规模化奶牛场舍内环境监控系统设计_基于zigbee技术

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1、2015年2月农机化研究第2期规模化奶牛场舍内环境监控系统设计—基于ZigBee技术王廷江，杨丽珊(西南大学荣昌校区基础部，重庆荣昌402460)摘要:随着奶牛养殖业的快速发展，奶牛场的内环境问题已成为奶牛养殖中的重要课题之一。为有效监控奶牛场内环境，提出了一种基于ZigBee技术的分布式传感器网络平台。该系统选用AM2302、On9658、MH－Z12、H2S－AE、MQ－137传感器实现对监测点温湿度、光照度、CO2浓度、H2S浓度、NH3浓度的精确采集，并通过由CC2530芯片和CC2591射频前端组建的ZigBee网络完成数据的远

2、距离传输和汇聚，数据经过与阈值比较后控制环境调节设备。试验结果表明，系统稳定可靠，具有全方位、全天候监控能力，安装方便，操作便捷，运行成本低廉，具有一定应用价值。关键词:规模化奶牛场;无线传感器网络;ZigBee技术;监控中图分类号:S818文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0210－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.050系统组成如图1所示。传感器节点负责对环境0引言信息(温湿度、光照度、CO2浓度、H2S浓度、NH3浓度)奶牛场是集中饲养奶牛的场所，是奶牛生活的小的采集、处

3、理和发送;路由器(网关节点)与若干个传环境，也是生产无公害牛奶的基础。我国奶牛养殖业感器节点构成一个子网，通过ZigBee协议进行通信，正逐步从传统的粗放型转变为工厂化养殖，规模越来获取各个传感器节点发送来的数据，各个子网监测到越大，对奶牛场的环境要求也越来越高;但由于受到的数据通过协调器串口送到监管中心;监管中心负责牛的呼吸、生产过程及有机物的分解、室内水分蒸发对从无线网络送来的信息进行显示和存储，并能进行等因素的影响，会产生大量二氧化碳、硫化氢、氨等有环境参数阈值的设定;接收值与阈值比较后，发送指害气体以及水蒸气;加之选址和建筑结构上

4、不合理等令去控制环境调节设备。因素影响，使奶牛场舍内环境质量受到严峻挑战。因此，必须加以科学监测与管理，实施有效控制，才能为奶牛营造舒适的生活环境，也才能生产出高效、安全、无公害的牛奶。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，是介于无线识别和蓝牙之间的技术提［1］案，在诸多领域得到广泛应用。为此，介绍了利用该技术设计的规模化奶牛场舍内环境监控系统。该系统通过传感器(包括温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器、氨气传感器)对奶牛舍内环境参数进行实时采集，并实施监测，由监测结果对环境调节设备实施控制，可有效

5、提高规模化奶牛场舍内的环境质量。图1无线监控系统结构图1系统设计思路2系统硬件电路设计收稿日期:2014－02－202．1协调器节点硬件设计基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD36B01)协调器节点硬件结构如图2所示。选用TI公司作者简介:王廷江(1969－)，男，四川阆中人，副教授，硕士，(E－mail)wtj1969@163．com。CC2530和高性价比、高集成度的2．4GHZ射频前端·210·2015年2月农机化研究第2期CC2591芯片，以保证网络传输质量，扩大网路覆盖面［2］积。CC2530芯片整合了2．4

6、GHZIEEE802．15．4/ZigBeeＲF收发机以及工业标准的增强型8051MCU，具有超低功耗、高灵敏度、抗噪声及抗干扰能力。CC2591内置有功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)，输出功率大(可达+22dBm)，传输距离远(无障碍可传输500～800m)，很好地满足了规模化奶牛场网络传输的要求。CC2530芯片与CC2591射频前端的硬件连接如图3所示。电源系统采用锂电池供图4传感器节点硬件结构电，由单节锂电池经TPS63011电压转换芯片转为2．2．1电源系统设计3．3V稳定电压给该节点供电(具体电路参考传感器电源系统如

7、图5所示。由于用到多种类型传感节点电源系统)。器，所需电压不尽相同，所以电源系统需提供多种电压值。系统采用锂电池组供电，由8．4V锂电池组经过L7805稳压电后输出5V电压，一方面为部分传感器供电，另一方面再经过TPS63011电压转换芯转为3．3V为系统其他部分供电。TPS63011是宽电压输入(输入值:1．8～5．5V)，高效稳压输出(输出值:3．3V)的稳压芯片，转换效率高达96%，最大输出电流可达［3］1200mA。图2协调器节点硬件结构图5电源系统电路图2．2．2数据采集电路设计2．2．2．1温湿度采集电路设计温湿度采集电路如图

8、6所示。图3CC2530与CC2591射频前端的硬件连接图2．2传感器节点硬件设计传感器节点硬件结构如图4所示。数据采集模块(包括传感器和信号调理电路)负责对奶牛场舍内监测区域环境信息的采集和