范留伟. 基于STM32的猪舍环境自动监控系统的设计

# 范留伟. 基于STM32的猪舍环境自动监控系统的设计

## 1.绪论

- 1.影响因子

- 温度

- 适宜温度

- 母猪

- 15~19℃

- 小猪

- 30~32℃

- 调节温度

- 降温

- 滴水降温系统

- 应用于夏季分娩

- 集中细雾降温法

- 针对保育舍

- 局部环境射流蒸发降温法

- 针对南方开放型猪舍

- 供暖

- 智能电地暖供暖方式

- 湿度

- 通风

- 光照

- 有害气体

## 2.系统概述

- 2.1.设计任务

```

（1）设备环境要求：温度-10℃～50℃；相对湿度 30%～85%；

（2）能检测猪场的温度、湿度、CO2 浓度、NH3 浓度、H2S 浓度、光照度等参数，并显示出来；

（3）温度的误差为±1 度，湿度、CO2 浓度、NH 3 浓度、H 2 S 浓度、光照度的误差为±3~5%；

（4）可以控制风机、通风小窗、卷帘、湿帘、灯光、加热等设备；

（5）通过感应室内外温度，实现各风机开启与关闭，通过感应压力调节通风小窗系统开启与关闭；

（6）可实现春夏秋冬不同季节，通风模式的转变。

```

- 2.2. 总体构思

- 监测指标

- 温度

- 湿度

- 光照

- 氨气

- 硫化氢

- 二氧化碳

- 系统构成

- 上位机子系统

- 人机交互界面

- 主机子系统

- 接受并显示从机节点发来的测量数据

- 从机子系统

- 实时测量6个环境因子

- 根据控制阈值得出的控制策略，驱动各个执行设备调控各环境参数

- 2.3 控制器和通信总线的选择

- 控制器

- PLC

- DCS

- IPC

- MCU

- STM32

- FCS

- 通讯总线

- 485总线

- CAN总线

- 工业以太网总线

- ZigBee总线

- 2.5系统构成

- 主机STM32

- CAN节点

- 带有CAN控制器的STM32

- CAN收发器TJA1050

- 传感器模块

- 继电器模块

- 控制风机

- 湿帘电机

- 水泵电机

- 遮阳帘电机

- 供水电磁阀

- 加热电磁阀

- 按键模块

- 电源模块

- 5V

- 3.2V

- 报警模块

- 调光模块

- 2.6 控制策略

- 温湿度指数

- 有害气体浓度

- 氨气

- 18~25ppm

- 34~45ppm

- 50ppm

- 硫化氢

- 10ppm

- 30ppm

- 80ppm

- 二氧化碳

- 1000ppm

- 2000ppm

- 5000ppm

- 光照强度

- 发光体和遮阳帘协同调控

## 3. 硬件电路设计

- 3.1 元器件选型

- 主控芯片

- STM32F103VET6

- 闪存

- 512k

- SRAM

- 64K

- 定时器

- 4个通用

- 2个高级

- 2个基本

- 通信接口

- SPI（I²S）

- I²C

- 2个

- USART/UART

- 5个

- USB

- 1 个（USB2.0 全速）

- CAN

- 1 个（CAN2.0B 主动）

- SDIO

- 1

- GPIO端口

- 80

- 12 位 ADC 模块（通道数）

- 3（16）

- 12 位 DAC 模块（通道数）

- 2（2）

- 满足主频 72MHz

- 传感器

- 温湿度

- SHT75插针型

- 气体传感器

- TGS826

- TGS825

- TGS4161

- 光照

- GY-30

- 3.2 硬件电路

- 组成

- 7个按键

- S1配置按键

- S234功能选择按键

- S5

- 上/下限选择按键

- 时/分选择按键

- S67 +-1按键

- 串口收发芯片

- MAX3232

- 与上位机连接

- CAN收发芯片

- TJA1050

- 主机与从机相连

- 从机子系统组成

- 5个传感器

- 6个继电器

- MOC3021光耦芯片

- 隔离弱电和强电

- 控制发光体发光强弱

- TJA1050

- 最小系统设计

- 电源设计

- 按键设计

- LCD接口电路设计

- 15脚PSB的电平状态

- 串行

- 并行

- 传感器电路设计

- 数字传感器电路

- 通过I²C与MCU相连

- SCK、SDA

- 气体传感器电路

- 继电器驱动电路设计

- 外电源单独供电

- 蜂鸣器驱动电路设计

- CAN通信电路设计

- 串口通信电路设计

- MAX202

- 3.3 PCB印制电路板设计

- Protel

- 将各个部分单独设计成PCB板，拼成一个完成的系统

## 4. 系统软件设计

- 4.2 主机子系统整体设计

- GPIO口分配

- 主机循环

- 输入输出方案

- 1.通过按键-LCD进行人机交互

- 2. 通过串口实现上位机监控功能

- 4.3 从机子系统整体设计

- GPIO口分配

- 从机循环

- 1. 初始化

- 2. 通过CAN总线接收数据

- 3. 采集信号

- 4. 判断数据是否超限，并决定是否驱动执行设备

- 5. 采集信号值以及执行设备运行标志返回主机

- 4.4 模块驱动设计

- 按键

- 串口

- LCD

- 传感器

- 继电器

- 调光

- 蜂鸣器

## 5. 系统调试与模拟测试

- 系统调试

- 串口

- 按键-LCD

- 光照

- 温湿度

- 模拟电压测试

- 继电器驱动

- CAN通信

- CAN配置

- 1. GPIO口配置

- 2. 模式配置

- 3. 滤波器配置

- 4. 中断优先级配置

- 程序分析

- 从机程序

- 主机程序

## 6. 总结与展望

- 展望

- 将数据传到网上

- 调光模块出现问题，交流信号非线性

- 改进算法