基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置论文和设计-唐晶磊

全文摘要

本实用新型是基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置。其中，包括智能自驱动导轨移动平台，数据采集装置，数据网络传输装置，数据接收装置、数据存储和处理装置以及电源装置。智能自驱动移动小车搭载数据采集装置、数据网络传输装置以及电源装置在移动轨道上匀速行驶，每隔10s，智能自驱动移动小车暂停，数据采集装置采集数据，并通过采用6LoWPAN技术的数据网络传输装置传输给数据接收装置，数据接收装置将数据传送给数据存储和处理装置实现生猪养殖环境的实时高效监测。本实用新型具有生猪养殖环境数据准确、耗能低、操作简单、高效等优点。

主设计要求

1.基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，包括智能自驱动导轨移动平台，数据采集装置，数据网络传输装置，数据接收装置、数据存储和处理装置以及电源装置：智能自驱动导轨移动平台包括移动轨道和智能自驱动导轨移动小车，所述的智能自驱动导轨移动小车在移动轨道上匀速滑动；数据采集装置包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和氨气传感器，所述的传感器通过杜邦线与数据网络传输装置相连；数据网络传输装置包括无线网络节点，收发天线，路由器，所述的路由器通过网线与Internet网络连接；数据接收装置包括网络协调器，所述的6LowPAN网络协调器为每个数据网络传输分配唯一的IPv6地址；数据存储和处理装置包括监测计算机，所述的监测计算机与网络协调器通过串口相连，所述的电源装置包括电源和降压装置。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的智能自驱动导轨移动小车包括两个驱动电机、四个滑轮，一个载板，控制装置，其中四个滑轮对称安装在载板上，两个驱动电机对称固定在载板前部，用于驱动前部两个滑轮。

3.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的移动轨道是长40米的钢制轨道，轨道两侧带有滑轮卡槽。

4.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的数据网络传输装置通过6LowPAN网络与数据接收装置进行数据交换。

5.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的数据存储和处理装置为装有Windows系统的计算机。

6.根据权利要求2所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的智能自驱动导轨移动小车的四个滑轮啮合并滑动在移动轨道的滑轮卡槽中。

7.根据权利要求2所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的智能自驱动导轨移动小车，其载板上搭载数据采集装置、数据网络传输装置、电源装置、控制装置以及驱动电机。

8.根据权利要求1所述的基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置，其特征在于，所述的电源为可循环充电的蓄电池，所述的降压装置为可调节变压器，可循环充电的蓄电池输出端与可调节变压器的输入端连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生猪养殖环境监测装置，尤其是涉及一种基于无线网络技术的移动式生猪养殖环境监测装置。

背景技术

随着牲畜养殖规模化和集约化的发展，生猪养殖圈舍环境，如，温度、湿度、二氧化碳、硫化氢和氨气的浓度对牲畜生产过程的安全性和高效性产生越来越重大的影响。当前，生猪养殖环境监测设备大多是基于ZigBee无线网络技术实现的，效能较低，通信稳定性差且地址空间少；并且将传感装置固定于圈舍某一位置，测量数据误差较大。因此，通过新型无线网络技术动态监测圈舍环境的实时状态就尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于6LoWPAN无线网络技术的移动式生猪养殖环境自动监测装置。通过使用自动控制技术、电机驱动技术、传感器采集技术、无线网络通信技术以及计算机技术，实现牲畜圈舍中温度、湿度、二氧化碳、硫化氢和氨气的浓度数据的采集、传输、监视和处理。具体技术方案如下：一种基于6LoWPAN无线网络技术的牲畜环境自动监测装置，其特征在于，所述生猪养殖环境自动监测装置包括智能自驱动导轨移动平台，数据采集装置，数据网络传输装置，数据接收装置、数据存储和处理装置以及电源装置。所述的智能自驱动导轨移动平台搭载所述的数据采集装置在导轨移动进行全区域定时随机采集生猪养殖环境相关数据，通过数据网络传输装置发送数据，通过数据接收装置协调网络并接收生猪养殖环境相关数据，所述的数据接收装置与数据存储和处理装置通过串口相连，所述的电源装置用于数据采集装置、数据传输装置以及智能自驱动导轨移动平台提供电力。

所述的智能自驱动导轨移动平台主要包括移动轨道和智能自驱动导轨移动小车。

所述的数据采集装置主要包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和氨气传感器。

所述的数据网络传输装置包括无线网络节点，收发天线，路由器。

所述的数据接收装置主要包括网络协调器，有线Internet网络。

所述的数据存储和处理装置即监测计算机。

所述的电源装置包括电源。

进一步，所述的智能自驱动小车包括2个驱动电机，4个滑轮，1个载板，4组轴承，4个螺母，4个正心螺栓，4个偏心螺栓，2个驱动齿轮和从动齿轮以及控制装置。

进一步，所述的温湿度传感器为SHT30型传感器，所述的二氧化碳传感器为MG811型传感器，所述的氨气传感器为MQ137型传感器，所述的硫化氢传感器为MQ136型传感器。

进一步，所述的降压装置为可调节变压器。

进一步，所述的无线网络节点为CC2530型无线单片机。

进一步，所述的监测计算机为装有Windows系统的计算机，并且装有编写上位机程序以及用于数据存储的数据库。

附图说明

图1是本实用新型实施例基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置的架构示意图。

图2是本实用新型实施例基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置结构主视图。

图3是本实用新型实施例基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置中的智能自驱动导轨移动平台的结构正视图。

图4是本实用新型实施例基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置中的智能自驱动导轨移动平台的结构后视图。

图5是本实用新型实施例基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境监测装置中的数据采集装置的连接示意图。

附图标记：201.载板、202.移动轨道、203.驱动电机、204.螺母、205.数据网络传输装置、206.数据采集装置、207.电源装置、208.智能自驱动导轨移动小车控制装置、301.主动齿轮、302.前滑轮、303.轴承、304.正心螺栓、305.滑轮卡槽、306.从动齿轮、307.偏心螺栓、401.后滑轮。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、图2、图3、图4、图5具体说明本具体实施方式：基于6LoWPAN技术的移动式生猪养殖环境自动监测装置主要包括智能自驱动导轨移动平台、浓度数据智能采集装置，浓度数据网络传输装置、浓度数据接收装置以及浓度数据存储和处理装置。

智能自驱动导轨移动平台包括移动轨道和智能自驱动导轨移动小车。其中，移动轨道202为长度40m的笔直、两侧带有滑轮卡槽305的钢制轨道，通过两侧滑轮卡槽与智能自驱动导轨移动小车接触，同时还可以固定住智能自驱动导轨移动小车，防止侧偏；智能自驱动导轨移动小车，两个驱动电机通过螺母204固定在载板201前部上方，驱动电机203下方与主动齿轮301同心连接。将从动齿轮306与主动齿轮301啮合。前滑轮302、后滑轮401对称设于载板201下方，卡合在移动轨道202两侧，并且前部两个滑轮中心孔分别与两个从动齿轮301同心。每组轴承303均包含两个相同的轴承，将其中两组轴承分别通过过盈配合上下嵌入前、后四个滑轮中心孔中，两个轴承303保持一定间隙。即该智能自驱动导轨移动小车为前驱动力。对于前滑轮302，正心螺栓304和偏心螺栓307分别自下而上穿过四个滑轮中的两个轴承及从动齿轮并将其固定于载板下方；对于后滑轮401，正心螺栓304和偏心螺栓307分别自下而上穿过两个轴承303并将其固定于载板201下方。智能自驱动导轨移动小车的驱动控制装置208、数据采集装置206、数据网络传输装置205以及电源装置207分别通过螺母固定在载板上方，电源装置207同时为数据网络传输装置以及智能自驱动导轨移动小车提供电力。设置智能自驱动导轨移动小车运行速度为30m\/min，每运行10s，小车暂停1s，设置电机正转66s后开始反转并反复循环，即实现智能自驱动导轨移动小车在移动轨道上往返循环匀速移动。

数据采集装置包括湿度传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器和氨气传感器。其中，将SHT30、MG811、MQ137、MQ136 四个传感器的A-out接口分别通过杜邦线与CC2530型无线单片机的P0_0,P0_1,P0_6,P0_7四个 I\/O 引脚相连，通过烧写程序实现将传感器检测到的电信号转换为气体浓度数据，见图5。

数据网络传输装置包括无线网络节点，收发天线。其中，无线网络开发板采用CC2530型无线单片机，其核心无线 SOC 芯片包含MCU和EF；外设天线通过天线接口与CC2530型无线单片机相连接，负责信息通信；路由器与Internet网络有线连接，数据传输装置通过路由器与数据接收装置进行浓度数据传输。

数据接收装置包括网络协调器、有线传输网络。通过6LoWPAN网络与数据网络传输装置无线连接，负责接收来自数据传输装置的生猪养殖环境的相关数据，检测是否有数据传输装置发送来的加入网络请求，如果存在加入网络的请求，则协调器进行请求处理。并通过有线传输网络与数据存储和处理装置相连接，将数据信息传送给数据存储和处理装置。

数据存储和处理装置即监测计算机。其中，监测计算机中的上位机通过串口将数据接收装置接收的数据显示并存储到数据库中。

电源装置采用可循环充电的蓄电池，其电压范围为7.2V-7.5V；由于CC2530型无线单片机额定电压为5V，所以在电源装置与单片机之间接入降压装置，降压装置采用可调节变压器。将调节变压器1输入端与可循环充电蓄电池相连，输出端通过USB与CC2530型无线单片机相连接；将可调节变压器2输入端与可循环蓄电池相连，输出端通过USB与智能自驱动导轨移动小车控制装置相连。一个电源装置同时为上述二者提供电力。

具体操作流程如下：

接通电源，智能自驱动导轨移动小车及CC2530型无线单片机经过可调电压调节器接通电流，单片机自动进行初始化并建立6LoWPAN无线传感网络，智能自驱动导轨移动小车搭载数据采集装置和数据传输装置以30m\/min的速度在移动导轨上滑动，同时数据采集装置开始工作。当数据采集装置开始工作后，其以6次\/min的频率采集生猪圈舍中的环境样本，即，每10s后小车暂停1s时采集装置采集数据。并判断ADC采样值是否大于8192，若ADC采样值大于8192，则给出错误提示；否则，将ADC采样值转换为字符串形式输送给数据网络传输装置。数据网络传输装置将数据信息通过6LoWPAN无线传感网络发送，数据接收装置中的网路协调器进行扫描，在网络层中接收到数据网络传输装置的加入网络请求，则网络协调器进行请求处理并将处理响应返回给数据网络传输装置。网络协调器在消息队列中接收消息，将接收到的数据通过串口发送到PC端，通过上位机进行数据的显示和存储。

具体实施方式二：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，数据采集装置中的CC2530无线单片机以中断的方式与RFID射频识别子系统连接。

具体实施方式三：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，移动轨道是通过杆状装置悬挂于生猪猪舍空中，无坡度、无弯曲。

具体实施方式四：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，在投入实际生产使用时，智能自驱动导轨移动小车的运动速度可以根据用户要求灵活改变。

具体实施方式五：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，在投入实际生产使用时，数据采集装置频率可以根据用户要求灵活改变。

具体实施方式六：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，在投入实际生产使用时，移动轨道长度可以根据用户要求灵活改变。

具体实施方式七：

本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，在投入实际生产使用时，智能自驱动导轨移动小车的驱动方式可以根据用户要求灵活改变。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

设计图

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