原创 基于物联网的猪舍控制系统(一)

摘要：为了克服有线测控系统的接线复杂和抗干扰性差的缺点，开发一种基于ZigBee无线传感网络的猪舍测控系统。测控系统有上位机PC机，连入Internet构建物联网。基于CC2530的中心控制节点和传感节点以及传感模块组成。通过对猪舍环境的控制减少猪疫病的发生，使猪健康生长。

关键词：ZigBee 物联网 CC2530 猪舍

引言：

物联网是继计算机，因特网和移动通信网之后发展起来的一门新技术，物联网发展的目标是使人们可以在任意时间、任意地点与任何物品相联系。畜牧业的发展也是人民生活的重要基础。目前我国畜牧业发展迅速，养殖规模和数量显著扩大和增加，同时也暴露出了许多管理方面的问题，畜牧业信息化成为现代畜牧业科学发展的支柱和目标。

物联网的起源于1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议，首次提出物联网的概念，认为“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布的《ITU互联网报告2005：物联网》中正式书上面提出“物联网”的概念。2008年美国IBM公司正式提出“智慧地球”的概念，不久成为美国国家战略的一部分，其核心理念是把传感器嵌入到各个领域的仪器装备中，实现人类社会与物理系统的整合。2009年***总理南巡提出“感知中国”，真正拉开了全面建设中国物联网的序幕。

物联网（The Internet of things）是物物相连的互联网。其中包含两层意思：其一是，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；其二是，用客户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

无线传感器网络被认为是影响人类未来生活的十大新兴技术之一，它是计算机技术、通信技术和传感网络技术相结合的产物。无线传感网络是由大量无处不在的、具有通信与计算功能的微小传感器节点组成的信息采集网络体系，它们能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或检测对象的信息，并对其进行处理。

我国是世界猪肉生产第一大国，近年来流行的各类流行性疾病，包括猪链球菌病、传染病、内科病、外科病、产科病、营养代谢病及**性疾病，而危害最严重的是传染病，它往往是大批发生，发病率和死亡率很高，严重影响养猪业的发展，造成巨大的经济损失。为了有效防治疫病的发生和传播，更应该科学的管理，增强猪的抵抗力。科学实验表明：猪能否发病，同个体天然的非特异性抵抗力关系密切。加强猪的饲养管理，注意环境的卫生严格执行兽医卫生制度，增强猪体健康和对外界致病因素的抵抗力，是预防传染病的重要条件。

为了让猪体健康，就需要24小时给猪提供一个良好的生长环境。也就是在环境上保持猪舍清洁舒适、通风良好、防寒保暖、保暑降温，做好猪舍的环境工作。

完全依靠我们人不可能全天给猪提供这样的环境，这就需要我们利用电子信息化来解决这个问题。由此提出一套基于ZIGBEE的猪舍控制系统。

ZIGBEE技术是一种近距离、低功耗、低成本和低复杂度的无线网络技术。可工作在2.4GHz的ISM频段上，传输速率为20~250Kb/s，传输距离通常为10~75M。主要适用于自动控制、传感和远程控制领域，可以嵌入到各种设备中。它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间互相协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。为了降低系统的成本，ZigBee网络中定义了2种类型的设备：一种是全功能设备（full function device, FFD）,称为主设备，它承担了网络协调者的功能，可与网络中任何类型的设备通信。在网络传输过程中，如果采用安全机制，网络协调者又可成为信任中心；另一种是简化功能设备（reduced function device,RFD）,称为从设备，他不能作为网络协调者，只能与主设备通信。利用ZIGBEE技术既省去了布线的麻烦，又为猪舍设备制定了一个统一的标准。

     当我们猪舍管理人员无论何时何地都可以了解猪舍的信息。实现猪舍的物联网控制系统。无线传感器网络实质上是分布在监测区域的无线传感器网络节点群，大量低成本的传感器节点以多跳,本实验使用的是CC2530芯片。

ZigBee无线传感网络体系结构包括传感器节点、网关以及监控主机三部分。而ZigBee主要采用了3种组网方式：星型网（Star）、网状型网（Mesh）和簇状型网。在星型网中，一个功能强大的主设备位于网络的中心，作为网络协调者，其他主设备或从设备分布在其覆盖范围内。网状型网是由主设备链接在一起形成的，网络中主设备互为路由器。簇状型网是由星型网和网状型网结合形成的，各个子网内部都以星型网链接，其主设备又以对等的方式链接在一起。数据流首先传到同一个子网内的主设备，通过网关节点达到更高的子网，随后继续上传，最后到达汇集设备。

ZigBee技术的物理层和数据链路层协议主要采用IEEE802.15.4标准，而网络层和应用层由ZigBee联盟负责建立。物理层提供基本的无线通信；数据链路层提供设备之间通信的可靠性及单跳通信的链接；网络层负责拓扑结构的建立和维护、命名和绑定服务，它们协同完成寻址、路由及安全这些不可缺少的任务；应用层包括支持子层、ZigBee设备对象（ZigBee device object,ZDO）和应用，ZDO负责整个设备的管理，应用层提供对ZDO和ZigBee应用的服务。数据链路层、网络层和应用层负责在各自层上传输安全的数据，而且应用子层提供安全关系的建立和维护等服务，ZDO管理安全策略和设备的安全配置。

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