基于嵌入式的远程牛舍监测系统设计论文.doc

基于嵌入式的远程牛舍监测系统设计摘 要：采用lpc2114和51单片机组成采集数据的下位机系统， 下位机负责采集监控数据发送到gprs网络然后转发至internet, 最终将数据传输到上位机上位机将采集到的数据存入数据库，为 栏养奶牛的养殖技术改良提供第一手数据关键词：嵌入式奶牛养殖远程监测鉴于集约化养殖的需要，为了从技术上提高奶牛养殖的经济效益， 设计牛舍监测系统采集数据，一方面做为技术改良的依据，另一方 面为工业化养殖提供技术支持1总体设计考虑到牧区距离城区较远，且存在供电和互联网接入等问题，采用 无线通讯进行采集数据的传输gprs网络接入费用较低能够较好的 满足成本要求另一方面养殖户较分散，为了获得有一定覆盖度的 统计数据采用分布式基于嵌入式arm的下位机传输数据，并通过 internet转发汇总到上位机数据库基于上述考虑系统由下位机系 统和远程上位机系统两个主要部分组成，系统结构框图如图1下 位机米用lpc2114与8051单片机组成主从系统从机负责米集奶 牛id、温度、湿度、饮水及饲料投放量等信息并串行传输给lpc2114, 经汇总处理后按预定协议封包发送至gprs网络，再经internet传 输给远程上位机。

上位机接收到数据后将数据存储至奶牛数据库， 数据库信息可通过配套的管理信息系统进行管理与编辑，上位机可 通过调制解调器唤醒下位机进行数据收发2上位机系统设计上位机数据库及管理信息系统采用access开发制作库中包括奶 牛id表、饲料表、产奶表、族谱表、防疫表、生育表等奶牛id 表包含的主要字段有：id号、品种、生日、月龄、体重等；饲料 表中包含的主要字段有：饲料名称、干物质(dry matter, dm)、 粗蛋白(crude protein, cp)、中性洗涤纤维(neutral detergent feber, ndf)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, adf)、酸 性洗涤木质素(acid detergent lignin, adl)>奶牛干物质随意 采食量(dry matter voluntary intake, dmi)> 钙、磷、矿物质 饲料、饲料价格等，其中饲料供应量以单日来计算，按照粗精饲料 分级指数(grading index, gi)计算出日营养需求量参考值3下位机系统设计下位机采用lpc2114作为主控芯片，系统主要由软、硬件两部分组 成逻辑结构如图2O硬件部分包括温度传感器、湿度传感器、gprs 模块、触摸屏、键盘和串行数据采集模块等组成。

gprs模块由dtu (data transfer unit数据传输单元)和卡组成dtu需经由远 程上位机唤醒方启动工作，其他时间处于休眠状态，dtu唤醒后下 位机开始与上位机进行数据通讯串行数据采集模块通过lpc2114 的uartO接口与从机相连键盘连接到gpio进行输入控制触摸 屏采用四线电阻式，控制芯片为fm7843,采用12位精度两个传 感器连接到lpc2114的ad (lpc2114共有4个ad通道)软件 部分主要由bootloader、uc/osii嵌入式操作系统、人机界面、驱 动程序和应用程序组成bootloader依所成系统采用汇编语言和c 混合编写，其中汇编语言部分主要完成设备初始化bootloader和 uc/osi经剪裁后移植到lpc2114±o驱动程序包括键盘、触摸屏、 gpio驱动、gprs驱动中间件等应用程序面向uc/osii开发主要 功能有数据录入、工作模式选择等人机界面由移植后的minigui 实现4单片机系统设计单片机系统中主要外设有：进料电机、光电耦合给水开关、奶牛 id卡读取电路，系统逻辑结构如图3喂料箱是单片机的主要控制 对象，喂料箱有主仓和子仓组成。

主仓中主要贮存矿物饲料、蛋白 质饲料和热能饲料三类主仓底部装有螺旋推进器，由单片机控制 的电机拖动进给饲料进入子仓后由压力传感器返回饲料重量信 息给水量由给水开关导通时间粗略计量奶牛id卡由ic芯片和 射频感应天线组成读卡电路工作时若id卡处于5米之内则卡内 的lc二阶电路产生谐振并提供短暂电能，发出卡内存储的id编码, 读卡电路接收到编码后传输到单片机端口锁存器单片机将id号 传给下位机系统，下位机按当日奶牛对应预置值，如相应id奶牛 当日进食次数、精饲料配给量、矿物饲料配给量等进行判断，之后 发送进一步控制指令给单片机，单片机依据下位机lpc2114发来的 指令决定喂料、给水等操作在产奶区专门设置了一个单片机负责 采集奶牛id以及日产奶量等信息5结论表1为四个分布的试验地点采集得到的数据，表中数据均为平均 值，通过系统采集的数据可宏观的分析出温度、湿度、饲料供给等 参数对奶牛产奶量的影响，为科学化养殖提供依据以分析改良后 的数据存入下位机数据库控制单片机进给量，将数据采集与自动化 喂料相结合，为产业化养殖提供了技术支持参考文献：[1] 童超，朱俊株,高如如.基于windowsce的远程数据采集与控制 系统开发[j].微型机与应用,2011,30(14):21-23.[2] 黄菁，刘青春.arm嵌入式系统gpio扩展键盘设计[j].自动化 应用，2011(7) :1-2.[3] 夏忠林，胡丹凤，张博•基于gprs的嵌入式远程监测系统[j],科协论坛(下半月),2011(7) :47-48.[4] V. a. chitre, j. n. daigle. ip traffic over gprs一an internet service oriented analysis[j].wireless communications and networking, 1999(9) : 1263-1267.[5] roberth. klenke. experiences using the xilinx microblaze softcore processor and uclinux in computer engineering capstone senior design projects [c]. mse '07 proceedings of the 2007 ieee international conference on microelectronic systems education, 2011:123-124.[6] john n. daigle. analysis of packet networks having contention-based reservation with application to gprs.transactionsnetworking, 2003(11):602-615.。