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　　作者：呼伦贝尔学院 李耀清 王磊 何志平

　　指导教师：吴淘锁

 作品简介

一、 设计背景

    呼伦贝尔草原是亚洲第一大草原，生活在呼伦贝尔草原上的牧民们主要从事着畜牧业生产，夏季牧民们采用合作社式的轮流游牧的方式饲养牲畜。到了冬季，由于天气等原因则改为集中圈养。冬季呼伦贝尔草原的室外温度一般可达零下40℃，这对草原上牧民的饲养及管理牧场带来了极大的困难。

智能牧场控制系统是针对现代化集中饲养和草原牧户冬季集中饲养中所遇到的问题而研发设计。

平台选型说明

本系统是基于IAP15F2K61S2 单片机采用多种控制技术对牧场进行现代化远程管理的一套系统，能够实现更好的减轻牧民劳动力成本，准确掌控牧场的各种情况。

设计说明

二、智能牧场控制系统管理功能

1.一键远程添料：牧民可以足不出户通过遥控器或按键就可对百米外的牧场进行定时远程加料。

2.一键远程加水：牧民可通过手机短信发送指令，也可以通过上述两种方式对牧场进行远程加水，当水位到达一定位置时自动停止加水动作。

3.防盗报警：在进入牧区的入口处加入一对红外对射传感器。当牧户开启布防后，如果有人进入牧场，或者有牲畜离开牧场时，牧场会对用户家中的中央控制器发出报警信息，并且发送短信给牧户及时提醒牧户注意。

4.走失报警：每头牲畜上都有个发射机，如果牲畜离开牧区一定距离时，走失报警在牧场中的接收机就会发出报警信息给中央控制器，并且发送短信通知牧户。

5.防火报警:防火报警是为了针对牧户冬季囤积的草料产生意外火灾而设计的。防火报警主要由烟雾传感器和防火水泵组成，当火灾发生后，系统会及时向用户手机进行报警，同时发送报警信号给中央控制器，启动防火水泵进行灭火，并启动语音模块及时提醒邻居、附近牧民及时救援。

6.双向短信、彩信功能：智能牧场系统考虑到了牧户有事外出的情况，或可能离开牧场的情况，这时短信功能就起到了不可替代的作用，短信功能的一部分就是具体了解上述几种报警所发送的报警短信的实时性、准确性。另一重要部分就是用户可以在任何地方对牧场进行远程了解，采集实时图像直观的观察牧场情况。短信、彩信功能包含一下命令功能：

①编辑“FL”到牧场， 可以实现远程加料；

②编辑“FS”到牧场， 可以实现远程加水；

③编辑“BF”到牧场， 可以实现牧场的防盗、防丢报警启动；

④编辑“CF8421”到牧场， 可以实现撤防，其中8421撤防密码；

⑤编辑“MMS”到牧场， 牧场会启动摄像头进行拍照，并将照片以彩信的方式发送到牧户手机中，让牧户实时了解牧场情况。

此外，该系统采用太阳能蓄电池供电，还提供了随时停止加水、加料、远程灯控、采集室温、显示时间、低压报警、以及其他手动控制功能，更好的服务于牧户。

三、系统方框图

图1  中央控制器框图

图2  牧场控制器框图  

四、系统方案及各部分电路介绍

本系统采用大赛指定IAP15F2K61S2单片机作为开发平台，配合12864LCD液晶显示电路、18B20温度传感器、PCF8563时钟芯片、内部AD、EEPROM、NRF24L01无线数传模块、电源模块、红外遥控模块等实现主系统时间、电压、温度的显示，并与牧场控制器进行信息的交换。对牧户的操作（按键、遥控器）进行确认识别操作，下发命令给牧场控制器进行动作，并接收牧场控制器发送来的报警代码、电压等信息。下图为中央控制器的引脚图：

2.牧场控制器

牧场控制器也采用大赛指定单片机作为电路的主控芯片，控制各部分动作电路、PTM101手机模块命进行收发短信、发送彩信和读取PTC08串口摄像头图片信息、采集电压以及检测走失、失火、防盗等报警信息并与中央控制器通信等功能。下图为牧场控制器的引脚图：

3.受控部分（各功能模块）

（1）加料

当用户通过上述操作中的一种时中央控制器发送加料命令，牧场控制器接收到后开始加料过程。控制器对加料减速电机进行定时操作，电机带动加料轴转动进而将草料均匀的加入料槽。

（2）加水

加水过程同加料过程相同，当牧场控制器接收到加水命令时，牧场控制器开始驱动水泵加水，当水位到达一定程度时由红外对射传感器对牧场控制器进行水位的反馈并且停止加水动作。

（3）防火报警

防火报警是由烟雾传感器来提供报警信号，当草料着火时，烟雾报警器接收到烟雾信号发出数字信号或者模拟电压信号，控制器收到该信号时立即开启防火水泵，并且将报警信号发送给中央控制器控制，同时手机模块给用户发送火灾报警短信，牧场控制器接到报警信息后启动蜂鸣器，并在液晶屏中显示，对家中牧户进行报警。

（4）防盗报警

防盗报警电路由走失报警，门窗报警电路构成。当用户设置为布防模式时，防盗报警电路开始工作，一旦有人进入畜舍开门瞬间红外传感器向牧场控制器发出报警信号，牧场控制器向中央控制器发送防盗报警信号，并控制手机模块给用户发送短信。当牲畜离开子控制器一定范围后牧场控制器也会向牧户发出短信报警。

 （5）手机模块

当牧户想要了解牧场实时情况或对牧场进行远程控制时，只要编辑相应短信到手机模块，手机模块就会经串口与牧场控制器进行通讯，牧场控制器将控制相应电路进行动作或指令摄像头拍照，并将图片通过手机模块以彩信的方式返回到牧户的手机中。

（6）走失报警

牧户在牲畜身上安装走失报警芯片后，可以对牲畜活动范围进行监控，当牲畜离开牧场或者放牧过程中超出了牧户所定的活动范围后，电源控制板上的走失报警器会对牧场控制器做出一个报警，进而引起中央控制器的报警，发送短信给牧户，对牧户做出一个提醒。 

五、牧场原理图

六、作品展示