CN212458669U - 用于养殖场红外测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子通信技术领域，尤其为一种用于养殖场红外测温系统，包括：若干组红外传感器，用于将其视场范围内的红外辐射转化成数字信号，通过SMBus总线将数据传至微处理器；所述微处理器优先以有线连接方式与PC上位机进行串口通信，当有线连接方式故障时，微处理器以无线连接方式与PC上位机进行通信，用于将温度数据显示在PC上位机；所述PC上位机与微处理器连接，接收由微处理器发送的温度数据并显示，同时可与移动设备终端连接通信，用于在温度异常时输出报警信号；电源，与红外传感器及微处理器连接，用于提供工作电压。本实用新型，实现了饲养场红外测温系统能够在有效测量范围内自动测温并实时传递测温数据。

Description

用于养殖场红外测温系统

技术领域

本实用新型涉及电子通信技术领域，具体为一种用于养殖场红外测温系统。

背景技术

对于大规模饲养场而言，做好动物的疾病防治与日常管理工作，对促进畜牧业的发展具有重要意义。实时掌握动物的体温及日常信息(如动物进食状态，闲时精神状态，病时治疗记录，异常状况等)是做好动物疾病防治与日常管理的基本要求。动物在生病时，多数情况都会表现出体温异常，因此在大规模饲养场，特别是在动物疫情传播初期，需要一种测温系统，能迅速排查动物温度并进行信息管理，以便及时对已感染动物做隔离治疗。

现有技术如授权公告号CN202442790U，公开的一种饲养场红外测温系统，包括PC机以及通过ZigBee无线传输网络与所述PC机连接的若干个便携式红外测温及数据传送控制器。该系统能够在有效测量范围内自动测温并实时传递测温数据，具有成本低、操作方便的优点。但是该方案依然存在以下不足：ZigBee通信受到通信距离的制约，通信距离较短，一般在75m内，而且信号穿透力差，不适用于上位机与饲养场直线距离在75m范围以外，虽然可以扩展，但是系统将变得冗余、复杂，同时安装成本较高；ZigBee通信虽然省去了布线，但是其一旦出现通信故障，将影响饲养场对牲畜的实时测温。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于养殖场红外测温系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于养殖场红外测温系统，包括：

若干组红外传感器，用于将其视场范围内的红外辐射转化成数字信号，通过SMBus总线将数据传至微处理器；

所述微处理器优先以有线连接方式与PC上位机进行串口通信，当有线连接方式故障时，微处理器以无线连接方式与PC上位机进行通信，用于将温度数据显示在PC上位机；

所述PC上位机与微处理器连接，接收由微处理器发送的温度数据并显示，同时可与移动设备终端连接通信，用于在温度异常时输出报警信号；

电源，与红外传感器及微处理器连接，用于提供工作电压。

优选的，所述微处理器通过SMBus总线与PC上位机进行串口通信，在SMBus串行通信故障时，微处理器以LoRa无线传输方式与PC上位机进行通信。

优选的，所述微处理器连接有LoRa模块，所述PC上位机通过路由串口接LoRa模块，通过一对LoRa模块实现结点与PC上位机之间实现数据透传。

优选的，所述红外传感器与微处理器均自带一个充电电池，该充电电池连接到电源。

优选的，所述红外传感器基于数字式红外传感器MLX90615ESG-DAA，所述微处理器和路由均基于STM32单片机，所述LoRa模块基于SX1278芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型，实现了红外传感器的非接触式多点温度测量系统，该系统测量精度可达0.02℃，且响应速度快，SMBus总线通信抗干扰能力强，信号传输稳定，LoRa无线传输穿透性强，传输距离远；传感器与微处理器的接口简单，简化了硬件设计工作，可以实现SMBus总线通信和LoRa无线传输通信的转换的多点温度测量，保证了在一种通信方式故障情况下，可以启用备用通信方案，降低了通信完全故障的几率，实现了饲养场红外测温系统能够在有效测量范围内自动测温并实时传递测温数据。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为本实用新型红外传感器MLX90615框图；

图3为本实用新型更改红外传感器MLX90615地址流程图；

图4为本实用新型温度数据读取流程图；

图5为本实用新型工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～5，本实用新型提供一种技术方案：

一种用于养殖场红外测温系统，包括电源、若干组红外传感器、一组微处理器、SMBus总线、两组LoRa模块以PC上位机，红外传感器和微处理器连接到电源上，电源为红外传感器和微处理器提供合适的工作电压，同时红外传感器和微处理器连接到SMBus总线，微处理器与PC上位机之间通信优先采用SMBus总线的串口通信，在SMBus总线串口通信出现故障时，微处理器与PC上位机之间则启动LoRa无线传输方式进行无线通信，电源与SMBus总线之间连接上拉电阻R。

如图1所示，红外传感器具体布局即安装位置可根据饲养场的具体环境进行安装设置，比如每个畜舍适当位置对应安装一个红外传感器，并具体顺序编号，红外传感器将其视场范围内的红外辐射转化成数字信号，通过SMBus总线将数据传至微处理器STM32，微处理器STM32与PC上位机优先进行串口通信，将温度数据显示在上位机。传感器部分采用数字式红外传感器MLX90615ESG-DAA(以下称MLX90615)，是高精度数字式测温芯片，正常工作的环境温度范围是-40～85℃，被测对象温度范围是-40～115℃，若需更小的测温范围，可通过SMBus总线修改E2PROM中相应控制字来改变这个范围，从而提高精度。本方案中PC上位机是位于监控室内，距离畜舍距离一般较远，如一般不少于30m，最远不超过3000m。

具体的，MLX90615主要由红外热电堆传感器、低噪声放大器、16位模/数转换器和DSP单元等组成，其结构框图如图2所示。红外热电堆传感器将采集到的红外辐射转化为电信号，并经过低噪声放大器放大后送给模/数转换器。模数转换器输出的数字信号经FIR/IIR低通滤波器调理后送入数字信号处理器，数字信号处理器对数字信号运算处理后输出测量结果并保存在MLX90615内部RAM中，可以通过SMBus或PWM方式供主控CPU单元读取。

具体的，若干个红外传感器作为从器件，通过SMBus总线连接到微处理器，微处理器为主器件，SDA及SCL引脚皆需通过300kΩ弱上拉，MLX90615支持7位地址，因此同一总线上的传感器数量多达127个。微处理器采用基于ARM Cortex-M3的32位微控制器STM32F103C8T6。该微处理器具有高速可靠、温度范围宽、资源丰富、功耗低等优点，适用于养殖场的控制等场合，能够满足多点红外测温系统的设计要求；同时MLX90615和微处理器STM32均配备一个充电电池(3.7V可充电锂电池，STM32需接电压钳位电路到3.3V，为现有技术，此时不详述)，在外接的电源断电情况下，就可以维持最低不低于2个月的使用时间。

具体的，由于养殖场对活体牲畜体温监测实时性较为严格，一般而言为了确保通讯抗干扰和数据的精确性，优选SMBus总线串口通信。当考虑到养殖场环境也较为复杂，一旦PC上位机与养殖场内的红外传感器之间故障失去通信信号，此时可以通过启动两个LoRa模块进行块进行配对，实现无线通信，从而保证对牲畜测温的实时性，便于饲养员管理。

具体的，在SMBus通信或者LoRa无线传输通信时，当其中一个或几个红外传感器与SMBus数据传输故障时，此时PC上位机通过内置运行软件可以显示出空缺数据的编号，管理员根据编号便于对编号对应的红外传感器进行排查检修及更换。

如3-4所示，为了保证每个红外传感器顺利工作，通过软件对红外传感器的地址进行修改，避免总线上出现“一呼百应”的情况。初始化主要完成通用IO、串口、中断及SMBus总线的设置。为每个MLX90615红外传感器设置其惟一地址后，将其通过SDA及SCL两线挂接到SMBus总线，与微处理器进行通信。微处理器作为总线上的主器件向总线上的第一个MLX90615发送命令并等待应答，待收到应答后，读取该点温度值并通过串口传至上位机进行显示，之后向第二个MLX90615发送命令并等待应答，得到应答后读取该点温度并传至上位机显示，以此类推，对总线上的所有MLX90615进行温度数据采集。

具体的，本方案中，PC上位机温度监测界面采用C++下的MFC类库编写，实现上位机通过串口与微处理器连接，接收由微处理器发送的温度数据并显示，此为现有技术，在此不详述。

如图1所示，在启动LoRa无线传输方式进行无线通信时，两个LoRa模块分别位于PC端和节点端。PC端使用STM32F103C8T6最小系统板，串口接LoRa模块，USB端连接PC，开发板实现USB CDC设备，使得连接LoRa的串口和USB CDC串口之间实现透传(串口接收到任何数据，直接由USB CDC发送给PC机；接收到PC机任何数据，直接通过串口转发给LoRa模块)，波特率全部采用9600。本方案中，LoRa模块采用SX1278，扩频因子SF10-12在34-37.5kbps之间，可以完全满足测温输出数据的需要，由于LoRa通信技术成熟且稳定，这样可以大大降低养殖场安装及维护成本。PC端STM32F103C8T6最小系统板的原理为现有技术，在此不详述。

如图5所示，本方案的具体安装调试及工作流程为：

安装调试

1：将红外传感器和微处理器与电源以及SMBus总线连线，然后将PC上位机连接到SMBus总线；

2：开启PC上位机，运行软件-信息管理系统，并启动红外传感器，使其在设定的温度区间内工作，红外测温结点加入SMBus总线网络，启用自动测温功能；

3：若PC上位机能在设定的时间内响应到结点上传的测温数据，温度异常时输出报警信号，则说明系统安装调试成功，否则进行排查；

4：SMBus调试正常时，将PC上位机与SMBus总线断开，红外测温结点加入LoRa无线传输，启用自动测温功能；

5：若PC上位机能在设定的时间内响应到结点上传的测温数据，温度异常时输出报警信号，则说明系统安装调试成功，否则进行排查。

工作流程

1：启动红外传感器，在设定的温度区间内工作，

2：红外测温结点加入SMBus总线网络，

3：启用自动测温功能，

4：PC上位机是否在设定的时间内响应到结点上传的测温数据；

5：如是则，PC上位机处理结点上传的数据，温度异常时输出报警信号；如否则，红外测温结点加入LoRa无线传输，

6：启用自动测温功能，

7：PC上位机是否在设定的时间内响应到结点上传的测温数据，

8：如是则，PC上位机处理结点上传的数据，温度异常时输出报警信号；如否则，排查测温系统(红外传感器)故障因。

本实用新型，实现了红外传感器的非接触式多点温度测量系统，该系统测量精度可达0.02℃，且响应速度快，SMBus总线通信抗干扰能力强，信号传输稳定，LoRa无线传输穿透性强，传输距离远；传感器与微处理器的接口简单，简化了硬件设计工作，可以实现SMBus总线通信和LoRa无线传输通信的转换的多点温度测量，保证了在一种通信方式故障情况下，可以启用备用通信方案，降低了通信完全故障的几率，实现了饲养场红外测温系统能够在有效测量范围内自动测温并实时传递测温数据。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种用于养殖场红外测温系统，其特征在于，包括：

若干组红外传感器，用于将其视场范围内的红外辐射转化成数字信号，通过SMBus总线将数据传至微处理器；

所述微处理器以有线连接方式与PC上位机进行串口通信，当有线连接方式故障时，微处理器以无线连接方式与PC上位机进行通信，用于将温度数据显示在PC上位机；

所述PC上位机与微处理器连接，接收由微处理器发送的温度数据并显示，同时可与移动设备终端连接通信，用于在温度异常时输出报警信号；

电源，与红外传感器及微处理器连接，用于提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的一种用于养殖场红外测温系统，其特征在于，所述微处理器通过SMBus总线与PC上位机进行串口通信，在SMBus串行通信故障时，微处理器以LoRa无线传输方式与PC上位机进行通信。

3.根据权利要求2所述的一种用于养殖场红外测温系统，其特征在于，所述微处理器连接有LoRa模块，所述PC上位机通过路由串口接LoRa模块，通过一对LoRa模块实现结点与PC上位机之间实现数据透传。

4.根据权利要求1所述的一种用于养殖场红外测温系统，其特征在于，所述红外传感器与微处理器均自带一个充电电池，该充电电池连接到电源。

5.根据权利要求3所述的一种用于养殖场红外测温系统，其特征在于，所述红外传感器基于数字式红外传感器MLX90615ESG-DAA，所述微处理器和路由均基于STM32单片机，所述LoRa模块基于SX1278芯片。

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