肖 婷，赵建川，向前南，赵顺艳，罗 涛，饶 钦

（1.贵州师范学院 数学与计算机科学学院，贵州 贵阳 550018；2.贵州师范学院 大数据科学与智能工程研究院，贵州 贵阳 550018）

0 引 言

随着生活水平的提高，人们对肉类的需求量和肉类食品质量有了较高要求。然而，食品质量问题却没有得到有效保障，食品安全事件屡屡发生，使得人们产生了恐惧消费心理。目前，我国大多数养殖户采用传统手持设备监测养殖环境，不仅不能保证采集数据的质量，也增加了管理费用。一些用户利用有线传输方式传输环境数据，不仅成本较高，还存在布线繁琐的弊端。因此，研究出一套操作方便、低功耗、低成本的智能畜牧业养殖监控预警系统，实现对牲畜养殖环境的实时监控，保证牲畜健康生长，提高养殖户的经济收入是我国畜牧业的当务之急。本文设计了一套智能畜牧业养殖监控预警系统，适用于对大部分牲畜养殖环境影响因素（CO浓度，O2浓度，NH3浓度，温湿度等）的实时监测，并可将数据存储在微处理器中，方便进一步分析处理。

1 系统总体设计

本系统采用全面的环境监测传感器（CO浓度传感器，O2浓度传感器，NH3浓度传感器，温湿度传感器），将装置放置在室内，可24小时监测牲畜的生长环境。通过传感器实现数据采集功能，且安装有风扇、加湿器、补光、加热等装置，创造了一个适宜牲畜生长的良好环境。当装置检测到环境参数即将超过安全范围时，可通过GSM无线通信模块拨打电话给管理员，并发送短信，提醒管理员注意观察环境参数；当装置监测到环境参数不在安全范围内时，报警器立即发出警报，GSM发送短信并打电话给管理员，提醒监管者及时采取相应措施。系统运行步骤如图1所示。

图1 系统运行步骤

2 系统硬件设计

智能畜牧业养殖监控预警系统硬件控制由主控芯片STM32，GSM无线通信模块以及传感器单元构成，系统整体框图如图2所示。传感器通过相应的通信协议与STM32连接，将采集到的实时数据在显示屏上显示。利用矩阵按键设置提前预警的电话号码，微处理器根据采集到的数据做出判断，将判断结果利用串口通信发送给GSM无线通信模块，无线通信模块通过电话和短信形式提醒管理员采取相应措施，从而达到监控预警的目的。

图2 系统整体结构框图

2.1 通信模块简介

本系统的核心部分是GPRS模块（GSM模块）。GPRS是集通话、数据传输、短信功能于一体的电路板。STM32单片机通过RS 232串口与GPRS通信，使GPRS实现无线通信功能。同时，GPRS模块还具有数据传输功能，当传感器检测到当前环境参数时，系统立即判断当前参数是否在安全范围内，预测将要发生危险的时间，并将目前参数通过短信发送给管理员。

2.2 短信号码设置

短信号码设置采用矩阵按键，启动系统后，通过按键设置需要预警的电话号码；“修改”按键用于更改预警的电话号码；“确认”按键用于确认当前号码是否是要预警的号码。号码设置如图3所示。

图3 预警号码设置图

3 软件设计

本系统以STM32为核心处理器，通过STM32微处理器控制传感器完成数据采集，通过串口实时显示数据。系统模块关系如图4所示。

图4 系统模块关系示意图

管理员根据牲畜生存的环境设置环境参数，分为安全范围、接近危险范围和危险范围三个等级。微处理器根据实时环境参数进行判断，程序执行流程如图5所示。判断结果以短信方式通知管理员，提醒其及时采取相应措施。

图5 程序执行运行流程图

系统中所采用的主要技术指标如下：

（1）O2传感器检测浓度准确率为95%及以上；

（2）CO传感器检测浓度准确率为95%及以上；

（3）NH3传感器检测浓度准确率为80%及以上。

测试截图如图6、图7所示。

图6 发短信截图

图7 打电话截图

4 结 语

本文针对牲畜生长的环境特点，结合传感技术，利用CO浓度，O2浓度，NH3浓度及环境的温湿度等传感器实时采集养殖环境参数，设计了智能畜牧业养殖监控预警系统。该系统具有低功耗、操作方便、实时性好、低成本等特点，满足了大多数牲畜生长环境监测的需求，为进一步研究牲畜生长环境提供了可靠的数据。同时，该系统可用于森林环境监测和火灾报警，也可用于对稀有动物生活习性、环境的观测研究，应用前景广阔。

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