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基于NB-IoT的生猪养殖环境监控系统设计.pdf
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资源评论
I
摘 要
随着我国畜牧业的快速发展,畜牧行业也进入了养殖的集约化发展阶段,养殖的集
约化方便了用户对牲畜的集中管理。一般的猪舍养殖工厂都采取封闭式的厂房,因此存
在对舍内有害气体的检测不足的问题,恶劣的室内环境严重影响了生猪的生长与发育,
严重时造成生猪死亡,甚至引起严重的传染性疾病。
本文在查阅大量文献资料的基础上,结合生猪的生长环境和特点设计一套基于窄带
物联网技术(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)的生猪养殖环境监控系统,
能够实时地监控生猪的生长环境因素——温度、湿度、光照强度及有害气体的浓度等。
本设计结合微型计算机、现代网络通信技术以及目前应用广泛的物联网技术进行设计。
系统分为感知层、通信层、IoT 平台、应用服务层和用户层。感知层主要由温湿度传感
器、氨气传感器、硫化氢传感器等其他传感器组成。通信层使用的为 NB-IoT 网络以及
COAP+LwM2M 物联网协议,由传感器采集数据后传输至 STM32 单片机进行数据处理,然后
驱动 NB-IoT 模块进行数据传输。IoT 平台使用中国移动物联网平台,主要是用来接收
NB-IoT 模块上传的数据。应用服务层主要构建猪舍环境数据参数的云端部署。用户层主
要是为管理者或用户提供监测数据。本文主要从以下几个方面作了具体研究。
(1)结合生猪的生长环境,筛选和设计生猪监控系统物联网方案,同时对于猪舍
环境以及生猪生长所需要的温度、湿度、光照强度、有害气体浓度的检测选用了合适的
传感器模块。
(2)采用 STM32 微控制器,使用 STM32 内部 ADC 采集传感器数据加上数字滤波算
法,可以减少猪舍外部环境对系统的干扰,提高系统的采样的稳定性。
(3)猪舍环境参数超标时,通过执行机构单元的动作来控制猪舍环境参数的稳定。
(4)基于 NB-IoT 网络结合中国移动 OneNet 物联网平台实现了数据的实时监控和
数据传送至云端,同时支持历史数据查询,极大解放了养殖者的工作负担。
本文最终设计出了一套生猪养殖环境监控系统,以 STM32 单片机为微控制器,使用
NB-IoT 网络,结合中国移动 OneNet 物联网平台,通过在实验室和猪舍采集数据进行验
证,基本达到了有效监控生猪养殖环境参数的目的。
关键词:猪舍环境,STM32,OneNet,传感器,信息处理
V
目 录
摘 要........................................................................................................................................... I
ABSTRACT
...................................................................................................................................III
第一章 绪论...............................................................................................................................1
1.1 课题研究目的.............................................................................................................1
1.2 课题研究意义
.............................................................................................................2
1.3 国外研究现状
.............................................................................................................3
1.4 国内研究现状.............................................................................................................4
1.5 猪舍环境因子分析.....................................................................................................5
1.6 本文的主要任务以及章节安排
.................................................................................8
1.7 本章小结.....................................................................................................................9
第二章 系统组成
.....................................................................................................................11
2.1 系统的总构架...........................................................................................................11
2.2 系统的总体方案
.......................................................................................................12
2.3 系统环境的控制策略...............................................................................................14
2.4 NB-IoT 网络概述
......................................................................................................14
2.4.1 NB-IoT 网络架构..........................................................................................14
2.4.2 NB-IoT 主要优势
..........................................................................................16
2.5 网络协议...................................................................................................................17
2.5.1 网络协议简介................................................................................................17
2.5.2 LwM2M 协议简介
............................................................................................19
2.6 本章小结...................................................................................................................21
第三章 系统的硬件接口电路设计.........................................................................................23
3.1 系统传感器接口电路
...............................................................................................23
3.1.1 NH
3
传感器..................................................................................................... 23
3.1.2 H
2
S 传感器.....................................................................................................24
3.1.3 CH
4
传感器
..................................................................................................... 24
3.1.4 CO 传感器......................................................................................................25
VI
3.1.5 光照传感器...................................................................................................25
3.1.6 温湿度传感器...............................................................................................27
3.2 微处理器选型
...........................................................................................................28
3.3 通信模块的选型.......................................................................................................29
3.4 显示模块的选择.......................................................................................................31
3.5 电源模块电路的设计
...............................................................................................32
3.6 SIM 卡模块电路........................................................................................................35
3.7 执行机构的模块电路
...............................................................................................35
3.8 USB 接口电路的设计................................................................................................36
3.9 报警电路的设计
.......................................................................................................37
3.10 EEPROM 掉电存储模块............................................................................................38
3.11 本章小结
..................................................................................................................39
第四章 系统的软件设计.........................................................................................................41
4.1 Keil uVison5 开发环境
.........................................................................................41
4.2 系统整体的流程设计...............................................................................................41
4.3 系统各个模块的程序设计.......................................................................................43
4.3.1 系统初始化
...................................................................................................43
4.3.2 数据采集模块
...............................................................................................43
4.3.3 执行机构模块...............................................................................................46
4.3.4 串口屏显示模块...........................................................................................48
4.3.5 EEPROM 掉电存储模块
..................................................................................51
4.4 OneNet 平台软件的设计..........................................................................................52
4.4.1 OneNet 平台简介
..........................................................................................52
4.4.2 OneNet 平台的资源模型..............................................................................53
4.4.3 OneNet 平台设备的建立
..............................................................................54
4.4.4 平台资源的上传...........................................................................................55
4.4.5 OneNet 平台数据显示
..................................................................................57
4.5 本章小结...................................................................................................................59
第五章 系统功能测试
.............................................................................................................61
VII
5.1 系统模块调试...........................................................................................................61
5.1.1 串口测试.......................................................................................................62
5.1.2 显示界面测试
...............................................................................................62
5.1.3 传感器数据采集测试...................................................................................64
5.1.4 NB-IoT 模块测试..........................................................................................65
5.1.5 中国移动 OneNet 物联网平台测试
.............................................................66
5.1.6 EEPROM 断电存储模块测试..........................................................................69
5.1.7 执行机构测试
...............................................................................................70
5.2 实地测试...................................................................................................................71
5.3 本章小结
...................................................................................................................74
第六章 总结与展望.................................................................................................................75
6.1 总结
...........................................................................................................................75
6.2 展望...........................................................................................................................75
参考文献
...................................................................................................................................77
致 谢.........................................................................................................................................81
攻读学位期间取得的研究成果...............................................................................................83
第一章 绪论
1
第一章 绪论
1.1
课题研究目的
在我国肉类市场中,猪肉是人们需求量最大且在人们生活当中又是不可缺少的肉
类,从上世纪 90 年代以来我国猪肉产量就稳居世界首位。随着国民经济的不断提高,
人们的生活水平取得了极大的改善,因此猪肉的需求也在不断增加,国内的猪肉产量也
越来越不能满足国内人们正常生活的需要。据相关数据统计 2020 年全年,我国猪肉进
口量达到历史新高,全年猪肉进口量在 420 万吨以上,与 2019 年相比进口量增加了一
倍。近年来我国生猪产量变化如图 1-1 所示。
图 1-1 近年来我国生猪产量变化
[1]
随着我国农业的不断发展,我国养殖行业的养殖方式发生了许多巨大的变化,在 20
世纪 90 年代以前畜禽类的养殖主要是靠散养户进行养殖,但进入 21 世纪以后,随着科
技的不断发展,各行各业的自动化水平不断提高,生猪养殖行业也从传统的散养户养殖
向着集约化、规模化发展。但是在这个过程中也产生了许多的问题,畜禽业持续爆发的
流行病给养殖业和公共卫生安全造成了重大的影响
[2]
。因此许多专家开始对生猪养殖环
境进行研究和进行有效的控制。近几年我国开始在农业方面的扶持力度加大,所以在生
猪养殖环境方面取得了一定的成就。
对于生猪养殖环境方面,影响生猪生长和发育的主要因素有温度、湿度、NH
3
浓度、
CH
4
浓度、H
2
S 浓度以及其他等有害物质。这些有害物质一般来源于猪饲料以及生猪的
排泄物当中。如果猪舍环境不适宜,猪饲料就不能充分发挥其价值,同时也影响生猪的
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- D3382022-05-03用户下载后在一定时间内未进行评价,系统默认好评。
- qq_26086942832023-05-03简直是宝藏资源,实用价值很高,支持!
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