基于ZigBee和GPRS鸡舍有害气体监控系统的设计.pdf

基于ZigBee和GPRS鸡舍有害气体监控系统的设计摘要：针对鸡舍养殖对环境的要求，设计开发了一套鸡舍有害气体监控系统。融合ZigBee和GPRS技术，利用短距离无线传感网络监测鸡舍的环境参数，然后通过远距离GPRS无线传输网络将数据传送至上位机端。通过上位机程序设计，对节点继电器发出执行命令，实现预期调控。给鸡舍带来了良好的繁殖环境，同时避免了布线困难，操作更加快捷、准确，达到了鸡舍现代化建设、管理的目的。关键词：ZigBee；GPRS；鸡舍；无线监控系统中图分类号：S831.4文献标识码：ADOI：10.11974/nyyjs.20160431026引言家禽疾病复杂多变，其中传染病种类也是最多的，不仅给养殖户带来巨大的经济损失，更严重危害了人类的健康安全。鸡舍内有害气体含量是影响家禽疾病爆发的主要因素。对有害气体浓度值进行监控，可实时显示、调控鸡舍内环境状况，进而降低家禽疾病爆发率具有重要意义[1]。本文充分依托学校肉鸡养殖基地这样一个优越的实验环境，选取3项有害气体指标构建了鸡舍环境监控微体系。应用LabWindows/CVI开发了环境监控虚拟仪器系统。本设计已投入实际使用，并且也取得了良好效果。1系统总体设计该系统采用PDCA循环理论，也就是所说的戴明环体系思想进行总体设计，它的原理图如图1所示。在P阶段：分析鸡舍现状，找出实验过程中会遇到的问题，确认问题，收集和组织资料，设定目标和实验方法。分析问题的各种原因或影响因素，找出主要因素。制定措施，提出实验计划。寻找可能的解决办法，测试并选择。在D阶段：实施实验计划，实施实验设计图如图2所示。通过传感器的采集，将参数传输给可以灵活组网的ZigBee传感网络，完成了短距离数据传输。此时的数据会通过RS-485串口以有线的方式发送到GPRS-DTU端，GPRS和服务器进行TC/IP配置，完成数据的远距离传输。上位机PC端可以实时显示、存储、报警和控制继电器，从而调控鸡舍的有害气体含量，达到智能调控鸡舍环境的目标。在C阶段：评估结果，分析实验数据。在A阶段：对实验进行总结、修正；提出这一PDCA循环尚未解决的问题，把它转到下一个PDCA继续完善。2系统硬件设计2.1传感器模块设计二氧化碳传感器选择的是蓝月科技制造的B-530[2]。?用的是红外NIRD检测原理，量程范围为0～5000ppm，精度/分辨率为10ppm，使用寿命可达10a以上。氨气传感器选择的是美国RAESystems公司制造的4NH3～100传感器[3]。量程范围为0～100ppm，分辨率为0.5ppm，响应时间不大于10s，稳定性相对可靠，灵敏度极高。硫化氢传感器选择的是郑州炜盛科技公司生产的ME4-H2S电化学式气敏传感器。该传感器的特点是：功耗低、精度高、灵敏度极强、线性度宽、抗干扰能力突出，以及优异的重复性和高度稳定性，广泛适用于工业、农业及环保中H2S的检测。2.2无线数据传输模块设计短距离无线数据传输采用ZigBee网络拓扑结构，ZigBee模块采用的是深圳隔壁科技生产的GB-SMA-10系列产品。该产品特点是底板结构清晰、扩展通道数量较多、网络自组织、数据传输透明、简单易用。本实验共选择了5个测量点，所以需要采集节点模块5块、外加1块协调节点模块，共计6块模块。远距离无线数据传输采用北京天同诚业科技有限公司生产的COMWAYWG-8010系列GPRS-DTU，该模块具有性能可靠、使用简单、兼容性好等特点。且内部封装了TC/IP协议，适用于AT命令扩展，可完美实现DTU与服务器之间的通信。2.3系统控制部分设计控制部分位于采集节点的底层板，主要器件是深圳育松电子的SRD-05VDC系列的继电器，该继电器通过上位机发来的控制指令，来控制风机的开和关。且继电器控制区域和负载区域有隔离槽，信号输出稳定。保证了鸡舍空气的相对优良。3系统软件设计3.1ZigBee自组网ZigBee的组网方式有3种，分别是广播、组播、点播。本课题采用了最普遍应用的广播模式。它的构造形式是：在ZigBee自组网体系中会有若干个CC2530采集模块（本系统有5个监测点故需要5块）和有且仅有一个协调节点模块。而且有的系统还会有若干个路由节点模块，由于本系统实验环境所限，故无需路由节点。它的组网流程如图3，是通过协调器建立自组网络，并以广播的形式发送或者接受数据，另外5个采集节点加入网络，并以单播的形式向协调节点发送数据或是接受命令。3.2GPRS模块与服务器的通讯GPRS-DTU端即所说的客户端是GPRS模块与网络服务器信息交互的起始端。而信息的TXD和RXD在两端口之间均是可逆的，GPRS-DTU端通过接收的信息对服务器端进行反馈，反之服务器端也同样会对GPRS-DTU端做出响应。交互的两端共同担负起基于GPRS与INTERNET网