指标如下：

O2传感器检测浓度准确率为 95% 及以上；

CO 传感器检测浓度准确率为 95% 及以上；

NH3传感器检测浓度准确率为 80% 及以上。

测试截图如图 6、图 7所示。

图6 发短信截图                  图7 打电话截图

4 结 语

本文针对牲畜生长的环境特点，结合传感技术，利用 CO 浓度，O2 浓度，NH3 浓度及环境的温湿度等传感器实时采集 养殖环境参数，设计了智能畜牧业养殖监控预警系统。该系 统具有低功耗、操作方便、实时性好、低成本等特点，满足了 大多数牲畜生长环境监测的需求，为进一步研究牲畜生长环 境提供了可靠的数据。同时，该系统可用于森林环境监测和 火灾报警，也可用于对稀有动物生活习性、环境的观测研究， 应用前景广阔。