案例分析：养殖场实时智能监控装置

一、项目概述

1.1 引言

中国对养殖产品需求的日益增大和养殖技术的发展，使得如何通过通信技术和自动化技术实时监测和管理养殖场，以实现环保和高收益，成为了新的课题。本文正是基于此出发点，以“养殖场的实时监控装置”为题，通过使用ATMEL的AVR微处理器，实现养殖场的智能化监控，淘汰部分落后产能的目标。

1.2 项目背景

动植物的生长受自然条件的影响，如光照强度（影响动物发情期，植物花期等），温度（影响动植物生长速度和生长周期），湿度（影响发病率）等。有研究表明，现代智能型的养殖场监控是养殖场管理的有效手段和工具。它可以提高操作的准确性，有利于温室的科学管理，降低对操作者本身的素质要求。除了能大大减少劳动量，更重要的是它能够准确，按需，适时的给动植物提供合适的生长条件，以提高产量和质量。先进的低成本，低功耗，和使用维护方便的实时监控装置，无疑是降低人工操作与提高管理质量的首选。

二、需求分析

2.1 功能要求

包括以下功能：检测光照强度然后显示在LCD上,并上传到PC机上可以远程监测，当光强不符合规定值时，进行动作，调节光强；同时也可以检测温度、湿度并将检测结果显示在LCD上,并上传到PC机进行长期记录，当温湿度不符合规定值时，进行动作，调节养殖室内的温湿度；防火功能，当温度持续过高时发出警报：防盗功能，监控养殖场内及周边环境，当监测到有未经允许进入的人或其他动物时能及时发出警报。

2.2 性能要求

能够实时准确的检测养殖场的环境状况，并快速做出反应，在信息传送接受方面误差率低；有防火防盗性能，使场内的安全性有所提高，适宜各种养殖场的大范围推广，抗干扰能力强，功耗低，实用方便。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

养殖场的实时监控装置应包含以下功能模块：

1. 光照强度的检测与调控模块

光照传感器把检测到的光照强度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定对应的阈值，当光照强度超过上限时，进行遮光处理或发出提示信息；低于下限时，进行开灯增加光强。并将实时检测的光强显示在LCD上。

2. 温度的检测与调控模块

在多点分散放置(应选择能正确反映周围环境实际温度的位置，不能放在白炽灯或发电机等设备附近)的温度传感器，把检测到的温度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定对应的阈值，当温度超过上限时，进行降温处理；低于下限时，进行升温处理。并将实时检测的温度显示在LCD上。只要任一监测点在一定时间段内持续高温，则发出防火信息报警。

3. 湿度的检测与调控模块

在多点分散放置的湿度传感器，把检测到的湿度信息发送给单片机，根据动植物的生长需要，在不同生长阶段通过单片机设定的对应阈值，当湿度超过上限时，单片机接通排风扇，进行通风；低于下限时，进行洒水增湿。并将实时检测的湿度信息显示在LCD上。

4. 防盗监控模块

在门口及周边等需加强防范处，设置红外传感器或摄像头，当监测到有未经允许进入的人或较大型动植物天敌进入时，传感器通过单片机通知PC机；并同时发出警报。

5. 通信互联模块

把单片机接受的数据信息，可以通过以太网，CAN总线或RS485等技术传送给微机系统，并可以通过微机系统向单片机发出指令，实现远程管理控制。

系统硬件结构框图，如图1所示

图1系统硬件结构框图

3.2 硬件平台选用及资源配置

本设计采用了ATMEL的公司的高性能低功耗的AVR单片机EVK1100作为控制系统的核心。EVK1100是一个基于AVR32 AT32UC3A单片机控制器的评估套件和开发系统。它配备一系列丰富的外设、内存，并且可充分开发AVR32设备的全部潜能。根据图一确定的系统结构，选择合适的传感器。

1）传感器

由于EVK1100自身带有光照传感器和温度传感器，我们只需要选择合适的湿度传感器，它能够在标准环境下不需校正，灵敏度高，能在长时间饱和下快速脱湿，有较高的可靠性与长时间稳定性。

2）防盗监控设备

采用高灵敏度图像传感器，彩色黑白自动转换，高质量，高清晰度，低功耗，集摄像机、防护罩、镜头、红外灯于一体 ，镜头全部采用 IR 齐焦镜头，夜间焦点不偏移 ，全黑环境设计，自动感应红外线，24小时全天候监控，红外灯参考距离约50米；防水、防尘，防暴，可有效抵挡外来撞击。

3.3系统软件架构

主程序

主程序主要完成系统的初始化，温度、湿度、光照的监测与处理，异常情况的警报处理，并把监测到的数据与PC通信互联等工作，以完成实时监控的功能。主流程图如图2所示。

图2主程序流程图

3.4 系统软件流程

1. 温度检测和防火程序流程

实时检测温度数据，显示与LCD上，同时把数据传输到PC上：并设定3个值，一是防火温度，当检测到的温度值大于防火温度时，发出警报；二是正常情况下的最大适宜（max）温度，当检测到的温度值大于max值时做降温处理；三是正常情况下的最小（min）温度，当检测到的温度值小于min值时做升温处理。温度检测和防火程序流程图如图3所示

图3温度检测和防火程序流程图