基于STM32的养猪场各项数据监测与报警系统设计

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

生猪养殖是我国畜牧产业的核心组成部分，集约化、高密度养殖模式逐步成为行业主流，圈舍内部环境直接影响生猪的生长速率、健康状态以及疫病防控效果。密闭猪舍通风条件有限，养殖过程持续产生氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体，同时伴随粉尘堆积，不仅容易诱发猪群呼吸道疾病，降低出栏品质，粉尘积聚还存在起火隐患，一旦发生火情，密闭空间内火势蔓延速度快，极易造成重大经济损失。现阶段大量中小型养猪场依旧依靠人工定时巡检，依靠养殖人员感官判断环境好坏，人工监测存在明显滞后性，很难实时捕捉有害气体、粉尘超标的情况，火灾隐患也难以提前发现，而且人工记录的数据零散，不便于统一管理与追溯。部分大型养殖场虽然配备环境监控设备，但成套专业设备造价高昂，维护复杂，并不适合中小型猪场推广使用，很多设备缺少火焰探测、定位等功能，报警联动机制不够完善。

在此背景下，研发一套低成本、多功能的养猪场多参数监测与报警系统具备较强的现实价值。该系统集成多种感知器件，同步采集多项环境指标，异常时自动启动通风与声光告警，管理人员还可以借助移动端远程查看数据、调整阈值，摆脱场地限制。这套系统能够减少人工巡检的工作量，及时消除有害气体、粉尘、火灾带来的风险，稳定圈舍环境，降低生猪患病概率，提升养殖效益，同时也为中小型猪场智能化改造提供低成本方案，助力畜牧行业向着安全化、数字化方向稳步发展，契合智慧农业的发展方向。

1.2 国内外研究现状

国外畜禽环境监测技术起步较早，欧美等发达国家早在数十年前就围绕畜禽舍环境管控开展研究，相关行业规范与监测体系相对完善。国外研究重点偏向高精度气体检测、环境预测模型与大型物联网管控平台，很多成熟产品可以实现多参数自动采集、通风联动调控，部分方案结合机器学习算法对气体浓度变化进行预判，提前调节舍内环境，设备稳定性与检测精度优势明显。同时国外养殖场普遍配套完善的排污与环境监测法规，倒逼监测设备持续迭代升级，无线组网、云端大数据分析应用广泛。但国外设备整体成本偏高，软硬件方案多适配本土规模化农场，针对国内中小型散户猪场的适配性不足，很少兼顾火焰安全监测、本地化移动端报警定位这类需求，直接引进使用会存在功能冗余、价格昂贵等问题，普及难度较大。

国内智慧养殖相关研究在政策扶持下快速推进，众多高校和企业围绕猪舍温湿度、气体监测开展大量研究，大量基于单片机、嵌入式平台的监测方案陆续被提出，很多设计可以实现基础参数采集、无线上传与简单报警功能，传感器国产化也有效降低了硬件成本，适合国内中小养殖场景。但现有多数方案仍然存在短板，监测指标较为单一，往往只监测温湿度，缺少硫化氢、粉尘、火焰这类安全指标的同步检测，很多系统只具备数据上传功能，本地联动控制能力弱，报警形式简单，缺少位置定位，发生险情后管理人员无法快速锁定出事圈舍。同时不少设计阈值固定不可修改，人机交互功能薄弱，预警记录存储不完善，难以满足养殖场多样化管控需求，兼顾环境调控与火灾安防一体化的低成本监测系统还有较大优化空间。

1.3 研究内容与方法

本设计以单片机作为控制核心，搭建一套养猪场多参数监测报警系统，完成硬件电路设计、器件焊接调试与配套控制程序编写，选用多种传感器采集圈舍内温湿度、多种有害气体、粉尘以及火焰信号，依靠显示器件在本地展示实时数据与阈值，通过按键完成各项阈值参数的修改设置。系统在参数超标时自动启动通风装置和声光报警装置，借助无线通信模块接入云平台，实现移动端查看数据、远程修改阈值、调取历史报警记录，搭配定位模块获取场地位置信息，软件编写时完成数据滤波、阈值判断、报警联动以及云端数据收发逻辑调试，持续排查传感器采集误差、通信丢包等问题，完成整套系统的联合调试与功能验证。