基于无线传感网的猪舍有害气体监测系统资料.docx
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基于无线传感网的猪舍有害气体监测系统资料
本科生毕业论文（设计）
题目:
基于无线传感网的猪舍有害气体监测系统
设计
姓名:
稷哥
学院:
工学院
专业:
农业电气化与自动化
班级:
电气121
学号:
指导教师:
职称:
教授
2016年5月6日
南京农业大学教务处制
目录
摘要…………………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………………1
Keywords………………………………………………………………………………………1
0绪论………………………………………………………………………………………1
1研究背景及意义……………………………………………………………………………2
1.1课题研究背景及意义……………………………………………………………………2
1.2国内外研究现状…………………………………………………………………………2
1.3应用前景…………………………………………………………………………………3
2方案设计与实验方法………………………………………………………………………3
2.1总体方案设计……………………………………………………………………………3
2.2实验方法…………………………………………………………………………………4
2.2.1微处理器（MCU）………………………………………………………………………4
2.2.2温湿度传感器…………………………………………………………………………4
2.2.3气体传感器……………………………………………………………………………5
2.2.4无线通信模块…………………………………………………………………………6
3系统软硬件设计……………………………………………………………………………8
3.1系统硬件组成……………………………………………………………………………8
3.2数据采集模块……………………………………………………………………………9
3.2.1温湿度传感器…………………………………………………………………………10
3.2.2有害气体传感器………………………………………………………………………10
3.3无线传输模块……………………………………………………………………………12
4调试步骤及结果……………………………………………………………………………14
4.1调试步骤…………………………………………………………………………………14
4.2调试结果…………………………………………………………………………………14
5总结………………………………………………………………………………………15
致谢………………………………………………………………………………………15
参考文献……………………………………………………………………………………16
附录（程序清单）……………………………………………………………………………17
基于无线传感网的猪舍有害气体监测系统设计
摘要：
在养猪业中，猪舍的环境优劣对于生猪养殖生产的意义十分重大。
猪舍环境中的温湿度和有害气体的浓度对母猪的繁殖能力、崽猪存活率以及猪舍工作人员的身体健康都有很大的影响。
是以，在实际生产中对于猪舍内部的温湿度以及有害气体浓度信息实行监测就显得尤为重要。
本文给出了一种以STM32微处理器以及TI公司CC2530无线射频芯片为核心的基于ZigBee无线通讯技术的猪舍有害气体监测系统。
系统主要由两大模块组成，一个用于采集猪舍内部环境数据，一个用于无线传输数据。
微处理器将传感器收集到的温湿度、氨气和硫化氢浓度的数据信息通过串口传输给终端节点上，然后通过无线网络发送到协调器上，再由串口传输到上位机上显示出来，从而完成猪舍有害气体监测无线网络化。
关键词：
STM32；ZigBee；猪舍；有害气体
Piggeryharmfulgasesmonitoringsystembasedonwirelesssensornetworkdesign
StudentmajoringinAgriculturalElectrificationandAutomation
Abstract：
Inthepigindustry,piggeryenvironmentaladvantagesanddisadvantagesofsignificantareimportforthepigproduction.Healthycubsurvivalandreproductivecapacityofthepigbarnstaffconcentrationintheenvironmentoftemperatureandhumidityandharmfulgasessowpighasagreatimpact.Therefore,intheactualproductionforthepiginsidetemperatureandhumidityaswellastheimplementationofthemonitoringofharmfulgasconcentrationinformationisparticularlyimportant.Inthispaper,akindofSTM32microprocessorsandTI'sCC2530RFchipasthecoreofZigBeewirelesscommunicationtechnologybasedonpigharmfulgasmonitoringsystem.Systemconsistsoftwomodules,oneforcollectingpiginternalenvironmentaldataandoneforwirelesstransmissionofdata.Themicroprocessorcollectsthetemperatureandhumidity,ammoniaandhydrogensulfideconcentrationdatafromthesensorthroughtheserialporttotheterminalnode,andthensenttothecoordinatorthroughthewirelessnetwork,andthentransmittedtothehostcomputerthroughtheserialporttoshowup,thuscompletingthebarnharmfulgasmonitoringwirelessnetwork.
Keywords:
STM32；ZigBee；Piggery；HarmfulGas
0绪论
随着通信技术的高速发展以及无线网络的普及应用,数据收集技术以及传输技术等也随之高速发展。
在这个信息时代，通信技术的重要性也越来越关键，而使用机动性强、便利性、成本低等优点使得无线通信技术得到各行各业的青睐得到了长足的发展。
如今工业和农业调控现场以有线网络占多数，但存在布线过于繁杂、维护成本高等弊端[1]。
基于ZigBee无线传感网的无线温湿度、有害气体浓度数据采集系统，本系统易于移动和操作，并且布线简单，能够无线采集传输数据，成本较低，克服了一些有线采集系统存在的缺点。
1研究背景及意义
1.1课题研究背景及意义
随着养猪业规模化、集约化生产模式的不断推进,对猪舍内部环境卫生的好坏也产生了更高的标准[2]。
养猪业中猪舍的环境优劣对于生猪养殖生产的意义十分重大。
在实际生产中，环境中的温湿度和有害气体的浓度对母猪的繁殖能力、崽猪存活率以及猪舍工作人员的身体健康都有很大的影响。
是以对猪舍中的温湿度以及有害气体浓度进行监测具有重大意义。
环境中的温度对猪的繁殖能力、崽猪存活率等产生影响，有害气体不仅对猪舍工作人员身体健康造成影响，而且影响猪的健康生长、诱发疾病以及提高料肉比等给养猪业带来经济损失[3]。
并且养猪业在生产过程中所产生的有害气体不但对工作人员的身体健康造成伤害的同时，还对地球的大气形成污染。
是以在生产过程中在猪舍内部进行有害气体浓度监测就显得尤为重要。
随着养猪产业规模的大型化以及对有害气体进行监测的需要，如果还是采用传统的有线数据收集传输系统，必将需要铺设很多的通讯线路，耗费大量的人力物力等资源。
并且有线收集传输系统存在机动性差、操作性不强以及不利于统一生产管理等缺点，已经不适合如今越来越现代化的生产方式。
而近年来，具有造价少、相对简单、能耗较少、安全可靠、短距传输的双向无线通讯技术ZigBee技术迅猛发展，被广泛应用在智能家居、工业以及智能交通等范畴。
是以如果将ZigBee技术应用在农产品生产上必将对农业生产现代产生良性的推进效果。
农业生产数据收集传输的无线化对农业生产来说研究意义重大，具有极其可观的前景。
1.2国内外研究现状
农业养殖生产过程产生的有害气体中含有很多温室气体，对全球气候变暖起到极大的影响，目前已经变为地球变暖的主要危害之一[4]。
因此人们对农业生产过程绿色化的关注日益变多，由此针对养猪业生产过程的有害气体监测方法所进行的探索也越来越多。
根据国内外已有的研究和报道可知现在关于有害气体浓度的检测方式主要有嗅觉法、气体探测管、接触式传感器法以及光学方法。
接触式传感器包括半导体传感器、电化学传感器以及由它们构成的电子鼻。
光学方法包括非分光红外光谱（NDIR）、紫外差分吸收光谱（UV-DOAS）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）和可调谐激光光谱（TDLAS）[5]。
但是在现实生产中人们任然大多运用嗅觉法来监测猪舍中的具有难闻特性的有害气体。
此方法优点为测量方便，但此方法缺点较为明显，主要缺点为测量出的有害气体浓度误差较大。
图1-1农业生产中有害气体的主要测量方法
无线技术近年来发展迅猛，使得人们可以随时随地获得和交换信息，并未人们的生产方式和生活带来极大的便利。
如今按照覆盖范围划分的无线通信技术包括无线广域网WWAN、无线城域网WMAN、无线局域网WLAN（WIFI）、无线个域网WPAN（蓝牙、ZigBee和UWB）、无线体域网WBAN。
ZigBee通信技术属于低速无线个域网LR-WPAN范畴，通信距离一般是几米到几十米距离，速率一般是几十kbps。
与传统的无线网络协议提供高可靠的通信质量和高效能的网络吞吐率不同，ZigBee更多的关注低数据传输速率。
一般而言，传统网络如访问网页、在线试听等应用，对响应速度和数据传输速度有着敏感性的要求。
而ZigBee技术多用于控制家庭照明和采集环境信息等，这些应用对数据传输速度要求不高且数据量较少。
ZigBee的诞生和成长与两个组织密不可分，这两个组织分别是IEEE802.15工作组织以及ZigBee联盟。
他们制订了IEEE802.15.4标准和ZigBee规范，也希望人们能够遵守这些ZigBee标准和规范，以推动ZigBee技术的发展[6]。
目前，已有四百家芯片公司、无线设备开发商和制造商加入ZigBee联盟。
2003年，IEEE802.15工作组织发布了适用于低速无线个人局域网（LR-WPAN）的IEEE802.15.4
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