本作品是大學時期的，獲得三個國家一等獎，（畢昇杯、ican杯、博創(chuàng)）假期整理，分享給大家。

基于微信平臺的狀元豬生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)

摘要

經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)，如今，智能化豬場在國外早已經(jīng)投入實際生產(chǎn)，國內近年也不斷的從國外引進先進技術，提高豬肉的生產(chǎn)效率。但是在我國，豬肉生產(chǎn)往往是以個體為基本經(jīng)營單位，屬于傳統(tǒng)意義上的小農(nóng)經(jīng)濟。國外大規(guī)模的養(yǎng)殖技術并不適應這種國情。本系統(tǒng)是以傳統(tǒng)的8位單片機作為核心平臺，相對于網(wǎng)上傳統(tǒng)成熟的解決方案來說，具有極高的性價比，并且運行性能可靠。傳統(tǒng)養(yǎng)殖用戶只要投入極少的資金，就可以升級為智能化豬場，這為我國傳統(tǒng)豬場大規(guī)模數(shù)字化升級提供了可能。

同時本系統(tǒng)應用時下應用最廣的社交軟件微信，不僅公開豬場的養(yǎng)殖信息，增加消費者對食品安全的信心，還為養(yǎng)殖戶提供了新的電商模式。我們相信，在保障食品安全的呼聲越來越大的社會背景下，這個物美價廉，性能可靠，互利共贏的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)，一經(jīng)投入使用，對提高畜肉生產(chǎn)效率和保證食品安全將具有重大的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：AT89S51單片機；微信；智能報警；遠程監(jiān)測；生態(tài)養(yǎng)殖

第一章 ?前言

我國養(yǎng)豬業(yè)目前仍以農(nóng)戶散養(yǎng)為主，集約化和規(guī)模化的程度相當?shù)?，?guī)模化豬場只占豬場（戶）總數(shù)的0.27%，出欄量只占總出欄量的1/5。結合我國豬場國情，如何對我國豬場進行數(shù)字化升級，進而提高豬肉生產(chǎn)效率和保證食品安全，是一個很現(xiàn)實意義的課題。

目前，微信作為時下最熱門的社交信息平臺，也是移動端的一大入口，正在演變成為一大商業(yè)交易平臺，其對營銷行業(yè)帶來的顛覆性變化開始顯現(xiàn)。此外，當今食品安全成為人們關注的話題，其中豬肉作為大眾消費的主要肉類食品，也備受人們關注。實現(xiàn)豬肉生產(chǎn)公開透明，擴大消費者的知情權，讓消費者吃到安全放心的豬肉，是當下熱議的一個話題。

本作品借鑒國外的智能化一體豬場的方案，在原有的基礎上進行創(chuàng)新，基本上滿足我國國情的需要。系統(tǒng)提供微信溯源，方便消費者查詢豬仔信息，同時系統(tǒng)提供兩種工作方式，方便了豬場管理者智能化管理豬場，該項目制作成本低廉、實現(xiàn)簡易、功能健全且工作穩(wěn)定，能夠真正的解決目前豬場生產(chǎn)的一系列問題。如能廣泛投入使用，必能為廣大豬場經(jīng)營者和廣大消費者所喜愛，達到切實為民服務的宗旨，因此，具有很強的前瞻性和廣闊市場價值。另外，對該項目的研究，使學生能夠利用相關專業(yè)解決實際問題，能夠激發(fā)學生的學習熱情，使理工科的學生更加關注社會問題、更加關注人文問題，為學生的全面發(fā)展提供幫助。

第二章 系統(tǒng)方案設計

通過在網(wǎng)上及圖書館豬肉生產(chǎn)的資料，并且對目前存在的國外大型智能豬場的分析，我們初步設計了系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。系統(tǒng)每個模塊具體的功能見表1。

表1 模塊功能表

第三章 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本作品的硬件部分主要包括：

1. 環(huán)境參數(shù)采集板 ：溫濕度模塊，空氣質量模塊，光照強度模塊，無線模塊GSM模塊。
2. 網(wǎng)頁模塊控制板 ：網(wǎng)頁控制模塊，無線模塊以及風扇和消毒凈化開關模塊。
3. 屏幕核心控制板：屏幕顯示模塊，無線模塊，步進電機模塊以及風扇消毒凈化開關模塊。
4. RFID識別板：RFID模塊以及無線模塊。

3.1環(huán)境參數(shù)采集板

整板的原理圖如圖2所示：

（1） 溫濕度模塊

豬是恒溫動物，如果氣溫不適，豬體可通過自身的調節(jié)來保持體溫，但需要消耗能量，以致影響豬的生長速度。所以本作品實時采集豬生長環(huán)境的溫濕度，顯示在屏幕和網(wǎng)頁上，可以設定溫濕度的允許范圍，若出現(xiàn)溫濕度的不正常，那么我們會通過GSM模塊來通知業(yè)主，系統(tǒng)也會作出智能的調節(jié)。

（2） 空氣質量模塊

在豬的生長環(huán)境中，肯定會產(chǎn)生氨氣硫化氫等有害氣體，不僅不利于豬的生長發(fā)育，還會容易誘發(fā)多種疾病。所以本作品會實時采集環(huán)境的空氣質量，顯示在屏幕和網(wǎng)頁上。同時，可以設定空氣質量的標準范圍，若出現(xiàn)空氣質量不正常，那么我們會通過GSM模塊來通知業(yè)主，系統(tǒng)也會作出智能的調節(jié)。

（3） 光照強度模塊

光照強度對于豬的生長，飲食以及休息都有一定的影響。所以本作品會實時采集環(huán)境的光照強度，顯示在屏幕和網(wǎng)頁上。同時，可以設定光照強度允許的范圍，若出現(xiàn)光照不正常，那么會通過GSM模塊通知業(yè)主。如果是光照不足，可以通過開燈來智能調節(jié)。

溫濕度模塊空氣質量模塊以及光照強度模塊的原理圖如圖3所示。

（4）NRF24L01無線模塊

在本作品中，我們通過NRF24L01無線模塊來進行各個板子之間的數(shù)據(jù)傳送交流。nRF24L01是工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。它的工作環(huán)境以及數(shù)據(jù)傳送能力等性能參數(shù)都能夠滿足本作品的需求。NRF24L01無線模塊原理圖如圖4所示：

（5）GSM模塊

本作品采用了GSM模塊，其主控芯片是IMCom推出新款緊湊型產(chǎn)品SIM900A，它采用工業(yè)標準接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz?？梢缘凸膶崿F(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。

若豬場環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)了不正常的情況，不利于豬的健康生長，我們?yōu)榱四軌蚣皶r快速的通知業(yè)主豬場環(huán)境處于不正常狀態(tài)，通過GSM模塊來短信通知業(yè)主，一般情況下，能夠最快速直接的通知業(yè)主豬場狀態(tài)。

3.2網(wǎng)頁模塊控制板

整板原理圖如圖5所示：

（1） 網(wǎng)頁控制模塊

ZLSN5102嵌入式聯(lián)網(wǎng)模塊是一款RS232/485和TCP/IP直接協(xié)議轉化內嵌模塊。該聯(lián)網(wǎng)模塊可以方便地使得串口設備連接到以太網(wǎng)和Internet，實現(xiàn)串口設備的網(wǎng)絡化升級。

本作品采用了ZLSN5102嵌入式聯(lián)網(wǎng)模塊，可以將環(huán)境參數(shù)采集板的實時數(shù)據(jù)顯示在網(wǎng)頁上。同時，業(yè)主可以在網(wǎng)頁上設置適宜的環(huán)境參數(shù)，通過ZLSN5102與單片機直接的通信交流，達到業(yè)主對豬場環(huán)境的監(jiān)控和智能控制的效果。

ZLSN5102嵌入式聯(lián)網(wǎng)模塊如圖6所示：

（2） NRF24L01無線模塊

此模塊同環(huán)境參數(shù)采集板相同，原理圖也同圖4。

（3） 風扇和供水以及燈

風扇供水以及燈都是對豬場環(huán)境參數(shù)的智能調控。

若環(huán)境溫度超過了設定適宜值上限，那么系統(tǒng)會自動開啟風扇，若低于設定適宜值下限，那么系統(tǒng)會自動開啟取暖燈。

若環(huán)境空氣質量超過了設定適宜值，那么系統(tǒng)會自動的開啟消毒凈化模塊，消毒凈化是通過水泵來噴灑消毒藥水來實現(xiàn)。若環(huán)境光照強度低于系統(tǒng)設定的下限值，那么系統(tǒng)會自動的開啟燈來調整光照。各實物圖見圖7，圖8，圖9，圖10。

3.3屏幕核心控制板

整板原理圖如圖11所示：

（1） 屏幕顯示模塊

本作品使用了一塊7寸大小的彩屏。屏幕首頁是用戶登陸界面，業(yè)主登陸之后才能夠操控屏幕。在屏幕中，業(yè)主可以查詢當前豬場的環(huán)境參數(shù)，適宜環(huán)境參數(shù)的設定。另外，結合RFID技術，可以進行豬仔的檔案管理。同時，還有屏幕系統(tǒng)后臺的設置，以及金牌養(yǎng)豬助手提供了一系列的養(yǎng)豬技巧。顯示屏實物圖和界面圖見圖12，圖13。

（2） NRF24L01無線模塊，風扇，消毒凈化，燈開關模塊

NRF24L01無線環(huán)境參數(shù)采集板的無線相同，如圖4所示。風扇，消毒凈化同網(wǎng)頁控制模塊板的相同，如圖7，圖8，圖9，圖10。

（3） 步進電機模塊

本作品通過屏幕對步進電機模塊的控制來實現(xiàn)開門的功能，模塊電路如圖14。

3.4 RFID識別板

（1） NRF24L01無線模塊

本模塊同環(huán)境參數(shù)采集板的無線模塊相同，如圖4所示。

（2） RFID識別模塊

本模塊是采用MF RC522芯片設計讀卡電路， MF RC522是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片。

在豬場的管理中，每一頭豬都會有其特定對應的一個RFID電子標簽，用以對豬進行識別，方便業(yè)主對豬的信息進行管理和查詢。

第四章 軟件設計

4.1屏幕顯示板軟件設計

屏幕在本系統(tǒng)中充當這控制器和顯示器的作用，他可以將采集的環(huán)境參數(shù)和豬仔信息顯示在屏幕上，同時用戶可以通過屏幕對豬場內部的電器進行控制，這種設計方面用戶全方位掌控豬仔信息。

(1) 屏幕軟件設計流程圖

(2) 部分主程序源代碼：

4.2環(huán)境參數(shù)采集板和豬仔刷卡板子軟件設計

環(huán)境參數(shù)采集板可以對豬場的環(huán)境參數(shù)進行采集，同時通過nrf24L01無線通信傳送給屏幕顯示板，方便屏幕采集板做下一步處理，豬仔刷卡板子主要對豬仔的編號進行識別，同時將豬仔的編號發(fā)送給屏幕采集板子，供用戶編輯豬仔信息。

(1) 軟件設計流程：如圖16。

(2) 部分源代碼：

4.3網(wǎng)頁軟件設計

網(wǎng)頁中，通過HTML語言和卓嵐軟件控件，利用網(wǎng)絡通信協(xié)議，將環(huán)境采用板子的參數(shù)反應在網(wǎng)頁中，并且網(wǎng)頁可以對豬場的監(jiān)控和對設備的控制，通過花生殼域名解析，可以將卓嵐內部服務器放置在互聯(lián)網(wǎng)上，進而達到遠程控制的目的。

(1) 網(wǎng)頁設計流程圖：如圖17

(2)網(wǎng)頁源代碼：

（3） 網(wǎng)頁效果圖：如圖18。

4.4微信

本作品在軟件方面上主要形式是：網(wǎng)站和微信的開發(fā)網(wǎng)站方面，租用了服務器，自己搭建了linux的服務器環(huán)境，網(wǎng)站構架采用了lamp（linuxapache、php、mysql）。

網(wǎng)站使用php和myspl語言搭建，主要用于豬仔檔案的記錄。為了對豬的信息進行跟蹤記錄，我們對每頭（每批）豬，進行二維碼標記，這里通過調用 Google Chart Tools / Image Charts 的 API ，可以很方便的生成QRcode(調用地址: http://chart.apis.google.com/chart）。同時我們接入了微信平臺，可以通過關鍵字查詢豬仔的信息，即豬的檔案。如圖19所示。

網(wǎng)站對豬場進行深度的展示，并接入豬仔檔案，讓每一個用戶都能看到這些豬的來源、生長、環(huán)境等等一切信息，讓客戶放心大膽的吃這些豬肉。并且可以在線進行訂購，如果有疑問或者別的問題，還可以直接和我們交流。為客戶打造一個很好的交流平臺。

我們還開發(fā)了微信的公眾賬號，開發(fā)了狀元豬的微官網(wǎng)。包含對狀元豬項目的圖片介紹、文字介紹、實景拍攝。在微信上也可以進行豬仔的訂購?？梢酝ㄟ^微信的掃一掃功能，掃描我們豬仔的二維碼信息，可以查詢到任一階段的豬仔情況。這里還包含狀元豬的各項展示，并不是僅僅把狀元豬的一切信息搬到手機上，而是從移動互聯(lián)網(wǎng)的角度，重新定義科技生態(tài)養(yǎng)殖，以互聯(lián)網(wǎng)新思維，做好生態(tài)養(yǎng)殖項目。界面圖如圖20。

微信展示：

（1）微信源代碼：

（2）微信二維碼：掃描下面微信的二維碼即可關注狀元豬的微信公共賬號，如圖21。

第五章 系統(tǒng)性能測試結果及其評估

經(jīng)過幾個月的努力，我們團隊完成了基于微信平臺的可追溯豬仔成長檔案的智能化豬場的制作，考慮到其現(xiàn)實可操作性，我們把他取名為狀元豬生態(tài)養(yǎng)殖基地。

經(jīng)過不斷的調試，改進，和完善，我們的系統(tǒng)首先實現(xiàn)了微信平臺的豬仔檔案可溯源功能。該功能的主要內容為：當用戶關注我們微信公共賬號，就可以通過掃描豬仔檔案生成的二維碼，進而知道狀元豬的一切生長信息。此外結合微信這一強大的新型電商工具，豬仔訂購者可以在了解豬仔信息的同時，直接下單，向豬場管理者訂購狀元豬，這對傳統(tǒng)豬場意義上的豬場貿(mào)易，具有創(chuàng)新性的突破！

除此之外，我們對傳統(tǒng)的豬場也做了數(shù)字化升級，并提供兩種可靠的工作模式。具體內容為:在本地工作模式中，(即屏幕)可以對豬場內部環(huán)境參數(shù)進行檢測，并可以對豬場環(huán)境變化參數(shù)進行調節(jié)；在遠程模式中，豬場管理者可以在網(wǎng)絡上通過網(wǎng)頁對豬場進行監(jiān)控和控制。通過這兩種工作模式，實現(xiàn)了對豬場的實時監(jiān)控，為狀元豬生長提供了有利的保證。

因此，系統(tǒng)預先設計的功能都已經(jīng)實現(xiàn)，并且已經(jīng)達到了預期效果，圖22和圖23是作品模型正面圖和工作圖。

第六章 設計創(chuàng)新點

1. 本系統(tǒng)設計理念具有先進性和創(chuàng)新性，本作品利用新興社交軟件微信為平臺，結合單片機技術，GSM無線通信技術，傳感器技術，開發(fā)出低成本，高效益的數(shù)字化智能豬場，本作品結合微信溯源，微信電商，微信物聯(lián)網(wǎng)等模塊，利用物聯(lián)網(wǎng)思維，對傳統(tǒng)豬場的智能管理進行了探索，初步模型顯示其方案的可行性，本作品符合現(xiàn)代食品安全的需求，是一個不錯的豬場升級解決方案

2. 本系統(tǒng)是89c51作為核心平臺，相對于網(wǎng)上傳統(tǒng)成熟的解決方案來說，具有極高的性價比，并且運行性能可靠。傳統(tǒng)養(yǎng)殖用戶只要投入極少的資金，就可以升級為智能化豬場，這為我國傳統(tǒng)豬場的數(shù)字化升級提供了可能。

3. 本系統(tǒng)能夠精確“感知”環(huán)境，通過各種各樣的傳感器來獲取豬場環(huán)境參數(shù)，以精確的數(shù)據(jù)作為豬場通風保暖，消毒喂食的依據(jù)，避免僅僅依靠感覺和傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式帶來的產(chǎn)量損失

4. 本地控制，本地控制集多種參數(shù)于一體，不僅直觀的反應當前豬場內部環(huán)境參數(shù)，還可對其進行精確控制

5. 遠程操控，手機電腦可登陸網(wǎng)站，各種豬場環(huán)境參數(shù)直觀顯示在網(wǎng)頁上，同時，網(wǎng)頁對豬場內部參數(shù)進行遠程控制

6. 自動報警功能，當環(huán)境參數(shù)達到設定的極限值時，豬場會向豬場管理人員發(fā)送報警短信，要求豬場管理人員盡快登陸網(wǎng)站，對環(huán)境參數(shù)進行調整

7. 采用rfid技術，對豬場豬仔進行標記，有助于豬場管理者更好的管理豬仔信息。

第七章 應用前景

本系統(tǒng)采用采用AT89S51/52/53平臺以GSM無線通信技術、傳感器技術、單片機技術等為基礎，并以社交通訊工具微信為平臺，開發(fā)出可以保證食品安全的智能數(shù)字化豬場。

系統(tǒng)提供本地工作模式和遠程工作模式，為傳統(tǒng)管理者提供數(shù)字化的管理手段，并且首次提出微信溯源豬仔信息，建立公眾監(jiān)督食品安全體制的新方案。

由于本系統(tǒng)具有國外智能豬場無法比擬的性價比，可對我國農(nóng)村傳統(tǒng)豬場進行全面改良升級，此外本系統(tǒng)符合現(xiàn)代食品安全趨勢的需求，對于普通消費者和豬場管理者來說，都是一個不錯的雙贏解決方案！！

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