基于ZIGBEE传感技术的种鸡体温测量系统

钟毅锋等

摘 要：为了解决种鸡养殖业中测量体温时存在的一系列问题，笔者所在的团队设计了一个基于ZIGBEE传感技术的种鸡体温测量系统。该系统由数据采集模块、无线通信模块、数据接收模块和远程主机四大部分组成，通过该系统能实现养鸡场内所有种鸡体温的实时监控，能大大减少养殖人员的工作量。该文将简单介绍ZIGBEE技术和种鸡体温测量系统的工作方式，以及在系统设计过程中如何选择元器件及各种辅助软件。希望该文能对研究ZIGBEE技术的同行提供一些参考，并且加快种鸡体温测量系统运用到养殖业中的步伐。

关键词：ZIGBEE技术 体温测量系统 种鸡 远程监控 无线技术

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（b）-0048-01

家禽的体温是衡量其是否健康的一个重要指标，特别是本文提到的种鸡，它的健康不仅关系到鸡肉的安全，还关系到养殖人员和种鸡所下的蛋的安全。在传统的种鸡养殖业中一般都采用直肠测温的方法测量鸡的体温，这种方式具有测温时间长、实时性差、对鸡群应激性大和工作量大的缺点，不能适应现在大规模的现代化家禽养殖的需要。为了解决传统的直肠测温方法存在的不足，该文设计了一个基于ZIGBEE传感技术的种鸡体温测量系统，以实现对种鸡体温的实时测量、显示和存储，最大限度地减少养殖人员的劳动量。

1 ZIGBEE技术简介

ZIGBEE技术是一种应用于电子设备间的无线双向传输技术，其具有可靠性高、功耗低、数据传输率低、延时短、网络容量大、开发成本低的特点。其主要应用在距离短、数据传输速率要求不高的各种电子设备之间，它传输的典型数据类型有周期性数据、间歇性数据和重复性低反应时间数据。ZigBee是通过数千个微小的传感器以相互协调的传递方式来实现无线传输的，由于每个传感器消耗的能量是非常有限的，而且在大部分时间它们都处于省电模式，所以整个系统的功耗非常低，完全可以用电池实现长时间供电。ZIGBEE网络能够支持树型、星型和网状等多种网络拓扑结构，其理论容量最大可以达到65536个节点，能实现大面积的覆盖。ZIGBEE技术具有的这些特点，使得它能在智能家居、传感器网络、工业监控、消费电子、农业灌溉等领域得到广泛的应用。

2 种鸡体温测量系统的组成分析

2.1 体温采集系统的总体结构

种鸡的体温测量系统由数据采集模块、无线通信模块、数据接收模块和远程主机四大部分组成。其中数据采集模块通过安装在种鸡鸡翼下方无毛处的温度传感器测得种鸡的实时体温，然后通过无线通信模块将测得的种鸡体温数据发送给数据接收模块，数据模块再通过有线网络将接收到的数据传送给远方的主机。主机在得到数据后，可以在电脑上实时显示鸡场中各种鸡的实时体温情况，也可以将数据进行存储，便于我们对数据进行综合处理和分析，有利于更加全面地了解种鸡的健康情况。

2.2 节点硬件的选型

节点硬件的选型主要包括温度传感器、ZIGBEE芯片、ZIGBEE节点硬件和协调器节点的选型。温度传感器是种鸡体温测量系统中最重要的组成部分，假若温度测不准，那后面的工作都没有意义。在本文设计的体温测量系统中，采用的是数字型温度传感器，与常用的热敏电阻相比，它能够直接读出所测的温度，具有精度高、分辨率可调的优点，而且通过简单的编程就能温度值转化成二进制数值，非常利于数据的传递。由于养鸡场的室内环境特殊，夏季潮湿、温度高、粉尘多，冬季有害气体多、腐蚀性强，这都不利于电子器件的正常工作，因此在元件的选型中要充分考虑到工作环境对它们正常工作的影响。ZIGBEE芯片、节点硬件和协调器节点的另一个选型参考因素就是通信距离，由于佩戴在鸡身上的，所选的芯片应保障最小的通讯距离为50 m。功耗也是选择元件时要考虑的一个重要参数，由于所设计的体温测量系统采用的是电池供电，当元件功耗过大时，需要频繁更换电池，这样不仅增加了整个系统的成本，而且操作的可行性也差。节点元件质量直接决定着这个系统的性能，在选型的过程中一定要从实际出发，在能满足系统要求的前提下，尽量选择性价比高的元器件。

2.3 ZIGBEE网络实现

种鸡体温测量系统所用的ZIGBEE网络由计算机、ZIGBEE协调器节点和若干个安放在种鸡身上温度传感器——ZIGBEE终端节点组成，由于种鸡数量众多且一直处于活动的状态，位置具有不确定性，在给种鸡安置过温度传感器后应对种鸡和所用的传感器进行编号，这样有利于在电脑终端发现有种鸡的体温出现异常时，及时地进行定位，迅速找出到底是哪只鸡的体温出现了问题。ZIGBEE有三种常见的网络拓扑结构：星型、树形和网状，种鸡体温测量系统由于节点数众多，故选用了网状的拓扑结构。网状网络由一个协调器和众多终端节点或路由器组成，其结构与树形结构相似，但比树形拓扑结构的通信更灵活，通信效率更高。

3 体温测量系统的软件设计

种鸡体温检测系统的软件设计包括上位监控软件平台设计、协议栈软件设计、终端节点软件设计和协调器节点软件设计这四大部分。在本次种鸡体温测量系统的软件设计过程中，采用IAR编译器对用C语言编写的程序进行编译和调试。为了能将温度传感器采集到的非线性数据显示出来，需要选择一台PC机作为后端的控制主机，即上位机。上位机需要安装数据库系统和系统控制软件，这样才能通过操作控制软件来实现对终端节点的远程控制和测量数据的后期处理。通信的硬件和软件如何在不同的层协调工作是由协议栈定义的，在协议栈软件的设计过程中应将协议栈看作一个整体，采用统一编写的方式进行程序编写，引用宏定义语句来区分各功能节点在各协议层中的相应操作，以便于后面的程序移植。终端软件设计的目的是帮助温度传感器完成数据信息的采集、处理和发送工作，同时协助终端节点发送自己的网络地址信息。软件系统的设计就是为了辅助硬件系统更好地完成工作，使整个体温检测系统操作变得简单，可靠性得到提高。

4 结语

基于ZIGBEE傳感技术的种鸡体温测量系统旨在解决传统的养鸡业中体温测量工作中存在的不足。但在研究的过程中也遇到一些问题，特别是由于鸡的位置是活动的，这增加了无线数据传输的难度。在元器件的选择过程中，要综合考虑成本、功耗和工作效率等多方面的因素，合理选择测温系统的硬件和软件。

参考文献

[1] 田颖，刘军.基于无线传感器网络的体温测量系统设计[J].中国集成电路，2010（10）.

[2] 崔欣.低功率无线数据采集模块的设计与实现[D].天津理工大学，2008.

[3] 林子敬.基于ZigBee技术的无线传感器网络研究与实现[D].中国科学技术大学，2009.