毕业设计:基于无线技术的畜牧管理系统


    **职业技术学院毕业设计(文)


    基线技术畜牧理系统





    学生姓名
    指导教师
    专 业 电子信息工程技术
    班 级 电子信息工程技术班
    二级学院 电子信息工程学院


    2019年4月

    着居民膳食结构断优化改革开放中国畜牧业总产出呈断增长趋势根国家统计局统计数1978年2000年畜牧业总产值年均增长17592000年2017年畜牧业总产值年均增长863畜牧业断发展部分畜牧业饲养方式规模散养形式理难度高系统化程度低制作基线技术畜牧理系统通线技术结合检测传感器够远程监控牧场饲养圈环境信息结合RFID技术够通台数理牲畜信息饲养圈信息帮助理员进行系统化理提高饲养效率降低理难度

    关键字:STM32RFIDNBIOTLora





    目 录

    摘 2
    1 绪 5
    2 系统设计方案 6
    21 系统功介绍 7
    211 饲养圈信息读取 7
    212 牲畜信息读取 7
    213 环境监测 7
    214 远程监控理 7
    215 异常报警 8
    22 功实现 8
    221 MCU芯片 8
    222 检测传感器 8
    223 远距离通信 8
    224 云端 9
    225 云端连接方式 9
    226 读卡器芯片 9
    3软件系统设计 10
    31 MCU程序 10
    311 MCU程序流程图 10
    312 MCU程序设计 11
    32 检测端MCU程序 16
    321 检测端MCU程序流程图 16
    322 检测端MCU程序设计 17
    33 RFID读卡器MCU程序 21
    331 RFID读卡器MCU程序流程图 21
    332 RFID读卡器MCU程序设计 22
    4硬件系统设计 27
    41 硬件电路连接图 27
    411 控电路 27
    412 检测端电路 27
    413 RFID读卡器模块电路 28
    42 功模块介绍 29
    421 STM32F103C8T6 系统 29
    422 NBIOT模块 30
    423 Lora模块 31
    424 DHT22模块 32
    425 MQ135模块 33
    43 RFID模块硬件设计 34
    431 电源电路 35
    432 通讯电路 36
    433 读卡器芯片电路 37
    5 系统实物图 41
    6 设计总结 44
    参考文献 45
    致谢 46








    1 绪
    基线技术畜牧业理系统解决畜牧业理中种难点制作目促进畜牧业系统化理提高饲养效率降低理难度
    基线技术畜牧理系统分3部分1控部分:收集种数通NBIOT模块数传透传云服务器2RFID读卡器:读取CPU卡标签数通Lora数发送控部分3检测部分:读取环境信息数通Lora数发送控部分
    系统STM32F103C8T6控芯片系统中NBIOT模块通串口MCU获取数数次云端搭配透传云够更方便更系统数进行处理Lora模块间通RF技术公里进行数传输RFID读卡器模块采FM17520芯片利RF技术读取CPU卡FM1208芯片写入数结合述技术实现远程监控台数理

    2 系统设计方案
    畜牧业理总体分3部分:牧场牲畜饲养圈理程中问题理难度高3部分面牧场必须时刻解牧场环境根环境信息进行牧场挑选牲畜数量庞法进行理理难度饲养圈必须时刻解圈环境信息饲养圈数量较理存许问题
    帮助理员进行系统化理降低理难度提高理效率基线技术畜牧理系统针畜牧业理难点制定功:饲养圈信息读取牲畜信息读取环境监测远程监控理异常报警


    图:系统设计方案

    系统设计方案运LoraRFIDNBIOT三种线模块
    检测MCU通传感器检测获环境数通串口数发送Lora3模块Lora3数发送Lora1
    读卡器读取CPU卡数数通串口发送Lora2模块Lora2数发送Lora1
    Lora1接收Lora2Lora3发送数通串口发送MCUMCU通数整理整理数通串口发送NBIOT模块
    NBIOT模块接收数发送透传云服务器

    21 系统功介绍

    图二:功介绍图
    211 饲养圈信息读取
    定格式(xx号xx号饲养圈清洗时间)数通读卡器录入饲养圈CPU标签面需解读取饲养圈信息时通读卡器读取CPU标签信息结合LoraNBIOT数发送透传云服务器进行记录保存
    212 牲畜信息读取
    定格式(xx号性购入时间)数通读卡器录入牲畜耳标CPU耳标面需解读取牲畜信息时通读卡器读取CPU耳标便信息结合LoraNBIOT数发送透传云服务器进行记录保存
    213 环境监测
    通检测模块种检测传感器检测环境信息(温湿度空气质量)结合LoraNBIOT读取环境信息发送透传云服务器进行记录保存理员通透传云服务器台时刻解环境信息
    214 远程监控理
    远程监控理功系统通Lora模块获取检测环境信息牲畜信息饲养圈信息MCU部透传云数格式进行数整理通NBIOT模块整串数发送透传云服务器理员通透传云服务器实时解种数信息
    215 异常报警
    报警功透传云服务器带功设置安全数范围传数超安全范围时服务器会时通短信邮箱微信程序方式理员进行报警
    系统通检测端检测牧场饲养圈环境信息数传透传云牧场饲养圈环境发生异常时:温度太高湿度太高等会时理员进行报警利理员进行时防护减少异常风险

    22 功实现
    221 MCU芯片
    STM32F103x8高性ARM® Cortex™M3 32位RISC核工作频率72MHz置高速存储器(高达128K字节闪存20K字节SRAM)丰富增强IO端口 联接两条APB总线外设型号器件包含212位ADC3通16位定时器1 PWM定时器包含标准先进通信接口:达2I 2 C接口SPI接口3USART接口 USB接口CAN接口 STM32F103xx中等容量增强型系列产品供电电压20V36V包含40°C+85°C温度范围 40°C+105°C扩展温度范围系列省电模式保证低功耗应求 STM32F103xx中等容量增强型系列产品提供包括36脚100脚6种封装形式根封装形式器件中外设配置相
    通资料身解程度终选择STM32F103C8T6芯片作系统控芯片
    222 检测传感器
    系统选空气质量检测传感器温湿度检测传感器实时检测环境空气质量浓度温湿度数利理员实时解牧场饲养圈环境信息通环境信息数制定饲养计划控饲养进度降低饲养风险减饲养难度
    223 远距离通信
    系统通Lora技术实现远程数传输功Lora技术应RF技术够实现公里数传输线模块线模块进行数传输需SIMWIFI蓝牙等媒介进行数传输LoraRF技术中需媒介进行数传输更利野外数传输果公里传输距离法达需求传输线路增加中介端样传输距离加倍式放

    224 云端
    透传云科技旗物联网云台通NBIOT模块透传云服务器进行接根透传云服务器规定数格式发送数便数发送服务器服务器添加数点显示外图定位设备理触发器报警理定时务组态理等功透传云简单二次开发提供量资料
    225 云端连接方式
    系统控MCU整理数通串口发送NBIOT模块NBIOT模块收数传透传云服务器
    NBIOT模块实现串口设备网络服务器通运营商进行相互传输数NBIOT模块相模块具强链接高覆盖低功耗低成技术特点
    226 读卡器芯片
    RFID读卡器模块FM17520芯片进行CPU卡数读写
    FM17520 款高度集成工作1356MHz非接触读写器芯片支持符合ISOIEC 14443 TypeA 协议非接触读写器模式 FM17520 具低电压低功耗驱动力强等特点适低功耗低电压低成求非接触读写器应







    3软件系统设计
    31 MCU程序
    MCU功通串口接收Lora模块发送读卡器数检测端环境数数透传云数格式求进行整理整理完成通串口发送NBIOT模块
    311 MCU程序流程图

    图三:MCU程序流程图
    312 MCU程序设计

    图四:程序头文件目录

    MCU程序串口123头文件加载MISCRCCGPIOUSART


    图五:函数定义声明


    图六:函数

    图七:初始化函数

    RCC串口GPIO然初始化串口123设置串口波特率外接模块
    波特率应波特率3串口波特率设置


    图八:串口1配置

    图九:串口2配置

    图十:串口3配置

    3串口配置异区设置GPIO作TXRX串口1发送功中断串口2串口3接收功接收中断



    图十:串口23接收中断函数

    接收中断接收数放制定数组

    图十二:CRC16计算函数

    CRC16计算函数接收参数需校验数数长度通计算校验码校验码放数2位


    32 检测端MCU程序
    检测端MCU功通传感器模块(温湿度传感器空气质量传感器)检测环境信息然检测信息数通串口发送出传感器模块原温湿度传感器直接IO口直接检测空气质量通ADC采集模块输出模拟电压里直接发送放1000倍电压值透传云进行计算出浓度值
    321 检测端MCU程序流程图

    图十三:检测端程序流程图

    322 检测端MCU程序设计

    图十四:头文件目录

    检测端ADC采集串口发送载入RCCGPIOUSARTADC


    图十五:函数声明定义


    图十六:函数

    For()限循环中加入500ms延时函数DHT22数获取函数中加入1000ms延时函数串口发送数频率会太快约2S发次




    图十七:初始化函数

    RCCGPIOADCUSART1AFIOLora模块设置波特率9600串口波特率设置9600


    图十八:DHT22数获取函数

    数获取放100倍温湿度拼接32位数返回样数处理更加简单温湿度更加准确数值精确001度


    图十九:ADC采集函数

    连续采集8次数求均数放1000倍样获取数更加容易处理更加准确获取电压值精确0001V


    图二十:ADC初始化函数

    ADC初始化函数 ADC1通道读取A1口模拟数











    33 RFID读卡器MCU程序
    RFID读卡器MCU通SPIFM175200读卡器芯片进行通信通天线板读取CPU卡信息数读取成功通串口数发送Lora模块该MCU进行数读取进行数写入
    331 RFID读卡器MCU程序流程图

    图二十:RFID读卡器MCU程序流程图

    332 RFID读卡器MCU程序设计

    图二十二:头文件目录

    MCU读卡器芯片FM175200通SPI进行通信串口读取信息数发送Lora头文件载入RCCGPIOMISCSPIUSART


    图二十三:函数声明定义

    CPU卡指令1208芯片ISO14443A协议规定

    图二十四:函数

    读卡器电扫描方式断发送激活指令读取已写入数CPU卡需读卡流程:激活(寻卡防撞选择卡片)复位进入DF验证二进制文件标识读二进制文件程序中通i变量值确定读卡流程果流程中断法正常获取数需重新激活卡片读取成功通串口发送5位数:卡号+4位读取出数


    图二十五:初始化函数

    初始化延时函数开天线IO口模块10天线通道程序默认开第通道

    图二十六:SPI初始化函数

    SPI初始化IO口SCKPB3MISOPB4MOSIPB5FM_RSTPA12FM_NSSPA15


    图二十七:175200芯片引脚初始化


    图二十八:复位175200芯片


    图二十九:设置175200工作方式


    图三十:串口3配置
    硬件系统设计
    41 硬件电路连接图
    411 控电路

    图三十:控电路连接图

    控电路STM32F103T8C6系统Lora模块NBIOT模块3功模块组成STM32F103T8C6通串口2Lora模块连接进行数传输通串口1NBIOT模块连接进行数传输功通Lora模块收集Lora模块发送环境信息者牲畜饲养圈信息数进行格式整理通NBIOT模块数发送透传云进行显示储存
    412 检测端电路

    图三十二:检测端电路连接图

    检测端电路STM32F103T8C6系统Lora模块MQ135DHT224功模块组成STM32F103T8C6通ADC11通道A0采集MQ135输出模拟电压通AP1读取DHT22输出数然数通串口1发送Lora模块Lora模块收数发送控电路中Lora模块面

    413 RFID读卡器模块电路

    图三十三:RFID读卡器模块电路连接图

    RFID读卡器电路RFID电路板RFID天线板Lora模块组成Lora模块RFID电路通串口连接RFID读卡器电路功通RFID天线板CPU卡标签进行数通信读取CPU卡数通串口发送Lora模块Lora模块收数发送控电路Lora模块

    42 功模块介绍
    421 STM32F103C8T6 系统

    图三十四:STM32F103C8T6系统电路

    图三十五:系统尺寸图

    STM32F103C8T6系统电路包含5V33V稳压电路复位电路晶振电路剩电源指示灯电源滤波电容延接出脚电路简单系统电路板尺寸仅53mm*225mm利减作品体积
    422 NBIOT模块

    图三十六:NBIOT模块尺寸外观图

    图三十七:NBIOT模块脚定义图

    WHNB73 款通运营商 NBIOT网络实现串口设备网络服务器相互传输数产品网功耗低特适合电池供电场景通简单 AT 指令进行设置轻松产品实现串口网络双数传输
    WHNB73 功特点:针电信移动联通NBIOT网络分应型号模块提供支持2路UDP 简单透传模式支持7路UDP 指令传输模式支持COAP通信模式支持注册包功支持串口网络心跳包功支持超低功耗模式支持3GPP标准指令集支持稳恒扩展指令集
    NBIOT 技术特点
    强链接:基站情况NBIOT 现线技术提高 50100倍接入数
    高覆盖:NBIOT室覆盖力强 LTE 提升 20dB 增益相提升 100倍覆盖区域力
    低功耗:低功耗特性物联网应项重指标特常更换电池设备场合
    低成:Lora相NBIOT需重新建网射频天线基复
    423 Lora模块

    图三十八:Lora模块尺寸外观图

    图三十九:Lora模块脚定义图

    E32433T20DC(Lora芯片) 款基Semtech公司SX1278射频芯片线串口模块(TTL电)透明传输方式工作410~441MHz频段(默认433MHz)采LoRa扩频技术SX1278 支持LoRa™扩频技术LoRa™直序扩频技术具更远通讯距离抗干扰力强优势时极强保密性低速通信领域SX1278具里程碑意义受业士青睐该系列默认空中速率24kbps发射功率20dBm采工业级晶振保证稳定性致性精度均业普遍采10ppm模块具数加密压缩功模块空中传输数具机性通严密加解密算法数截获失意义数压缩功概率减传输时间减受干扰概率提高性传输效率
    424 DHT22模块

    图四十:DHT22尺寸外观图

    DHT22数字温湿度传感器款含已校准数字信号输出温湿度复合传感器应专数字模块采集技术温湿度传感技术确保产品具极高性卓越长期稳定性传感器包括电容式感湿元件NTC测温元件高性8位单片机相连接该产品具品质卓越超快响应抗干扰力强性价极高等优点DHT22传感器极精确 湿度校验室中进行校准校准系数程序形式储存OTP存中传感器部检测信号处理程中调校准系数单线制串行接口系统集成变简易快捷超体积极低功耗信号传输距离达20米成类应甚苛刻应场合佳选择
    425 MQ135模块

    图四十:MQ135尺寸外观图
    MQ135环境害气体探测装置适宜氨气芳族化合物硫化物苯系蒸汽烟雾等气体害气体探测气体敏感元件测试浓度范围:10 to 1000ppm检测数通TTL电输出模拟电压输出


    43 RFID模块硬件设计
    该模块基STM32F030C8T6单片机FM17520读写器芯片设计CPU卡读写模块硬件设计分:电源电路STM32F030C8T6系统FM17520电路通讯电路8路天线选通电路

    图四十二:RFID模块硬件框图

    1 电源电路
    次设计电源电压5V33V必须具电压转换电路设计电源电路必须提供稳定电源电压输入保证功率满足设计求
    1 STM32F030C8T6系统
    系统保证STM32芯片够正常运行处理设计芯片部8MHZ晶振外接晶振
    2 通讯电路
    模块STM32串口3外部进行通信
    4 FM17520电路
    设计FM17520CPU卡进行信号读取识stm32通讯方式SPI通讯(SPI1)

    431 电源电路
    设计需33V5V电源必须具电压转换电路电路高压稳压器HT73335V电压输入33V电压输出
    1 HT7333芯片

    图四十三:HT7333系列尺寸图

    HT73XX系列组三端低功耗采CMOS技术该系列具极低静态电流允许输入电压高达12V该器件提供电流电压差HT73XX高精度电压参考组成错误校正电路电流限制输出驱动固定输出 放电电压范围18V50VCMOS技术 ogy确保低压差低电流损耗

    芯片特征:
    • 超低静态电流:4mA(典型值)
    • 高输入电压(高达12V)
    • 输出电压:
    18V25V27V30V33V35V50V
    • 输出电压精度:公差±3%
    • 输出电流:250mA
    • 低压差
    • 低温系数
    • TO92SOT89封装
    2 电源电路设计

    图四十四:电源电路

    电源电路芯片HT7333输入5V电压通2电容滤波输入芯片芯片输出33V通2电容滤波输出加入33V电源指示灯
    432 通讯电路

    图四十五:通讯电路

    模块STM32串口通讯方式模块直接加接线柱接STM32 PA2PA3IO口串口(串口2)复功中串联100欧电阻限流加入RXDTXD通讯指示灯

    433 读卡器芯片电路
    读卡器芯片电路复旦FM17520读卡芯片通设计电路连接天线板FM1208芯片CPU卡进行数传输FM17520STM32通讯方式SPI(SPI1)
    1 FM17520通非接触读写器芯片


    图四十六:FM17520 QFN32 封装引脚图

    FM17520 款高度集成工作 1356MHz 非接触读写器芯片支持符合 ISOIEC 14443TypeA 协议非接触读写器模式
    FM17520 具低电压低功耗驱动力强等特点适低功耗低电压低成求非接触读写器应

    产品特点
    • 支持 ISOIEC 14443 TypeA 读写器模式
    • 读写器模式支持 M1 加密
    • ISO14443 TYPEA 支持通讯速率 106kbps212kbps424kbps848kbps
    • 读写器操作距离达 50mm(取决天线设计)
    • 支持 SPI 串行接口高 10Mbps
    • Host 接口独立电源供电
    • 64Byte 收发缓 FIFO
    • 中断输出模式灵活配
    • 种低功耗模式
    n Soft模式
    n Hard模式
    n Deep模式(典型值 1uA)
    • 编程定时器
    • 置振荡电路外接 2712MHz 晶体
    • 宽电压工作范围 22V~36V
    • 置 CRC 协处理器
    • 编程 IO 引脚

    2 FM17520电路设计

    图四十七:FM17520应电路


    图四十八:FM17520应电路结构图

    FM17520典应电路2路接收信号满足设计需求前提设计1路接收信号降低设计难度减少元件
    助结构图FM17520应电路进行介绍:
    FM17520应电路分2部分中黄色区域信号接收电路面蓝绿(天线线圈)土黄色区域信号发射电路面分介绍两部分电路 发射电路:信号发射部分细分EMC滤波电路谐振阻抗匹配电路中:
    EMC滤波电路:LC低通滤波电路组成低通滤波器读卡芯片TX1TX2送出天线信号1356Mhz避免会高次谐波存该部分低通滤波器作滤高1356Mhz信号样利读卡器卡片间正常通信减少天线部分空间者附电路电磁干扰
    匹配电路:匹配电路形式图中土黄色区域部分调整整天线发射部分谐振频率点1356Mhz附样线圈信号幅度增加利磁场辐射外匹配电路发射部分电路电阻匹配读卡芯片输出电阻附件典型50欧姆(b芯片样)样天线部分获功率利读卡距离提升
    接收电路:信号接收电路较简单四元器件构成图中黄色区域Cmin电容稳定读卡芯片部提供固定参考电压VminR1参考电压引入RX引脚芯片接收信号添加固定直流电CRx发生电路引入反馈信号Vmin叠加送入芯片部通调节R2R1值调节Rx脚信号幅度芯片读卡距离佳
    通介绍知设计电路时电容电阻参数许差影响RFID读卡距离电容电阻参数通计算阻抗分析仪进行确定确定参数需进行实际测试出理想元件参数
    元件参数次实验测试确定:
    接收电路电阻:R10820欧R1151K欧
    匹配电路电容:C12C1447pFC16100pF
    CPU标签电容:100pF+30pF
    5 系统实物图

    图五十:系统正面图


    图五十:系统侧面图


    图五十二:系统俯视图


    图五十三:系统部分

    答辩方便RFID模块控部分通串口直接连接减少中间Lora模块
    图知部分层NBIOT模块通串口STM32进行通信接收STM32发送数数发送透传云服务器
    第二层12V5V降压模块系统NBIOT模块附带评估板NBIOT模块供电(16V)评估板16V12V降压电路带12V电压输出端利端口加12V5V降压模块输出5V分STM32Lora模块RFID模块进行供电
    第三层STM32F103C8T6系统板系统放中间利布线通串口NBIOT模块Lora模块RFID进行通信
    第四层Lora模块通串口接收牲畜信息牧场信息数发送STM32
    第五层RFID模块RFID天线板通串口读取CPU卡数发送STM32


    图五十四:系统检测部分

    系统检测部分放置牧场者饲养圈检测环境信息
    答辩演示方便检测部分通控部分NBIOT评估板输出12V进行供电
    图知检测部分底层12V5V降压模块输入12V电压成5VSTM32Lora模块空气质量检测传感器温湿度传感器进行供电
    第二层STM32F103C8T6系统板通串口Lora模块进行通信通ADC进行空气质量采集通总线进行温湿度采集采集空气质量浓度温湿度发送Lora模块
    第三层Lora模块通串口STM32进行通信接收数发送控部分Lora模块
    第四层MQ135空气质量检测传感器DHT22温湿度检测传感器2传感器通检测数发送STM32

    6 设计总结
    改革开放中国畜牧业断发展规模断扩中缺少先进智系统优化理方式
    基线技术畜牧业理系统解决畜牧业理中种难点制作目促进畜牧业系统化理提高理效率降低理难度通饲养圈信息读取时解饲养圈信息(圈牲畜编号饲养卷清洗消毒时间等)够促进饲养圈理通牲畜信息读取够时解牲畜信息(公母购入时间等)够减少理难度通环境监测够实时解牧场饲养圈环境信息时刻掌握饲养环境利心优化理通远程监控理够通台进行数查利减低理难度促进系统化理通异常报警够时知异常现象(环境数异常等)减低风险率
    果够基线技术畜牧业理系统优化畜牧业理方式提高理效率降低理难度减少饲养风险



    参考文献:
    [01] 李婷婷 周志稳 张丹 畜牧业转型升级智慧 [J]中国禽业导刊2013年第14期265页
    [02] 陶家树 智慧畜牧业发展路径探讨 [J]农业知识:科学养殖 2018年第7期8103页
    [03] 蒋武洲 周海东 刘福 张博 物联网LoRa技术应发展[J]电视技术 2018年第8期1001034页
    [04] 刘玉姣 NBIOT技术应探讨[J] 数字技术应 2018年第6期37382页
    [05]李传洲基RFID技术物联网应行业发展趋势展[J]数字技术应20180(11)













    致谢
    现剩学时光寥寥完成毕业设计份作业入春时挂冰块跌落面着点点时光耀化蒸汽融入天空
    蒸发前想诚挚感谢校教授位老师感谢您三年细心教导感谢文指导老师朱冠良老师感谢您忙碌教学工作中挤出时间审查修改文感谢三年中陪伴学朋友感谢学生活增添色彩开心度学生活

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