养殖场信息采集系统设计与开发

发布时间：2017-10-01 17:17

  本文关键词：养殖场信息采集系统设计与开发

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【摘要】：随着传统养殖业逐步朝向现代化和信息化方向迈进,养殖场信息采集对于提高养殖场自动化水平具有重要意义。但传统养殖场的生产信息仍然较多地依靠人工收集和评估,不仅占用人力资源,还不能及时准确地采集、处理养殖过程中的多种信息,无法为禽畜提供最优的生长环境,也因此制约了养殖场的综合效益提升；同时,全面的信息监测可以有效避免疫情的发生。因此,信息的实时采集与分析就显得至关重要。本文在分析国内外养殖环境监测技术的基础上,针对养殖场信息监测水平落后,信息监测不全面以及舍内不易布线等问题,设计一种养殖场信息采集系统,该系统能够对养殖场禽畜舍温度、湿度、NH3浓度、风速、用水量和用电量进行采集,并通过无线网络将传感器数据传输到监控室内养殖场信息监测子系统进行显示、存储、分析、查询及报警；系统通过多传感器信息融合,对养殖环境进行舒适度评估,为最优生长环境控制提供依据。本文主要工作如下：(1)养殖场信息采集系统方案设计。系统方案包括信息采集与传输子系统方案和信息监测子系统方案两部分。分析养殖场主要信息采集目标,结合使用环境选取传感器；根据养殖场现场通信距离、稳定性、组网方式,设计信息传输方案,传感器数据通过有线方式采集,并通过ZigBee网状组网方式进行传输；根据禽畜舍位置结构,通过CFD软件仿真分析,设计终端节点布置方案；基于数据库开发的信息监测子系统,通过接收ZigBee协调器数据,进行数据分析后,图形用户界面对采集、处理后的数据进行显示。(2)信息采集与传输子系统设计。ZigBee核心使用CC2530芯片,在此基础上设计了环境采集节点、用水量采集节点、用电量采集节点、用料量采集节点、路由器与协调器节点,实现传感器数据采集与传输；结合Z-Stack任务处理机制,通过定时触发传感器数据采集事件,周期性采集传感器数据,并通过结构化传感器数据帧发送给协调器。(3)养殖场信息处理。使用多个红外测距传感器,结合料罐实际的几何尺寸,通过体积计算获得用料量体积,并通过三维拟合方式,计算用料量密度,进而获得用料量质量；针对采集到禽畜舍温度、湿度、风速和NH3浓度,通过使用BP神经网络进行多传感器信息融合,对环境舒适度进行评判,通过样本仿真和泛化验证,该模型能够较准确地评估禽畜舍环境舒适度。(4)信息监测子系统设计。基于Delphi和SQL Server 2005进行软件开发,对传感器数据显示、报警、历史查询、数据分析和数据存储功能进行设计,通过图形用户界面显示为工作人员提供监测数据。(5)系统功能测试与联调。在养殖场实际环境下,进行了传感器数据采集测试,无线网络传输功能测试,红外传感器测量用料量和养殖环境舒适度评估测试。实际应用结果表明：该系统能够实时、准确地监测养殖场禽畜舍温度、湿度、风速、NH3浓度、用水量、用电量和用料量信息,有效提高了工作人员对养殖场的监测和管理效率；较灵活的养殖场信息传输协议设计和ZigBee自组网特性,使得本系统可扩展性强；养殖环境的舒适度评估,为最优生长环境控制提供依据,有助提高养殖自动化水平。本系统现场运行稳定,具有一定的推广应用价值。
【关键词】：养殖场 信息采集 ZigBee 多传感器信息融合 Delphi
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-17
• 1.1 研究目的和意义12-13
• 1.2 国内外发展现状13-15
• 1.2.1 国外发展现状13-14
• 1.2.2 国内发展现状14-15
• 1.3 本文主要工作和章节安排15-17
• 2 养殖场信息采集系统方案设计17-32
• 2.1 系统总体方案设计17-18
• 2.2 信息采集与传输子系统方案设计18-29
• 2.2.1 养殖场采集信息选择19-21
• 2.2.2 传感器选择21-25
• 2.2.3 养殖场信息传输方式选择25-27
• 2.2.4 采集节点布置方案设计27-29
• 2.3 信息监测子系统方案设计29-30
• 2.3.1 监测子系统结构设计29-30
• 2.3.2 监测子系统主要功能设计30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 信息采集与传输子系统设计32-68
• 3.1 ZigBee核心模块接口介绍32-33
• 3.2 传感器采集节点接口电路设计33-45
• 3.2.1 禽畜舍环境采集节点接口电路设计33-38
• 3.2.2 禽畜舍用电量采集节点接口电路设计38-40
• 3.2.3 禽畜舍用水量采集节点接口电路设计40-41
• 3.2.4 禽畜舍用料量采集节点接口电路设计41-45
• 3.3 路由器节点接口电路设计45
• 3.4 协调器节点接口电路设计45
• 3.5 信息采集与传输子系统软件设计45-66
• 3.5.1 协议栈结构介绍46-47
• 3.5.2 Z-Stack运行机制介绍47
• 3.5.3 信息采集与传输软件方案设计47-52
• 3.5.4 ZigBee设备软件设计52-54
• 3.5.5 传感器信息采集软件设计54-66
• 3.6 本章小结66-68
• 4 养殖场采集信息处理68-79
• 4.1 基于红外测距传感器的用料量检测分析68-72
• 4.1.1 用料量体积分析68-71
• 4.1.2 用料量密度分析71-72
• 4.2 养殖场环境舒适度评估72-78
• 4.2.1 多传感器信息融合技术概述73
• 4.2.2 BP神经网络融合算法概述73-74
• 4.2.3 环境舒适度网络建立74-75
• 4.2.4 境舒适度网络训练75-78
• 4.3 本章小结78-79
• 5 信息监测子系统设计79-84
• 5.1 传感器数据显示79-81
• 5.2 报警检测81
• 5.3 数据分析81-82
• 5.4 数据库开发82-83
• 5.4.1 数据库储存设计82-83
• 5.4.2 历史数据查询设计83
• 5.5 本章小结83-84
• 6 系统功能测试与联调84-91
• 6.1 养殖场信息采集与传输功能测试84-88
• 6.2 养殖场禽畜舍环境舒适度测试88-89
• 6.3 养殖场用料量检测测试89-90
• 6.4 本章小结90-91
• 7 总结与展望91-93
• 7.1 总结91
• 7.2 展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-98
• 附录A：红外测距传感器拟合数据98-99
• 附录B：舒适度训练样本和测试样本99-102
• 攻读学位期间发表的学术论文目录102-103

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本文编号：954690