基于MSP430的家畜咀嚼监测器设计

徐骁翔 谭 峰 李威豪 刘亚光 郭 朋（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江 大庆 163319）



基于MSP430的家畜咀嚼监测器设计

徐骁翔 谭 峰 李威豪 刘亚光 郭 朋
（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江 大庆 163319）

摘 要：经研究表明，对家畜进行定时，定量的饲料投放是现代化养殖的重要步骤。本设计以msp430芯片为核心，通过对于家畜进食时咀嚼所带来的弯曲度变化监测，获得其咀嚼时长，频率等参数。同时获取环境温度以及采集时间，并将多种数据整合，以文本形式保存于系统自带的SD卡上。读取SD卡数据后，就能获得包括时间，温度以及咀嚼清晰情况的文本文件，为分析家畜的饮食习性提供有力的技术支撑与数据支持。

关键词：MSP430；弯曲度传感器；环境温度；SD卡

1 引言

经调查，现今国内养殖业中，许多农场对家畜喂料往往是非常随意的。然而，对于家畜的定时、定量投食，是非常有必要的。不科学的饲喂，造成的结果不是农场投料不足影响的繁殖育种，就是浪费饲料造成的生产效率低下。本项目采用弯曲度传感器作为监测家畜特定时间内咀嚼状况的监测器。在特定的时间内监测家畜咀嚼进食的具体情况，并记录在自带的SD卡上。研究人员通过卡内的数据，可以对家畜的进食情况进行分析观察。坚持这样，就能够采集到一个长期的家畜饮食规律样本，做到真正了解家畜的饮食行为习性。然后根据它们的饮食习性进行定时、定量的科学投食，本项目帮助研究人员了解家畜的习性，同时又节约了养殖成本，所以，本设计不但是获得家畜饮食习性的必要手段，而且还大大的提高了生产效率，真正达到了科学养殖的目的。进一步发展下去，还将为之后建立动物福利打下一个良好的基础。

2 系统硬件设计

根据家畜养殖场的实际养殖环境，我们设计了硬件系统框图，如图1所示。其中包括咀嚼监测模块、环境温度监测模块、数据存储模块、时间记录模块、数据动态显示模块。

图1 硬件系统框图

图2 电源供电模块

当检测系统工作时，MSP430微处理器模块经电源模块供电后开始正式工作。连接在家畜口侧部的弯曲度传感器在家畜进行咀嚼活动时规律性弯曲，使传感器的电阻值发生改变。弯曲度传感器接到分压电路中，再将分到的随传感器规律变化的电压值经由片内自带的AD转换为数字信号。同时，DS1302时钟芯片也在实时记录这时间信息，温湿度传感器记录着温湿度信息，再将这些信息按照顺序存入一个数组中，再用SPI通信的方式存入SD存储模块中去。由此即可获得清晰易查的家畜行为信息了。

2.1 微控制器

本系统采用MSP430F149单片机作为本系统的主控芯片。MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器。它的特点是基于闪存或ROM的超低功耗MCU。

2.2 电源模块

考虑到MSP430低功耗，而且整个系统功率的需求不大，所以采用USB或纽扣电池5V供电，再经过1117-3.3V稳压芯片将供电电压稳压到3.3V，以此满足各个模块的供电需求，其电路如图2所示。

2.3 传感器模块

2.3.1 弯曲度传感器

采用RB-02S046进口模拟性弯曲度传感器，总长80mm，测量长度60mm，工作温度在0～55℃，重量1g，厚度0.43mm，平均阻值10kΩ，弯时阻值范围在60kΩ～110kΩ，阻值与弯曲度表现出正相关的关系。

2.3.2 温度传感器

在环境温度方面，我们采用DS18B20温度传感器进行监测。DS18B20数字温度计提供9～12位摄氏温度测量，而且仅通过一个单线接口发送或接受信息。DS18B20能直接从单线通信线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。

2.4 时间记录模块

时间记录模块主要由DS1302构成，DS1302具有高性能、低功耗的特点，是带RAM的实时时钟电路。

3 对外数据交换系统

3.1 数据显示模块

显示模块选用1602液晶，1602液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，尽管1602仅能显示字母、数字和字符但足以满足系统的需求。在此系统中，此模块只作为调试使用。因为模块较大，佩戴笨重，所以实际使用时并不连接。

表1为实际测量得到的ADC采样数据。

表1 传感器各弯曲度下的采样值表

3.2 数据存储模块

数据存储模块主要由SD卡构成，SD卡具有大容量、高性能、安全等多种特点的存储卡，在本模块中SD卡获取由MSP430传输来的环境温度以及采集时间，并将多种数据整合，以文本形式保存于系统自带的SD卡上。本模块直接运用成品的SD卡存储模块来使用。与单片机的数据通信采用三线制SPI通信的方式，连接简单便捷，也完全能够满足txt文本的数据传输速率要求。

4 软件设计

软件部分流程图如图3所示。首先是对例如DS1302时钟芯片、SD卡进行初始化。然后传感器采集信息，分别有温度传感器采集数字信号，和弯曲度传感器经过分压采集电压信号。使用片内自带的AD进行转化，获得电压值的数字信号。接下来通过定时器函数，每隔1s进入一次中断，在中断中将传感器采集到的值放入一个全局变量内，并以SPI通信的方式写入到SD卡中。同时用1602显示屏显示，完成后程序继续回到传感器数据采集步骤，重复进行循环。

结语

本文根据家畜养殖场实际养殖环境及家畜咀嚼的特点，设计了一款通过弯曲度传感器，在特定的时间内观察家畜咀嚼进食情况并进行记录的监测器。该监测器采用SD卡进行存储，通过卡内的数据，可以帮助研究人员对家畜的进食情况进行分析观察，从而帮助研究人员根据它们的饮食习性进行定时、定量的科学投食，从而做到节约养殖成本，提高生产效率，最终达到科学的养殖。

参考文献

［1］顾宪红.动物福利和家畜健康养殖概述［J］.家畜生态学报，2011（6）：1-5.

［2］蔺军.我国畜牧生产中的动物福利现状与对策［J］.畜禽业，2016（1）：39-40.

［3］尹令，刘财兴，洪添胜，等.基于无线传感器网络的奶牛行为特征监测系统设计［J］.农业工程学报，2010，26（3）：203-208.

图3 系统软件流程图

中图分类号：U484

文献标识码：A

基金项目：黑龙江八一农垦大学创新创业训练计划项目（XC2015056）。

通信作者：谭峰。