安徽大学大学生创新创业训练计划项目申报书1.doc

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国家级大学生创新创业训练计划项目

申报书

院系：

电子信息工程学院

项目名称：

基于物联网技术的养殖场环境监测控制系统设计

项目类型：

创新训练项目

□创业训练项目

□创业实践项目

负责人：

王晨禹

指导教师：

陈军宁

安徽大学教务处

二〇年月日

填写须知

一、项目分类说明：

1、创新训练项目是本科生个人或团队在导师指导下，自主完成创新性实验项目设计、方法选择、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告撰写、学术论文发表和专利申请等工作。

2、创业训练项目是本科生团队在导师指导下，开展创业培训，团队学生在项目实施过程中扮演不同的角色，依据任务需求，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、进行一定程度的验证试验，撰写创业报告等工作。

3、创业实践项目是学生团队在学校导师和企业导师共同指导下，以前期创新训练项目（或创新性实验）的成果为基础，提出具有市场前景的创新性产品或者服务，以此为出发点开展创业实践活动。

二、申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。

空缺项要填“无”。

三、申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负责人在内不得超过3人。

四、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式没有被改变；填写完后用A4纸张打印，不得随意涂改。

七、申报过程有不明事宜，请与学校教务处实践教学中心联系和咨询，电话0551-3861232。

项目名称

基于物联网技术的养殖场环境监测控制系统设计

项目起止时间

2013年8月至2014年8月

负责人

姓名

学号

所在院系年级专业

手机

E-mail

王晨禹

P01014121

10电子信息工程

13856992760

1604345103@

项目组成员

朱兵

P01014187

10通信工程

18226621089

1334963556@

朱非

E01114206

11计算机科学与技术

15395083001

874293329@

指导教师

姓名

陈军宁

职务/职称

教授

所在单位

安徽大学电子信息工程学院

手机

13705512127

E-mail

jnchen@

一、项目简介（300字左右）

本项目主要基于物联网技术，对现代规模化养殖场的环境进行检测与自动控制，以改变传统落后的饲养环境，实现畜牧与家禽的快速生长，提高养殖的生产技术和经济效益，进一步满足养殖场现代生产管理的需要。

方法是采用各种传感器与物联网技术对猪场温度、湿度、氨氮等参数进行实时监测，同时与猪舍内部的雨淋器、加热器、风机等设备相连，通过设定的阈值来进行自动加温和通风，从而改善舍内环境。

最终通过串行端口通信将采集数据传送到PC机中，作进一步的处理分析，以便及时准确地掌握养殖场各项环境指标，达到最大幅度的增产目的。

二、申请理由（包括自身/团队具备的知识条件、特长、兴趣等）

在现今物联网技术不断发展的情况下，而我们周围大量养殖企业还未能跟上时代的发展步伐。

其主要原因还是受限于技术上的不足以及管理者未能重视环境因素在猪群饲养中的关键作用，以至于在生产技术上还有很大的上升空间、广阔的发展潜力以及丰厚的经济效益。

而作为新时期的大学生，我们在努力学习专业文化课之余，也怀着勇于探索，积极实践的心态来投入到物联网信息化技术的实践推广应用中。

并且我小组成员都在专业文化课的学习中取得了优秀的成绩，有着扎实的专业素质。

同时，在专业实践中也积极参加各种相关的比赛，甚至在一些大型比赛中也取得了不错的成果和奖励。

王晨禹：

小组负责人，现任班级团支书。

具有出色的组织协调能力，多次获得国家二等奖学金。

并积极参加电子实验培训，专业素质优秀。

朱兵：

参加过校实验室电子实训，暑期的电赛培训，并在固玮杯比赛和省电子设计大赛分别获第一、第三名，现参与飞思卡尔比赛。

熟练掌握Multisim,Protues,AltiumDesigner,Keil等软件的使用，且具有一定的软硬件开发能力和也有丰富的项目经验。

朱非：

在校期间，认真学习计算机科学知识，能够熟练掌握c，汇编，c++等程序语言，具有良好的专业素质，并对物联网技术有着浓厚的兴趣，动手实践能力较强。

并积极参加班级活动，形成了良好的交际和团队合作能力。

三、项目方案

1.系统整体概述

整体方案共五个模块：

基于ARM的主控模块，人机对话模块（主要由独立按键、LED显示电路和声光报警电路组成），控制系统，存储器，信息接收与发送模块（包括串口通信和PC机显示）。

图1系统工作模式图

2.基于ARM的主控模块

嵌入式芯片自己是不能独立工作的，需要必要的外围电路给他提供基本的工作条件。

一个嵌入式芯片必须有供电系统为其供电，必须有时钟系统提供时钟信号，必须有复位系统。

嵌入式芯片还需要有存储系统。

如果芯片内部存储容量不足以满足需求，则需要外扩存储芯片。

这些微处理器运行的必要条件的电路或芯片与ARM一起构成最小系统。

嵌入式微处理器

时钟系统

供电系统

复位系统

存储器系统

图2ARM的最小系统图

2.1电源模块

开关电源：

效率较高，可以减少发热量，因而在功率较大时可以减小电源模块的体积；

模拟电源：

电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关电源小得多。

2.2时钟电路设计

目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器具有晶体振荡器。

简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器，但有些场合（如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。

2.3复位电路的设计

微控制器在上电时状态并不确定，这造成微控制器不能正确工作。

为解决这个问题，所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。

这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作。

一些微控制器自己在上电时会产生复位信号，但大多数微控制器需要外部输入这个信号。

这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的正常工作有重大影响。

图3最小系统

3.人机对话模块

3.1独立按键

键盘接口电路采用4个独立式按键来实现各种操作功能，一键多义。

主要通过按键来分别设定温度、空气湿度、氨气浓度的适宜大小，即参数设定的标准值，然后通过总线传给各个控制系统。

电路中通过上拉电阻与电源相接，可靠性高，结构简单，如图4所示，利用软件方式来解决消抖与连击问题。

图4独立按键

3.2LED显示接口电路

系统采用液晶显示来完成时钟、参数设定与运行数据的显示，以静态方式显示。

这里选用LCD1620，1602是字符型液晶，微功耗、体积小，且超薄轻巧，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。

图51602液晶显示

3.3声光报警电路

在这里声光报警器是一种警告装置，在温度、湿度、氨气浓度其中一项严重超标或超标时间较长，自动控制系统无法调节时，由单片机控制指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫来提醒农户。

其中指示灯闪光频率为1-2Hz，蜂鸣器发出声响的频率约为1000Hz，指示灯采用发光二极管

4.控制系统

整个控制系统由数据采集电路模块、系统控制模块、I/O扩展模块、人机对话模块和执行控制机构模块五部分组成。

系统控制模块采用Atmel公司的单片机芯片AT89C52为核心,数据采集电路模块由空气湿度传感器、氨气浓度传感器、红外线传感器、温度传感器和模/数转换（ADC）电路;I/O扩展模块采用8155A利用AT89C52串口扩展；人机对话模块主要由LED显示电路和声光报警电路组成（这部分在前面以有描述，就不在赘述，主要显示各猪舍内三样指标）;执行控制机构由光电耦合器、晶闸管和执行器件组成。

硬件电路系统控制框图如图6所示。

AT89C52

芯片

报警电路

LED显示

复位

晶振

8155A

光耦

晶闸管

风扇

光耦

晶闸管

水雾器

光耦

晶闸管

门控

光耦

晶闸管

加热器

温度传感器

空气湿度传感器

A/D转换芯片

氨气浓度传感器

74HC573

双D触发器

红外传感器

图6控制系统

4.1参数采集与A/D转换电路

参数采集分别以温度传感器、空气湿度传感器HS1101、氨气检测传感器MQ137为数据采集传感器,通过模/数转换器把采集到的模拟信号转换成数字信号,控制系统对采集到的信号进行处理并发出相关控制指令,为猪生长提供良好的外部环境。

参数采集与A/D转换电路主要由单片机AT89C52、74HC573锁存器、ADC0809等组成。

接线如下图7所示，单片机AT89C52的P0口分别与74HC573、ADC0809的D0～D7相连，74HC573的Q0～Q2与ADC0809的输入地址线A、B、C相连，接地，CLK与AT89C52的ALE相连，ADC0809片内无时钟，利用89C52的地址锁存允许信号ALE经D触发器分频后得到。

图7参数采集与A/D转换电路

4.2信号采集模块

4.2.1温度信号

对于猪的生长水平受到诸多环境因素的影响，其中温度是最重要的因素之一。

环境温度直接影响着猪体的热调节，通过热调节影响猪的健康状况和生产性能。

温度过高，散热困难，引起体温升高和采食量下降，温度过低，畜体散热过快，为维持热平衡，需要有大量的饲料用于产热消耗，也将导致生产力下降。

因此环境的温度，往往影响着猪的各种性能，实时监测环境温度，具有很大的实际意义。

用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。

许多热敏电阻具有负温度系数（NTC），也就是说温度下降时它的电阻值会升高。

在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度（即温度每变化一度时电阻的变化）最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。

图8是热敏电阻的温度曲线，电阻/温度曲线是非线性的（见下一页）。

图8热敏电阻的温度曲线

如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：

T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。

4.3.2空气湿度参数的采集

人类和动物的生存和社会活动与湿度密切相关。

随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域。

湿度对猪的影响主要是通过影响机体的体热调节来影响猪的生产力和健康，因此在猪的生产当中，湿度往往对其有决定性的影响，采集湿度这一参数，还是非常必要的。

湿敏元件是最简单的湿度传感器。

湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。

我们采用HS1101湿度传感器。

湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。

可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。

它有以下几个显著的特点：

（1）全互换性，在标准环境下不需校正；

（2）长时间饱和下快速脱湿

（3）可以自动化焊接，包括波峰或水浸

（4）高可靠性与长时间稳定性

（5）专利的固态聚合物结构

（6）可用于线性电压或频率输出回路

（7）快速反应时间

相对湿度在0%～100%RH范围内；电容量由162pF变到200pF,其误差不大于2%RH；

响应时间小于5s；温度系统为0.04pF/℃。

可见其精度是较高的。

其湿度－电容响应曲线如图9：

图9HS1101湿度－电容响应曲线

HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件