CN108401937A - 一种基于arm及rfid的肉猪喂养追踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统，属于无线通信及物联网技术领域，其结构有养殖监测装置和通信装置，所述的养殖监测装置由主控模块(1)以及与主控模块(1)相连的体重检测传感器模块(2)、调理及A/D转换模块(3)、肉猪进食识别模块(7)，及与调理及A/D转换模块(3)相连接的养殖环境监测模块(6)、与主控模块(1)相连的显示模块(5)构成，所述的通信装置由WIFI通信模块(4)构成。本发明能够实时检测肉猪体重进食情况检测养殖环境等信息，有利于使肉猪养殖成为管理科学、资源节约，环境友好、效益显著的产业。
Description
技术领域
本发明属于无线通信及物联网技术领域，具体涉及一种基于ARM和RFID的“智畜+”肉猪喂养追踪系统。
技术背景
当今社会，食品安全引起了全世界人民的广泛关注，如何开发既能保证食品安全又能提高养殖产业发展的高效生态养殖业，已成为一个重要的研究课题。我国传统肉猪粗放型、松散型的养殖方式存在诸多弊病，不仅不利于肉猪的总体经济效益的提高，更不利于对肉猪的繁殖和疾病防治实施严格的监控，所以从传统型的养殖方式向现代化的养殖管理方式转变势在必行。在这种背景下，肉猪引入物联网技术实现自动管理已成为发展的必然，但如今国内外主流的肉猪养殖与追踪主要利用电子产品编码(EPC)技术以及射频识别技术(RFID)对肉猪进行追踪，并不能使养殖户时刻监控肉猪的进食情况，也不能对肉猪体重及饲料转换率进行具体分析。近些年，云平台技术及手机Android技术越来越受到人们的关注，这些技术在多领域的应用融合使得多领域已经进入智能时代。因此，通过大数据云平台、Android平台、RFID技术、无线数据通信等技术的交叉融合，可以解决养殖户不能时刻监控肉猪的进食以及饲料转换率等信息的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，利用无线通信原理，并利用网络技术、信息采集技术和显示技术，提供一种基于ARM嵌入式系统及RFID的“智畜+”肉猪喂养追踪系统，用来实时监测肉猪的进食及养殖环境温湿度情况，同时将检测到的进食情况上传至云平台，云平台通过P-LEACH算法进行分析处理后下发至手机APP。
上述的技术问题通过以下的技术方案实现：
一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统，其结构有养殖监测装置和通信装置，其特征在于，所述的养殖监测装置由主控模块1以及与主控模块1相连的体重检测传感器模块2、调理及A/D转换模块3、肉猪进食识别模块7，及与调理及A/D转换模块3相连接的养殖环境监测模块6、与主控模块1相连的显示模块5构成，所述的通信装置由WIFI通信模块4构成，WIFI通信模块4将传感器采集数据上传至云平台8并通过P-LEACH算法进行分析；所述的云平台8是具有P-LEACH算法的网络服务器；
所述的主控模块1的结构为：ARM芯片STM32F103ZET6的8脚和9脚之间接频率为32.768KHz的晶振Y1，同时8脚和9脚还分别通过电容C1和电容C2接地，24脚连接频率为8MHz的晶振Y2的一端，晶振Y2的两端分别与电阻R1的两端相连，晶振Y2的两端还分别通过电容C3和电容C4接地，ARM芯片STM32F103ZET6的30脚接地，33脚通过电阻R2接电源VDD，同时33脚还通过两个并联的电容C5和电容C6接地，16脚、38脚、51脚、61脚、71脚、83脚、94脚、107脚、120脚、130脚和143脚均接地，17脚、39脚、52脚、62脚、72脚、84脚、95脚、108脚、121脚、131脚和144脚均连接电源VDD；
所述的体重检测传感器模块2的结构为：单片机STC89C52的40脚接电源VDD,20脚接地，18脚、19脚分别通过电容C7、电容C8接地，同时在18脚与19脚之间接12M晶振Y3，9脚通过电阻R3接地，9脚还接电阻R4的一端和电容C9的一端，电阻R4的另一端接开关S1的一端，开关S1的另一端和电容C9的另一端接电源VDD，单片机STC89C52芯片的11脚与主控模块1中的ARM芯片STM32F103ZET6的69脚相连接；
所述的调理及A/D转换模块3的结构为：电阻R5的一端与养殖环境监测模块6的传感器芯片DHT11的SCK端相连，另一端与电阻R6的一端和电容C10的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1的同相输入端相连，电容C10的另一端与运放U1的输出端及电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放大U2的同相输入端相连；运放U1的反相输入端接电容C11的一端，电容C11的另一端接等电势；运放U1的3脚和4脚分别接地和VDD，运放U2的反相输入端接电阻R8的一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接等电势，电阻R8的另一端接运放U2的输出端，运放大U2的输出端接运放U3的同相输入端，运放U2的4脚和3脚分别接VDD和地；运放U3的4脚和3脚分别接VDD和地，同时运放U3的反相输入端接运放U3的输出端和芯片TLC2543的1脚，芯片TLC2543的10脚和13脚接地，20脚和14脚接电源VDD，芯片TLC2543的19脚接运放U4的同相输入端，运放U4的3脚接VDD同时通过电容C12接地，运放U4的4脚接地同时通过电容C13接地，运放U4的反相输入端接运放U4的输出端，同时接主控模块1的ARM芯片STM32F103ZET6的137脚；
所述的WIFI通信模块4的结构为：芯片ESP8266的16脚接电源VDD,1脚接地；4脚接所述的调理及A/D转换模块3中运放U2的反相输入端，2脚通过电阻R10接地，9脚、11脚分别通过电阻R11、电阻R12接电源VDD，按键开关SW1的1脚接芯片ESP8266的19脚，按键开关SW1的2脚与地相连，芯片ESP8266的5脚接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极与地相连，芯片ESP8266的6脚接发光二极管LED1的负极，发光二极管LED1的正极与电源VDD相连；芯片ESP8266的7管脚、8管脚分别与主控模块1的ARM芯片STM32F103ZET6的16脚、17脚相连；
所述的显示模块5的结构为：液晶显示屏LCD12864的VDD端口和BLA端接电源VDD，VSS端口和BLK端接地，VL端口接滑动变阻器R14的一端，滑动变阻器R14的另一端和滑线端接地，液晶显示屏LCD12864的数据端D0～D7共8个引脚依次与主控模块1中的ARM芯片STM32F103ZET6的2～5脚、58～60脚和63脚共8个引脚相连；
所述的养殖环境监测模块6的结构为：传感器芯片DHT11的GND端接地，VDD端接电源VDD，DATA端接主控模块1中ARM芯片STM32F103ZET6的34脚，DATA端还通过电阻R15接电源VDD，SCK端接所述的调理及A/D转换模块3中的电阻R5的一端；
所述的肉猪进食识别模块7的结构为：MFRC552芯片的1、4、5、18、32脚接地，2、3脚接电源VDD，6脚通过电阻R16接电源VDD，21、22脚之间接频率为27.12MHz的晶振Y4，同时还分别通过电容C10、C11相连，MFRC552芯片的11、17管脚分别与主控模块1中ARM芯片STM32F103ZET6的79、78管脚相连；
所述的云平台8是具有P-LEACH算法的网络服务器，所述的P-LEACH算法是，将传感器采集信息进行数据融合，并在协议中预设阈值，当采集数据超越阈值时协议会将该异常数据去除，然后将检测到的肉猪数据下发至手机APP。
电路的优选参数为，各电阻参数分别为：R1：1MΩ，R2：10Ω，R3：10kΩ，R4:10kΩ，R5、R6：10kΩ，R7、R8：3kΩ，R9、R10、R11、R12：1kΩ,R13:5.6kΩ，R14:10kΩ，R15:4.7kΩ,R16：10kΩ；各电容的参数分别为，C1：10uF，C2：10uF，C3：22uF，C4：22uF，C5：10uF，C6：0.1uF，C7、C8:20pF，C9：10uF,C10、C11：0.01uF，C12、C13：1uF，C14、C15：10uF；运放U1、U3、U4的型号为：LM324，运放U2的型号为：OP07，发光二极管LED1和LED2的型号为BT102，电源VDD的电压为+5V。
“智畜+”是一种基于通信领域和“互联网+”现代农业领域的智能畜牧业养殖系统，本发明隶属于“智畜+”中针对肉猪喂养和追踪的分支。本发明是一种能够采集肉猪体重、养殖环境温湿度、进食等信息，云平台存储分析数据和手机APP可查数据的智能养殖系统。该系统RFID读写器在肉猪进食时对该肉猪的射频芯片进行低频识别，并且利用温湿度传感器及肉猪体重检测传感器能够实时且准确检测进食肉猪的准确信息，然后将传感器采集的数据进行滤波、放大、去噪等处理，通过无线WIFI模块将数据发送到云平台上进行存储，云平台通过P-LEACH算法对采集数据进行分析融合后，分析出肉猪的进食与饲料的精确比例并将数据下发至用户手机APP，用户可通过手机APP客户端随时查看检测到的相关信息以及计算的进食转换率。
综上，本发明有以下有益效果：
1、本发明通过系统RFID读写器在肉猪进食时对该肉猪的射频芯片进行低频识别，并且通过传感器能够对肉猪体重、进食情况、当前养殖环境三个主要肉猪信息进行检测。并能通过P-LEACH算法对采集数据进行数据融合，并把当前检测数据显示在液晶显示屏及手机APP上；
2、本发明通过通信WIFI模块可以在极短的时间内完成将肉猪信息传输至云数据分析处理平台。云平台再将分析结果下传至手机APP；
3、能够全程跟踪肉猪的生长及健康情况，及时跟进肉猪体重与饲料转换情况，为饲养者提供精准养殖信息。
附图说明
图1是本发明的总体框图。
图2是主控模块1的原理图。
图3是体重检测传感器模块2的原理图。
图4是调理及A/D转换模块3的原理图。
图5是WIFI通信模块4的原理图。
图6是显示模块5与主控模块1的连接原理图。
图7是养殖环境监测模块6与主控模块1的连接原理图。
图8是肉猪进食识别模块7的原理图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的结构及工作原理，本发明中各元器件的优选参数已标于附图中。
实施例1本发明的整体系统结构
参照图1，本发明的一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统的结构有，主控模块1、体重检测传感器模块2、调理及A/D转换模块3、WIFI通信模块4、显示模块5、养殖环境监测模块6、肉猪进食识别模块7和云平台8。其中主控模块1负责协调各模块之间的工作，当肉猪进食时肉猪进食识别模块7通过读写进食肉猪的电子标签对进食肉猪进行识别，体重检测传感器模块2检测当前肉猪体重信息，养殖环境监测模块6检测当前肉猪养殖环境温湿度信息并通过调理及A/D转换模块3把相应的数据发送给主控模块1，主控模块1通过WIFI通信模块4与云平台8相连接，云平台8通过P-LEACH算法分析数据并将最终数据传输至手机APP，使养殖者能够及时获得最新养殖信息。同时主控模块1可以将检测数据实时显示到显示模块5上。
实施例2主控模块1
参照图2，所述的主控模块1的结构为：ARM芯片STM32F103ZET6的8脚和9脚之间接频率为32.768KHz的晶振Y1，同时8脚和9脚还分别通过电容C1和电容C2接地，24脚连接频率为8MHz的晶振Y2的一端，晶振Y2的两端分别与电阻R1的两端相连，晶振Y2的两端还分别通过电容C3和电容C4接地，ARM芯片STM32F103ZET6的30脚接地，33脚通过电阻R2接电源VDD，同时33脚还通过两个并联的电容C5和电容C6接地，16脚、38脚、51脚、61脚、71脚、83脚、94脚、107脚、120脚、130脚和143脚均接地，17脚、39脚、52脚、62脚、72脚、84脚、95脚、108脚、121脚、131脚和144脚均连接电源VDD。
实施例3体重检测传感器模块2
参照图3，本发明的肉猪体重检测传感器模块2的结构为：单片机STC89C52的40脚接电源VDD,20脚接地，18脚、19脚分别通过电容C7、电容C8接地，同时在18脚与19脚之间接12M晶振Y3，9脚通过电阻R3接地，9脚还接电阻R4的一端和电容C9的一端，电阻R4的另一端接开关S1的一端，开关S1的另一端和电容C9的另一端接电源VDD，单片机STC89C52芯片的11脚与主控模块1中的ARM芯片STM32F103ZET6的69脚相连接。该模块实现对进食肉猪的重量进行实时监测，并把相应的数据送到主控模块1上。
实施例4调理及A/D转换模块3
参照图4，所述的调理及A/D转换模块3的结构为：电阻R5的一端与养殖环境监测模块6的传感器芯片DHT11的SCK端相连，另一端与电阻R6的一端和电容C10的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1的同相输入端相连，电容C10的另一端与运放U1的输出端及电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放大U2的同相输入端相连；运放U1的反相输入端接电容C11的一端，电容C11的另一端接等电势；运放U1的3脚和4脚分别接地和VDD，运放U2的反相输入端接电阻R8的一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接等电势，电阻R8的另一端接运放U2的输出端，运放大U2的输出端接运放U3的同相输入端，运放U2的4脚和3脚分别接VDD和地；运放U3的4脚和3脚分别接VDD和地，同时运放U3的反相输入端接运放U3的输出端和芯片TLC2543的1脚，芯片TLC2543的10脚和13脚接地，20脚和14脚接电源VDD，芯片TLC2543的19脚接运放U4的同相输入端，运放U4的3脚接VDD同时通过电容C12接地，运放U4的4脚接地同时通过电容C13接地，运放U4的反相输入端接运放U4的输出端，同时接主控模块1的ARM芯片STM32F103ZET6的137脚。该模块可实现将养殖环境监测模块6检测到的模拟的信息进行预处理，调制检测信号并将模拟信号转换成STM32F103ZET6能够识别的数字信号。
实施例5WIFI通信模块4
参照图5，本发明的WIFI通信模块4的结构为：芯片ESP8266的16脚接电源VDD,1脚接地；4脚接所述的调理及A/D转换模块3中运放U2的反相输入端，2脚通过电阻R10接地，9脚、11脚分别通过电阻R11、电阻R12接电源VDD，按键开关SW1的1脚接芯片ESP8266的19脚，按键开关SW1的2脚与地相连，芯片ESP8266的5脚接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极与地相连，芯片ESP8266的6脚接发光二极管LED1的负极，发光二极管LED1的正极与电源VDD相连；芯片ESP8266的7管脚、8管脚分别与主控模块1的ARM芯片STM32F103ZET6的16脚、17脚相连。该模块可实现主控模块1与云平台8之间的通信，在检测之后，将重量、环境温湿度等信息及时发送到云平台8上。
实施例6显示模块5
参照图6，本发明的显示模块5的结构为：液晶显示屏LCD12864的VDD端口和BLA端接电源VDD，VSS端口和BLK端接地，VL端口接滑动变阻器R14的一端，滑动变阻器R14的另一端和滑线端接地，液晶显示屏LCD12864的数据端D0～D7共8个引脚依次与主控模块1中的ARM芯片STM32F103ZET6的2～5脚、58～60脚和63脚共8个引脚相连。该模块可实现对检测信息进行实时显示。
实施例7养殖环境监测模块6
参照图7，本发明的养殖环境监测模块6的结构为：传感器芯片DHT11的GND端接地，VDD端接电源VDD，DATA端接主控模块1中ARM芯片STM32F103ZET6的34脚，DATA端还通过电阻R15接电源VDD，SCK端接所述的调理及A/D转换模块3中的电阻R5的一端。该模块可实现对养殖环境信息进行检测。
实施例8肉猪进食识别模块7
参照图8，本发明的肉猪进食识别模块7的结构为：MFRC552芯片的1、4、5、18、32脚接地，2、3脚接电源VDD，6脚通过电阻R16接电源VDD，21、22脚之间接频率为27.12MHz的晶振Y4，同时还分别通过电容C10、C11相连，MFRC552芯片的11、17管脚分别与主控模块1中ARM芯片STM32F103ZET6的79、78管脚相连。该模块可实现对进食肉猪进行电子标签的识别。
实施例9云平台8
所述的云平台8是具有P-LEACH算法的网络服务器，所述的P-LEACH算法是，将传感器采集信息进行数据融合，并在协议中预设阈值，当采集数据超越阈值时协议会将该异常数据去除，然后将检测到的肉猪数据下发至手机APP。
本发明通过EPC物联网、RFID技术、云平台技术以及Android平台的肉猪喂养追踪养殖管理系统的开发，利用RFID标签来实现肉猪的跟踪追溯，不仅能有效地减少劳动力、降低了农场养殖的成本和提高了肉猪的质量，还可以减少对环境的影响，使肉猪养殖成为管理科学、资源节约，环境友好、效益显著的产业，这对于实现我国畜牧养殖业由粗放型向精细、效应型转变，由数量型向质量型转移不失为一条重要的技术措施。提升中国农产品在世界商贸中的竞争力。
Claims (3)
1.一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统，其结构有养殖监测装置和通信装置，其特征在于，所述的养殖监测装置由主控模块(1)以及与主控模块(1)相连的体重检测传感器模块(2)、调理及A/D转换模块(3)、肉猪进食识别模块(7)，及与调理及A/D转换模块(3)相连接的养殖环境监测模块(6)、与主控模块(1)相连的显示模块(5)构成，所述的通信装置由WIFI通信模块(4)构成，WIFI通信模块(4)将传感器采集数据上传至云平台(8)并通过P-LEACH算法进行分析；所述的云平台(8)是具有P-LEACH算法的网络服务器；
所述的主控模块(1)的结构为：ARM芯片STM32F103ZET6的8脚和9脚之间接频率为32.768KHz的晶振Y1，同时8脚和9脚还分别通过电容C1和电容C2接地，24脚连接频率为8MHz的晶振Y2的一端，晶振Y2的两端分别与电阻R1的两端相连，晶振Y2的两端还分别通过电容C3和电容C4接地，ARM芯片STM32F103ZET6的30脚接地，33脚通过电阻R2接电源VDD，同时33脚还通过两个并联的电容C5和电容C6接地，16脚、38脚、51脚、61脚、71脚、83脚、94脚、107脚、120脚、130脚和143脚均接地，17脚、39脚、52脚、62脚、72脚、84脚、95脚、108脚、121脚、131脚和144脚均连接电源VDD；
所述的体重检测传感器模块(2)的结构为：单片机STC89C52的40脚接电源VDD,20脚接地，18脚、19脚分别通过电容C7、电容C8接地，同时在18脚与19脚之间接12M晶振Y3，9脚通过电阻R3接地，9脚还接电阻R4的一端和电容C9的一端，电阻R4的另一端接开关S1的一端，开关S1的另一端和电容C9的另一端接电源VDD，单片机STC89C52芯片的11脚与主控模块(1)中的ARM芯片STM32F103ZET6的69脚相连接；
所述的调理及A/D转换模块(3)的结构为：电阻R5的一端与养殖环境监测模块(6)的传感器芯片DHT11的SCK端相连，另一端与电阻R6的一端和电容C10的一端相连，电阻R6的另一端与运放U1的同相输入端相连，电容C10的另一端与运放U1的输出端及电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与运放大U2的同相输入端相连；运放U1的反相输入端接电容C11的一端，电容C11的另一端接等电势；运放U1的3脚和4脚分别接地和VDD，运放U2的反相输入端接电阻R8的一端和电阻R9的一端，电阻R9的另一端接等电势，电阻R8的另一端接运放U2的输出端，运放大U2的输出端接运放U3的同相输入端，运放U2的4 脚和3脚分别接VDD和地；运放U3的4脚和3脚分别接VDD和地，同时运放U3的反相输入端接运放U3的输出端和芯片TLC2543的1脚，芯片TLC2543的10脚和13脚接地，20脚和14脚接电源VDD，芯片TLC2543的19脚接运放U4的同相输入端，运放U4的3脚接VDD同时通过电容C12接地，运放U4的4脚接地同时通过电容C13接地，运放U4的反相输入端接运放U4的输出端，同时接主控模块(1)的ARM芯片STM32F103ZET6的137脚；
所述的WIFI通信模块(4)的结构为：芯片ESP8266的16脚接电源VDD,1脚接地；4脚接所述的调理及A/D转换模块(3)中运放U2的反相输入端，2脚通过电阻R10接地，9脚、11脚分别通过电阻R11、电阻R12接电源VDD，按键开关SW1的1脚接芯片ESP8266的19脚，按键开关SW1的2脚与地相连，芯片ESP8266的5脚接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接发光二极管LED2的正极，发光二极管LED2的负极与地相连，芯片ESP8266的6脚接发光二极管LED1的负极，发光二极管LED1的正极与电源VDD相连；芯片ESP8266的7管脚、8管脚分别与主控模块(1)的ARM芯片STM32F103ZET6的16脚、17脚相连；
所述的显示模块(5)的结构为：液晶显示屏LCD12864的VDD端口和BLA端接电源VDD，VSS端口和BLK端接地，VL端口接滑动变阻器R14的一端，滑动变阻器R14的另一端和滑线端接地，液晶显示屏LCD12864的数据端D0～D7共8个引脚依次与主控模块(1)中的ARM芯片STM32F103ZET6的2～5脚、58～60脚和63脚共8个引脚相连；
所述的养殖环境监测模块(6)的结构为：传感器芯片DHT11的GND端接地，VDD端接电源VDD，DATA端接主控模块(1)中ARM芯片STM32F103ZET6的34脚，DATA端还通过电阻R15接电源VDD，SCK端接所述的调理及A/D转换模块(3)中的电阻R5的一端；
所述的肉猪进食识别模块(7)的结构为：MFRC552芯片的1、4、5、18、32脚接地，2、3脚接电源VDD，6脚通过电阻R16接电源VDD，21、22脚之间接频率为27.12MHz的晶振Y4，同时还分别通过电容C10、C11相连，MFRC552芯片的11、17管脚分别与主控模块(1)中ARM芯片STM32F103ZET6的79、78管脚相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统，其特征在于，所述的云平台(8)是具有P-LEACH算法的网络服务器，所述的P-LEACH算法是，将传感器采集信息进行数据融合，并在协议中预设阈值，当采集数据超越阈值时协议会将该异常数据去除，然后将检测到的肉猪数据下发至手机APP。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于ARM及RFID的肉猪喂养追踪系统，其特征在于，电路中各元器件的参数如下：各电阻参数分别为：R1：1MΩ，R2：10Ω，R3：10kΩ，R4:10kΩ，R5、R6：10kΩ，R7、R8：3kΩ，R9、R10、R11、R12：1kΩ,R13:5.6kΩ，R14:10kΩ，R15:4.7kΩ,R16：10kΩ；各电容的参数分别为，C1：10uF，C2：10uF，C3：22uF，C4：22uF，C5：10uF，C6：0.1uF，C7、C8:20pF，C9：10uF,C10、C11：0.01uF，C12、C13：1uF，C14、C15：10uF；运放U1、U3、U4的型号为：LM324，运放U2的型号为：OP07，发光二极管LED1和LED2的型号为BT102，电源VDD的电压为+5V。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203502819U (zh) * | 2013-10-26 | 2014-03-26 | 付廷斌 | 一种鸡舍控制系统 |
| CN106019969A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-10-12 | 吉林大学 | 一种基于arm的智能家用室内环境监测装置 |
| CN107182909A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-09-22 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种猪只饲喂方法、服务器、饲喂器及系统 |
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-
2018
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