基于MSP430的家畜咀嚼監(jiān)測器設計

徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋（黑龍江八一農(nóng)墾大學信息技術學院，黑龍江 大慶 163319）

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基于MSP430的家畜咀嚼監(jiān)測器設計

徐驍翔 譚 峰 李威豪 劉亞光 郭 朋
（黑龍江八一農(nóng)墾大學信息技術學院，黑龍江 大慶 163319）

摘 要：經(jīng)研究表明，對家畜進行定時，定量的飼料投放是現(xiàn)代化養(yǎng)殖的重要步驟。本設計以msp430芯片為核心，通過對于家畜進食時咀嚼所帶來的彎曲度變化監(jiān)測，獲得其咀嚼時長，頻率等參數(shù)。同時獲取環(huán)境溫度以及采集時間，并將多種數(shù)據(jù)整合，以文本形式保存于系統(tǒng)自帶的SD卡上。讀取SD卡數(shù)據(jù)后，就能獲得包括時間，溫度以及咀嚼清晰情況的文本文件，為分析家畜的飲食習性提供有力的技術支撐與數(shù)據(jù)支持。

關鍵詞：MSP430；彎曲度傳感器；環(huán)境溫度；SD卡

1 引言

經(jīng)調查，現(xiàn)今國內養(yǎng)殖業(yè)中，許多農(nóng)場對家畜喂料往往是非常隨意的。然而，對于家畜的定時、定量投食，是非常有必要的。不科學的飼喂，造成的結果不是農(nóng)場投料不足影響的繁殖育種，就是浪費飼料造成的生產(chǎn)效率低下。本項目采用彎曲度傳感器作為監(jiān)測家畜特定時間內咀嚼狀況的監(jiān)測器。在特定的時間內監(jiān)測家畜咀嚼進食的具體情況，并記錄在自帶的SD卡上。研究人員通過卡內的數(shù)據(jù)，可以對家畜的進食情況進行分析觀察。堅持這樣，就能夠采集到一個長期的家畜飲食規(guī)律樣本，做到真正了解家畜的飲食行為習性。然后根據(jù)它們的飲食習性進行定時、定量的科學投食，本項目幫助研究人員了解家畜的習性，同時又節(jié)約了養(yǎng)殖成本，所以，本設計不但是獲得家畜飲食習性的必要手段，而且還大大的提高了生產(chǎn)效率，真正達到了科學養(yǎng)殖的目的。進一步發(fā)展下去，還將為之后建立動物福利打下一個良好的基礎。

2 系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)家畜養(yǎng)殖場的實際養(yǎng)殖環(huán)境，我們設計了硬件系統(tǒng)框圖，如圖1所示。其中包括咀嚼監(jiān)測模塊、環(huán)境溫度監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、時間記錄模塊、數(shù)據(jù)動態(tài)顯示模塊。

圖1 硬件系統(tǒng)框圖

圖2 電源供電模塊

當檢測系統(tǒng)工作時，MSP430微處理器模塊經(jīng)電源模塊供電后開始正式工作。連接在家畜口側部的彎曲度傳感器在家畜進行咀嚼活動時規(guī)律性彎曲，使傳感器的電阻值發(fā)生改變。彎曲度傳感器接到分壓電路中，再將分到的隨傳感器規(guī)律變化的電壓值經(jīng)由片內自帶的AD轉換為數(shù)字信號。同時，DS1302時鐘芯片也在實時記錄這時間信息，溫濕度傳感器記錄著溫濕度信息，再將這些信息按照順序存入一個數(shù)組中，再用SPI通信的方式存入SD存儲模塊中去。由此即可獲得清晰易查的家畜行為信息了。

2.1 微控制器

本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機作為本系統(tǒng)的主控芯片。MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器。它的特點是基于閃存或ROM的超低功耗MCU。

2.2 電源模塊

考慮到MSP430低功耗，而且整個系統(tǒng)功率的需求不大，所以采用USB或紐扣電池5V供電，再經(jīng)過1117-3.3V穩(wěn)壓芯片將供電電壓穩(wěn)壓到3.3V，以此滿足各個模塊的供電需求，其電路如圖2所示。

2.3 傳感器模塊

2.3.1 彎曲度傳感器

采用RB-02S046進口模擬性彎曲度傳感器，總長80mm，測量長度60mm，工作溫度在0～55℃，重量1g，厚度0.43mm，平均阻值10kΩ，彎時阻值范圍在60kΩ～110kΩ，阻值與彎曲度表現(xiàn)出正相關的關系。

2.3.2 溫度傳感器

在環(huán)境溫度方面，我們采用DS18B20溫度傳感器進行監(jiān)測。DS18B20數(shù)字溫度計提供9～12位攝氏溫度測量，而且僅通過一個單線接口發(fā)送或接受信息。DS18B20能直接從單線通信線上汲取能量，除去了對外部電源的需求。

2.4 時間記錄模塊

時間記錄模塊主要由DS1302構成，DS1302具有高性能、低功耗的特點，是帶RAM的實時時鐘電路。

3 對外數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)

3.1 數(shù)據(jù)顯示模塊

顯示模塊選用1602液晶，1602液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5×7或者5×11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，盡管1602僅能顯示字母、數(shù)字和字符但足以滿足系統(tǒng)的需求。在此系統(tǒng)中，此模塊只作為調試使用。因為模塊較大，佩戴笨重，所以實際使用時并不連接。

表1為實際測量得到的ADC采樣數(shù)據(jù)。

表1 傳感器各彎曲度下的采樣值表

3.2 數(shù)據(jù)存儲模塊

數(shù)據(jù)存儲模塊主要由SD卡構成，SD卡具有大容量、高性能、安全等多種特點的存儲卡，在本模塊中SD卡獲取由MSP430傳輸來的環(huán)境溫度以及采集時間，并將多種數(shù)據(jù)整合，以文本形式保存于系統(tǒng)自帶的SD卡上。本模塊直接運用成品的SD卡存儲模塊來使用。與單片機的數(shù)據(jù)通信采用三線制SPI通信的方式，連接簡單便捷，也完全能夠滿足txt文本的數(shù)據(jù)傳輸速率要求。

4 軟件設計

軟件部分流程圖如圖3所示。首先是對例如DS1302時鐘芯片、SD卡進行初始化。然后傳感器采集信息，分別有溫度傳感器采集數(shù)字信號，和彎曲度傳感器經(jīng)過分壓采集電壓信號。使用片內自帶的AD進行轉化，獲得電壓值的數(shù)字信號。接下來通過定時器函數(shù)，每隔1s進入一次中斷，在中斷中將傳感器采集到的值放入一個全局變量內，并以SPI通信的方式寫入到SD卡中。同時用1602顯示屏顯示，完成后程序繼續(xù)回到傳感器數(shù)據(jù)采集步驟，重復進行循環(huán)。

結語

本文根據(jù)家畜養(yǎng)殖場實際養(yǎng)殖環(huán)境及家畜咀嚼的特點，設計了一款通過彎曲度傳感器，在特定的時間內觀察家畜咀嚼進食情況并進行記錄的監(jiān)測器。該監(jiān)測器采用SD卡進行存儲，通過卡內的數(shù)據(jù)，可以幫助研究人員對家畜的進食情況進行分析觀察，從而幫助研究人員根據(jù)它們的飲食習性進行定時、定量的科學投食，從而做到節(jié)約養(yǎng)殖成本，提高生產(chǎn)效率，最終達到科學的養(yǎng)殖。

參考文獻

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圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

中圖分類號：U484

文獻標識碼：A

基金項目：黑龍江八一農(nóng)墾大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（XC2015056）。

通信作者：譚峰。