CN207992761U - 一种基于fpga的家禽环境监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型创造提供了一种基于FPGA的家禽环境监控系统，包括FPGA控制器、传感器组、执行机构、上位机、无线传输模块；传感器组用于采集家禽舍内的环境参数，并将采集到的数据传输至FPGA控制器中；FPGA控制器用于接收传感器组发送的数据，通过RS232串口将数据传给无线传输模块，并以无线方式将采集的数据传给上位机；上位机将接收的数据与预设值进行比较，超出设置范围则通过FPGA控制执行机构工作，实现家禽舍环境的自动控制。本实用新型创造避免了传统人工采样或预先布线有线采集方式的局限性，实现了家禽养殖的智能化、信息化的现场管理，为提高蛋鸡的产蛋率、产蛋品质和经济效益提供了科学依据。
Description
技术领域
本发明创造属于自动监控技术领域，尤其是涉及一种基于FPGA的家禽环境监控系统。
背景技术
传统的家禽舍监控系统多采用有线方式连接，存在布线麻烦、维护困难、监测点移动性差、测量精度差、成本高等问题，物联网是新一代信息技术的重要组成部分，通过各类终端节点，按约定的协议，将客观世界的物品和互联网相连接，通过信息交换实现智能化的监视和管理。物联网是为了实现智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用。
在信息技术高速发展的时代，人们生活伴随着信息网络技术产生了巨大的变化，人们希望能通过互联网去管理家禽居住环境，目标就是使家禽舒适，节能和便利，这也是家禽发展的必然趋势。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于FPGA的家禽环境监控系统，以实现家禽养殖的智能化、信息化的现场管理。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种基于FPGA的家禽环境监控系统，包括FPGA控制器、传感器组、执行机构、上位机、无线传输模块；
所述传感器组用于采集家禽舍内的环境参数，并将采集到的数据传输至FPGA控制器中；
所述FPGA控制器用于接收传感器组发送的数据，通过RS232串口将数据传给无线传输模块，并以无线方式将采集的数据传给上位机；
所述上位机将接收的数据与预设值进行比较，超出设置范围则通过FPGA控制执行机构工作，实现家禽舍环境的自动控制。
进一步的，所述传感器组包括温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、NH3传感器、H2S传感器。
进一步的，所述FPGA通过驱动电路连接执行机构。
进一步的，所述执行机构包括升温系统、加湿系统、通风系统、光照系统、天窗电机、侧窗电机、遮阳幕电机和保温幕电机。
进一步的，还包括移动终端，所述上位机内设有GSM/GPRS模块，所述上位机通过无线网络将数据发送到移动终端。
进一步的，所述FPGA控制器还连接4X4键盘、报警电路和显示电路。
进一步的，所述FPGA控制器采用KX2C5F+型开发板，核心芯片为EP2C5T144。
进一步的，所述温湿度传感器型号为DHT11。
进一步的，所述光照传感器型号为BH1750FVI。
进一步的，所述无线传输模块型号为NRF905。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统具有以下优势：
本发明创造采用高性能的温湿度、光照、NH2、CO2、H2S等传感器实现鸡舍环境参数的实时高速检测，采用无线通信、FPGA控制与GPRS等技术实现检测数据的无线传输、执行机构的自动控制、短信查询和远程设备控制功能，避免了传统人工采样或预先布线有线采集方式的局限性，同时结合组态技术为管理人员提供良好的人机交互界面，实现了家禽养殖的智能化、信息化的现场管理，为提高蛋鸡的产蛋率、产蛋品质和经济效益提供了科学依据。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统的结构示意图；
图2为本发明创造实施例所述的温湿度传感器硬件连接图示意图；
图3为本发明创造实施例所述的光照传感器的硬件连接图；
图4为本发明创造实施例所述的气体传感器的硬件连接图；
图5为本发明创造实施例所述的无线传输模块的硬件连接图；
图6为本发明创造实施例所述的驱动电路的硬件连接图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1所示，一种基于FPGA的家禽环境监控系统，包括FPGA控制器、传感器组、执行机构、上位机、无线传输模块；所述传感器组用于采集家禽舍内的环境参数，并将采集到的数据传输至FPGA控制器中；所述FPGA控制器用于接收传感器组发送的数据，通过RS232串口将数据传给无线传输模块，并以无线方式将采集的数据传给上位机；所述上位机将接收的数据与预设值进行比较，超出设置范围则通过FPGA控制执行机构工作，实现家禽舍环境的自动控制。
本发明创造的传感器组包括温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、NH3传感器、H2S传感器；
系统以单总线数字温湿度传感器DHTll作为鸡舍测量温湿度器件。它与FPUA控制器之间仅需一条接口便可实现双向通讯，其测量温度范围为。5～50℃，精度为士2℃,测量湿度范围为20％～90％RH,精度为±5％RH，信号传输距离可达20m以上。由于温湿度检测点与FPGA控制器通讯距离小于20m,端口Pin28连接距离小于20m，则接上5.1KΩ的上拉电阻即可。温湿度传感器的硬件连接如图2所示，单总线上外接5.1KΩ的上拉电阻，确保总线空闲时为高电平；
系统以两总线数字光照传感器BH1750FVI作为鸡舍测量光照强度器件。其测量输入光强范围为1～655351x，精度为0.96～1.44times，能满足蛋鸡舍的光照测量要求。光照传感器的硬件连接如图3所示，其数据线和时钟线分别接FPUA控制器的Pin 8和Pin 9端口，从而实现光照度检测；
家禽舍NH2、CO2、H2S浓度检测分别采用MHZ14型红外CO2浓度传感器、MQ-137检测模块和MQ-136检测模块作为鸡舍有害气体浓度测量器件。MH-Z14型CO2传感器的测量范围为0～2OOOppm,精度为±5ppm，工作环境温度范围为0～60℃、湿度范围为0～95％RH，能满足家禽舍的CO2浓度测量要求。NH2传感器采用MQ-137检测模块，该模块主要芯片由LM393和MQ-137氨气传感器组成，提供模拟量和TTL二双路信号输出，本申请采用TTL二信号输出，其NH2浓度探测范围为5～200ppm,能满足家禽舍的氨气浓度测量要求。H2S传感器采用MQ-136检测模块，其模块组成与MQ-137检测模块同，不再赘述，只需把主芯片MQ-137换成MQ-136芯片即可实现对家禽舍H2S浓度含量检测，测量范围为1～200ppm，能满足蛋鸡舍的硫化氢浓度测量要求。气体传感器硬件连接如图4所示。
本发明创造的无线传输模块采用单片无线收发模块NRF905,工作电压为1.9～3.6V，有三个可以免费使用的ISM频段(433/868/915MHz)。该模块配吸盘天线后能够满足监控室到大棚监测点半径为500m范围的数据传输及控制实现。无线传输模块的硬件连接如图5所示。
本发明创造的FPGA通过驱动电路连接执行机构，驱动电路设计如下：
由于FPGA控制器的工作电压为3.3V，而系统的执行机构是220V甚至380V高电压，因此FPGA控制器对信号处理后，需经过继电器驱动执行机构来完成相应操作，实现对蛋鸡鸡舍环境控制。继电器驱动电路如图6所示。光耦4N25能够有效抑制继电器通断时产生的较大感应电动势对FPGA控制器的输出信号干扰；阻尼二极管IN4007为SRD-05VDC-SL-C继电器触点动作时提供释放回路，避免因高压击穿驱动三极管Q1；R3和C1构成阻容电路并联在触点两端，能够延长继电器触点寿命，保险丝F1串联在执行回路中能够有效避免电流过大烧坏执行部件和触点。当Pin 31输出高电平时，光敏三极管导通输出高电平，使驱动三极管Q1饱和导通，因此继电器得电吸合，常开触点闭合，执行机构开始工作；当Pin 31输出低电平时，由于电阻R1的分压，发光二极管不发光，光敏三极管处于截止状态，使驱动三极管Q1截止，因此继电器释放，常开触点断开，执行机构不工作。
本发明创造的执行机构包括升温系统、加湿系统、通风系统、光照系统、天窗电机、侧窗电机、遮阳幕电机和保温幕电机。
本发明创造还包括移动终端，所述上位机内设有GSM/GPRS模块，所述上位机通过无线网络将数据发送到移动终端。
本发明创造的FPGA控制器还连接4X4键盘、报警电路和显示电路。
本发明创造的FPGA控制器采用KX2C5F+型开发板，核心芯片为EP2C5T144。
本发明创造在使用过程中，将家禽舍各传感器采集到的数据送给FPGA控制器进行数据处理，然后通过RS232串口将数据传给无线传输模块，并以无线方式将采集值传给上位机，上位机与用户设定的各环境参数范围进行比较，若有环境参数超出范围则产生相关报警指示，同时将其执行机构的控制指令以无线方式传给现场FPGA控制器来实现这些部件的启停控制，从而实现家禽舍环境参数的自动控制。
本发明创造的执行机构、键盘、报警电路、显示电路等都是现有产品，都属于现有技术，与驱动电路的连接关系也是本领域技术人员常用的链接关系。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：包括FPGA控制器、传感器组、执行机构、上位机、无线传输模块；
所述传感器组用于采集家禽舍内的环境参数，并将采集到的数据传输至FPGA控制器中；
所述FPGA控制器用于接收传感器组发送的数据，通过RS232串口将数据传给无线传输模块，并以无线方式将采集的数据传给上位机；
所述上位机将接收的数据与预设值进行比较，超出设置范围则通过FPGA控制执行机构工作，实现家禽舍环境的自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述传感器组包括温湿度传感器、光照传感器、CO2传感器、NH3传感器、H2S传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述FPGA通过驱动电路连接执行机构。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述执行机构包括升温系统、加湿系统、通风系统、光照系统、天窗电机、侧窗电机、遮阳幕电机和保温幕电机。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：还包括移动终端，所述上位机内设有GSM/GPRS模块，所述上位机通过无线网络将数据发送到移动终端。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述FPGA控制器还连接4X4键盘、报警电路和显示电路。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述FPGA控制器采用KX2C5F+型开发板，核心芯片为EP2C5T144。
8.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述温湿度传感器型号为DHT11。
9.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述光照传感器型号为BH1750FVI。
10.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于FPGA的家禽环境监控系统，其特征在于：所述无线传输模块型号为NRF905。
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| CN113630665A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-09 | 东北大学 | 一种矿山用传感器布设系统及其控制方法 |
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