羊场信息化系统建设研究

摘  要：近年来，随着我国禽畜养殖业的快速发展，使得各地区的羊场规模随之扩大，由此对羊场的管理工作提出更高的要求。为满足管理工作的需要，羊场应当加快信息化系统的建设进程。基于此，本文从羊场信息化系统建设的技术方案分析入手，论述了羊场信息化系统建设的实现途径。期望通过本文的研究能够对羊场管理水平的提升有所帮助。

关键词：羊场信息化系统;系统设计;智能化

中图分类号：TP311.52;S826       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）23-0109-03

Research on the Construction of Sheep Farm Information System

CHANG Xuechuan

（Songshan Shaolin Wushu College，Dengfeng  452470，China）

Abstract：In recent years，with the rapid development of animal husbandry in China，the scale of sheep farms in various regions has been expanded，which puts forward higher requirements for the management of sheep farms. In order to meet the needs of management，sheep farm should speed up the construction process of information system. Based on this point，this paper starts with the analysis of the technical scheme of sheep farm information system construction，and discusses the realization way of sheep farm information system construction. It is hoped that the research in this paper can help to improve the management level of sheep farm.

Keywords：sheep farm informatization system;system design;intellectualization

0  引  言

羊场是养殖羊群的场所，为了给羊场内的羊群繁殖与成长提供良好的条件，需要对羊舍环境进行监控，据此采取相应的措施保障羊群健康成长。由于规模化羊场的面积相对较大，所以在建设信息化系统时，应确保系统硬件设备安装的便捷性和软件的实用性。因此，本文就羊场信息化系统的建设展开研究。

1  羊场信息化系统建设的技术方案

1.1  主控制器

MCU以其自身所具备的体积小、功耗低、处理能力强等特点，在信息化系统建设中得到了广泛应用。MCU的种类较多，如51系列、MSP430系列、DSP系列、ARM系列等等，不同类型的MCU适用于不同的场合。在本系统的设计中，需要为信息采集子系统配备采集设备与智能网关，前者主要负责对传感器数据、报警信号等进行实时采集，利用ZigBee将采集到的数据传给信息平台;后者则负责传输数据，应具备数据处理、存储等功能。经综合考虑后，决定采用ARM系列中的N32926芯片作为主控制器，之所以选择该芯片是因为其资源较为丰富，便于封装、焊接，主频高，带有以太网接口，能够满足羊场信息化系统的建设需要。

1.2  操作系统

对于嵌入式系统而言，操作系统是较为重要的组成部分之一。目前，市面上较为常见的操作系统有以下几种：Windows CE、VxWorks和Linux等。由于本文所选的主控制器芯片为ARM系列，需要支持驱动开发和网络编程，故此，操作系统选用Linux，借助编译工具對PC机开发代码进行编译，下载到开发板上直接运行。

1.3  无线通信

羊场具有占地面积大的特点，若是信息化系统采用有线通信的方式，布线安装的复杂程度会随之提高，且不利于后期维护。因此，在系统设计中，决定采用无线通信。现阶段，常见的无线通信方案有以下几种：红外、蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、4G等。不同的无线通信具有不同的特点，适用场合也不相同。在充分考虑羊场信息化系统数据通信需求的基础上，经过比选后，最终选用ZigBee网络和Wi-Fi两种方案。

1.4  信息化平台

在信息化平台的开发中，较为常用的模式有两种，一种是C/S，另一种是B/S。由于羊场内部的信息管理系统只供羊场管理人员使用，所以需要简洁的人机交互界面和定制化的功能开发，故此，决定采用C/S模式。而远程信息化平台则选用B/S模式。信息化平台的开发语言较多，如C#、PHP、Java等等，在这些开发语言中，C#的稳定性较好、高效、简单，因此，决定选用C#对客户端及服务器程序进行开发。

2  羊场信息化系统建设的实现途径

2.1  系统架构

在对羊场信息化系统架构进行设计的过程中需要考虑以下几个方面的内容：需求、模块功能开发的难易程度、成本、可扩展性等等。按照上文中的关键技术方案，本次设计的系统由以下设备组成：信息采集设备、智能网关、探测器、摄像头、服务器等。其中信息采集设备除了能够对羊舍内的环境信息进行实时采集之外，还能对探测器的报警信息进行采集，利用ZigBee网络进行数据传输。探测器和摄像头构成了羊舍安全防控子系统，摄像头能够侦测到外来入侵行为，并发出报警信号。信息化平台可将接收到的数据存储到数据库当中。

2.2  系统硬件设计

本次设计开发的羊场信息化系统中，信息采集和智能网关是核心部分，具体的硬件设计如下。

2.2.1  信息采集

在羊场信息化系统中，信息采集设备的主要作用是对羊舍环境信息进行采集，同时还能实时接收报警信息，采集到的数据通过ZigBee进行传输。信息采集设备的主控制器选用的是STM32系列，因为羊舍内的环境信息相对较多，如温湿度、光照、风速等等，这些参数均有与之相对应的变送器，为给信息采集设备的安装提供便利条件，决定采用RS485通信协议的变送器，通过ADM系列芯片对通信模块进行设计，并在信息采集板内引入温湿度传感器。由于信息采集设备需要对羊舍内的温湿度调节装置进行控制，为便于系统扩展，设计三种电路进行控制器调节，分别为RS232、RS485和继电器。

（1）RS232电路设计。这是嵌入式系统中应用较为广泛的通信协议，在通信电路的设计过程中，可以采用负逻辑电平，该电路主要用于系统的调试与通信。羊场信息化系统建设中，选用MAX系列芯片，对RS232通信电路进行设计，通过公共接口与STM32系列芯片进行连接。

（2）RS485电路设计。RS485是工业控制系统中较为常用的通信协议之一，该协议具有可靠性高等特点。在RS485通信电路设计中，选用ADM系列芯片作为通信芯片，供电电压为3.3V。ADM系列芯片自带隔离电源，可通过引脚为输出端供电，需要注意的是，如果传输距离过长，会导致RS485的抗干扰能力下降，因此，为确保RS485的通信稳定性，可在其线路两端连接120Ω的匹配电阻。

（3）继电器电路设计。目前，部分执行器的控制可采用通断的方式予以实现，如与光照有关的电灯等等。所以在信息采集模块的设计中，加入继电器控制电路。由于STM32引脚的电流很难达到50mA，故此经过比选之后，决定采用ULN系列芯片作为继电器线圈的驱动芯片。该芯片的供电电压为5V，借助电平转换的方式，可使STM32对该芯片进行驱动。为降低成本，电平转换芯片选用的是74HC系列芯片。

2.2.2  智能网关设计

在羊场信息化系统建设过程中，智能网关的设计是关键环节，其需要通过桥接的方式与ZigBee网络进行连接，并实现通信协议转换。不仅如此，智能网关还需要具备数据处理等功能，因此要求选用的智能网关设备具有较高的性能。经过比选后，决定采用ARM系列芯片中的N32926芯片。智能网关硬件设计围绕该芯片展开，具体如下：

（1）处理器电路设计。N32926芯片采用的是32位微处理器，最高工频为240MHz，同时为进一步降低系统开发成本，在该芯片内部集成DDR2内存（64M）。为给各个模块提供时钟基准，需要在该芯片外部连接一个12MHz的晶振。

（2）ZigBee接口电路设计。在本系统中，智能网关的ZigBee接口电路选用的是CC2530芯片，以此来确保模块间的无线通信，协议栈为Z-Stack，最高传输速率为250Kbps，可视化传输距离为250m，休眠时的功耗低于5µA。为便于二次开发，将该芯片的I/O资源全部引出。在接口电路设计中，采用串行通信的方式实现ZigBee与STM32的连接。

2.3  系统软件设计

2.3.1  ZigBee节点

本次设计的羊场信息化系统中，采集设备会将采集到的羊舍环境信息发给ZigBee节点，经由无线通信网络传给协调器。ZigBee节点还能对协调器下发的相关指令进行接收。在信息采集设备中，包含一个ZigBee节点，可将该节点作为完整功能设备（FFD）使用，本系统中，所有节点全部使用的是FFD设备。因此，当其成功加入无线网络后，可通过调用相关函数直接启动路由器。Z-Stack为开发者提供了一系列函数，利用这些函数的相应功能，可以完成ZigBee节点程序设计。例如，通过ZDO_ProcessMgmtLeaveReq函数，可实现节点脱离当前ZigBee网络。

2.3.2  智能网关程序

本次设计开发的羊场信息化系统中，智能网关选用的是ARM系列芯片中的N32926处理器，操作系统为Linux，为对系统资源进行合理利用，软件程序设计时，引入多线程机制。

2.3.3  羊场管理子系统软件

借助該子系统，羊场的管理人员可对羊舍、羊群进行管理。

（1）羊舍信息管理模块。该模块可为羊场管理人员提供羊舍的基本信息，如编号、名称、羊的数量等。同时还能提供羊舍的消毒情况信息，如消毒使用的药品名称、用量以及消毒日期等。

（2）羊群信息管理模块。该模块包含以下信息：羊场内羊的基本情况、饲养、疫情、配种、妊娠等等。

3  结  论

综上所述，随着羊场规模的不断扩大，传统的管理模式已经无法适用，因此，引入信息化管理模式势在必行。羊场在建设信息化系统的过程中，可以选用嵌入式系统，对硬件电路进行合理设计，并根据管理系统的需求设计应用软件。通过信息化系统的运用，能够使羊场管理效率获得大幅度提升。

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作者简介：常学川（1982.01-），男，汉族，河南濮阳人，讲师，本科，研究方向：计算机应用、农业信息化。