摘 要：畜牧业的养殖规模和场所的改变会影响到牲畜的成长，所以有效监测养殖场环境具有重要意义。以此，就分析基于STM32的智能畜牧业养殖监控预警系统。将STM32作为主控，使用GSM无线通信模块，利用传感器实现畜牧环境的实时监控和数据收集。微处理器能够以实时环境参数进行判断，并且使判断结果利用GSM的短信、电话等方式对管理者提醒，管理者以实际情况使用相应的措施，从而实现只能预警的目的。此系统的成本比较低，并且容易操作，能够有效管理牲畜的生长环境。

关键词：智能化;畜牧业养殖;监控预警

基金项目：安徽省教育厅2019年度“高校优秀青年人才支持计划”阶段性成果（项目编号：gxyq2019204）。

在人们生活水平不断提高的过程中，人们对于肉类需求量与肉类食品质量具有较高的需求。但是，却无法保证食品质量问题，频繁的发生食品安全事件，从而导致人们产生恐惧消费的心理。现代大部分养殖户都是使用传统手持设备对养殖环境监测，无法对收集数据进行保证，还提高了管理费用[1]。以此，研究低功耗、操作方便、低成本的智能畜牧业养殖监控预警系统具有实际意义。

1 系统的总体设计

在本文系统设计过程中，全面使用环境检测传感器，包括温湿度传感器、NH3浓度传感器、O2浓度传感器、CO浓度传感器，在室内放置，能够全天候的牲畜生长环境进行检测。利用传感器实现数据收集，并且安装补光、加湿器、风扇、加热等装置，创造满足牲畜生长需求的良好环境。在装置对环境参数即将超过安全范围的时候，利用GSM无线通信模块拨打电话或者发送短信对管理员通知。在装置对环境参数不在安全范围中监测的时候，报警器就会发送警报，GSM对管理员发送短信或者打电话，提醒管理人员及时的使用补救措施[2]。

2 系统的硬件设计

2.1 温湿度检测模块

牲畜生长需要设置合适温度范围与光照强度，如果温度或者光照过高、过低都会影响到牲畜的生长。以此，就要实现温度阈值范围与光照阈值范围的设置，并且实现监测。在本文设计过程中，利用STM32中的光敏传感器检测室内光照强度，如果光照强度高于阈值范围，驱动步进电机就会将遮光板放下，此模块步进电机还设置了驱动器与电源[3]。图1为步进电机的电路图。在光照强度低于所设置阈值的时候，将补光灯自动打开从而增强光照。此补光灯利用全光谱LED牲畜生长灯，设置继电器模块，使控制系统通过指令对继电器控制，以此对补光灯开关进行控制。在此使用DHT11温湿度传感器测量室内温湿度，此传感器的测温范围比较广，并且节能低功耗、精度比较高。为了能够精准、全面的对室内温度进行检测。本文设计过程中在室内四周设置九个DHT11进行实时检测，结合各个数据得到平均值，显示在液晶屏和手机端。图2为DHT11的电路图。

2.2 气体检测与报警模块

MQ-2烟雾传感器主要是对日常生活中气体泄露进行检测，使所测气体浓度根据一定关联转变成为电量输出器件。此模块的体积小、寿命长、稳定性良好，并且响应比较快。以此，利用MQ-2烟雾传感器监测室内情况。在此模块中设置初始阈值，如果检测浓度高于阈值，就报警。二氧化碳浓度过高或者过低对于牲畜生长都是不利的，本文设计将NDIR作为工作原理的二氧化碳传感器MH-Z14A对二氧化碳浓度进行检测。其主要优势为选择性良好，并且具备无氧气依赖性，测得的浓度比设置阈值范围要高进行报警。

2.3 室内通风散热模块

在室内二氧化碳浓度或者温度过高的时候，不仅能够实现报警，还能够解决，此时利用风扇实现通风散热。此设计的风扇连接开关电源和直流电机驱动芯片，从而在棚内风扇以目前温度、二氧化碳浓度是否超过阈值的观察，实现通风散热。

2.4 主控模块

主控芯片使用意法半导体有限公司32位增强型微处理器STM32F103VET6，其具备51K字节Flash，2个12位DAC，通用定时器、PWM定时器，并且具有CAN、USB、SPI等通信标准接口。因为系统比较简单，STM32资源丰富，不需要扩展大量外围电路就能够满足设计的需求，简化硬件设计。

2.5 无线通信模块

此系统无线通信模块使用移远通信EC20远程通信模块，其能够同时支持EDGE、GPRS、LTE、UMTS等业务，还具备UART串行通信协议与RS232电气标准接口。此系统EC20模块利用串口与主控芯片进行通信，由于EC20模块芯片中的TXD、RXD指的是数字信号输出、输入脚，其工作电压域为1.8v，所以在和主控芯片通信过程中要实现1.8-3.3v电平转换，本文使用4位双向电平电压转换器TXS0104实现。

系统中USIM卡接口电路主要包括TVS瞬变电压抑制二极管和USIM卡座两部分，使用6-pin的USIM卡座，其中SIM_VCC、SIM_CLK、SIM_DATA、SIM_RST分别指的是电源、时钟、数据和复位信号，都是通过EC20模块所提供。天线使用外接方式，驻波比在2以下，天线增益为1db。

3 软件设计

本文设计系统将STM32作为核心处理器，利用STM32微处理器控制传感器收集数据，利用串口将数据实时展现。管理员以牲畜所生存环境实现环境参数设置，主要包括安全范围、接近危险范围、危险范围三个等级。微处理器能够以实时环境参数判断，判断结果通过电话或者电信的方式对管理员通知，提醒其及时使用相应措施。

系统中主要技术指标为：

其一，O2传感器监测浓度精准度超过95%;

其二，CO2传感器监测浓度精准度超过95%;

其三，NH3传感器监测浓度精准度超過80%;

4 结束语

本文对牲畜生长的环境特点，和传感技术相互结合，通过各种传感器实时收集养殖环境参数，实现智能化畜牧业养殖监控预警系统的设计。此系统的操作方便，并且功耗和成本比较低，具有良好实时性，能够满足大部分牲畜生长环境监测需求，为牲畜生长环境的深入研究提供基础。另外，本文所设计系统还能够在森林环境监测、火灾报警中使用，使用前景广阔。

参考文献

[1]刘玉洁，唐升，梁家丽.基于STM32水产养殖智能监控系统的研制[J].电子制作，2018（z1）：3-6.

[2]洪树亮.基于STM32F103住宅智能防火防盗报警系统的设计[D].兰州交通大学，2015.

[3]李凯，麻红昭.基于STM32的温室环境监控系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2015（5）：53-54.

作者简介

金何（1982-），男，汉族，安徽六安，讲师，硕士，主要从事智能检测技术研究。