温湿度、光照等环境因素，对畜禽的健康和生长有重要影响。畜禽在低温高湿环境比在低温适宜湿度环境更容易患风湿症、肠炎等疾病。高温环境中，高湿妨碍畜禽的蒸发散热，很容易使畜禽体内积热过多，体温升高而导致疾病。因此，需要对畜禽舍的温湿度进行有效地控制［1］。

智能畜禽养殖监控系统应能够采集畜禽舍内温湿度、光照等数据，并将采集到的数据通过无线及有线的方式进行传输至后台管理系统。仅获取当前的温湿度值是不够的，通常情况下，养殖者还希望能够通过必要的干预手段，将禽舍内的环境参数控制在合理的范围，以提高畜禽养殖的质量和效率。本研究设计了一套智能畜禽养殖监控系统，采用ZigBee和以太网相结合的通信方式在畜禽舍内部署各类环境监测传感器，大量的传感器节点构成监控网络。通过各种传感器采集养殖场的相关环境因素，结合季节、养殖品种的生理特点，编制有效的养殖环境信息采集及调控程序，达到自动完成禽舍环境控制的目的。

1 智能畜禽养殖监控系统体系结构设计

智能畜禽养殖监控系统的网络结构遵循物联网的3层基本结构［2］。感知层通过传感器采集节点，实现畜禽养殖场所环境信息的采集，并将数据汇聚至协调器节点做必要处理，最后将数据发送至网关［3］。网关起到连接无线传感器网络［4］与局域网或广域网的作用，通过网关可以将数据通过网卡模块或GPRS模块将数据传输至服务器供所有用户访问。用户在应用层实现养殖场环境信息的接收和发送控制命令［5］。

畜禽舍监控系统分为3部分：Zigbee无线传感器网络、网关和计算机监控软件，整个系统的体系结构如图1所示。该系统的具体实施需要完成各种节点硬件平台、节点应用程序和PC端监控软件3个方面的设计，其中硬件平台的设计包括传感器节点和网关节点的设计。

图1 畜禽养殖监控系统体系结构

2 硬件设计

传感器节点主要包含数据采集单元和数据传输单元。传感器节点采用TI公司的CC2530片上系统为核心，湿度、光照等传感器将采集的数据送至CC2530经必要处理后以无线传输的方式传送至网关节点。

网关节点主要由数据传输单元、数据处理单元和网卡模块组成，实现的功能主要包括接收无线传感器网络中传感器节点发送的数据，将基于Zigbee协议的数据转换成符合TCP／IP协议的数据。转换完成后，通过网卡模块把数据发送到计算机。

2．1 传感器节点硬件平台的设计

温湿度传感器节点主要由DHT11数字温湿度传感器及CC2530构成，两者间的数据传输采用单总线方式。DHT11负责禽舍内温度、湿度数据的采集，采集的数据经CC2530做简单处理后由其射频部件以无线传输的方式转发至网关节点。

光照传感器节点主要由BH1750FVI光照传感器及CC2530构成，两者采用IIC总线方式进行数据传输。BH1750FVI光照传感器负责采集禽舍内的光照数据并将数据实时传送至CC2530，CC2530对数据进行滤波等处理后转发至网关节点。

2．2 网关节点硬件平台的设计

网关节点主要由ENC28J60网卡模块及CC2530构成，ENC28J60带有SPI接口，通过该接口可以将其与CC2530进行连接 （图2）。网关节点的CC2530芯片用于与其他传感器节点组成Zigbee网络，对各传感器节点转发的数据做数据融合后，ENC28J60模块将处理好的数据借助计算机网络传输至计算机。

图2 CC2530与网卡芯片ENC28J60的连接

3 软件设计

3．1 温湿度传感器程序设计

DHT11温湿度传感器采集的数据分为小数部分和整数部分，每次传输数据位数为40 bit，高位在前低位在后。具体数据格式：8 bit湿度整数数据、8 bit湿度小数数据、8 bit温度整数数据、8 bit温度小数数据及8 bit校验和。根据对该传感器时序图的详细分析，绘制了操作该传感器的流程，如图3所示。

图3 DHT11操作流程

3．2 Zigbee节点的程序设计

在Zigbee协议中规定了3种类型的节点，分别是终端节点（传感器节点）、路由器节点、协调器节点（网关节点）［6］。3 种节点程序的设计都是在 Z－Stack 2007 PRO协议栈的基础上进行，本系统主要涉及协调器节点和传感器节点程序的设计［7］。

传感器节点上电进行初始化工作后，申请加入网络，并判断是否加入成功。若没有加入成功则继续申请加入网络，如果成功加入某网络，节点建立绑定表。接着传感器节点进行网络监控，读取传感器数据后发送数据包给网关节点并判断发送是否成功，没有发送成功时节点将重新发送。

文章来源：《当代畜禽养殖业》 网址: http://www.ddcqyzy.cn/qikandaodu/2020/1210/509.html