[发明专利]一种实用高效的面包虫养殖架及控制系统

权利要求书

1.一种实用高效的面包虫养殖架的控制系统，其特征在于：包括移动底座（1）、立体格屜式框架（2）和养殖盘（3），所述移动底座（1）水平设置于养殖架的下端，所述移动底座（1）上设置有立体格屜式框架（2），所述立体格屜式框架（2）左右两端分别设置有四根支撑柱，支撑柱的内侧分别设置有三根水平导轨（5），所述立体格屜式框架（2）中间处的前后端分别设置有中心柱（4），两根中心柱（4）的两侧分别设置有三根水平导轨（5），支撑柱上的水平导轨（5）与中心柱（4）上的水平导轨（5）对称等高，所述立体格屜式框架（2）内部左侧支撑柱的水平导轨（5）和中心柱（4）左侧的水平导轨（5）上设置有养殖盘（3），所述立体格屜式框架（2）内部右侧支撑柱的水平导轨（5）和中心柱（4）右侧的水平导轨（5）上设置有养殖盘（3），所述养殖盘（3）底端两侧分别设置有滑轮座（6），所述滑轮座（6）的下端设置有前后滑动的滚轮（7），所述滚轮（7）在水平导轨（5）内滑动，两个养殖盘（3）之间设置有隔板（8），所述养殖盘（3）上设置有防爬架（9），所述养殖盘（3）的最上层设置有养殖匾（10），所述养殖盘（3）的下方设置有残砂收集装置（11）；

面包虫养殖架控制系统由ZigBee无线传感网、网关和远程服务器三部分组成，各部分分别设置有电源，ZigBee无线传感网设置在每组面包虫养殖架上，远程服务器远程对多组不同的面包虫养殖架进行监测和控制，ZigBee无线传感网包括传感器节点终端、环境调节节点终端和节点路由器，传感器节点终端实现环境参数湿度、温度、光照强度的采集和转换；环境调节节点终端包含多路控制开关，通过连接多种环境控制设备实现对加热、加湿及光照设备的控制，节点路由器为数据的中继和转发，网关将ZigBee网络中的数据进行地址、协议转换后发送给远程服务器，并将远程服务器发送过来的数据进行地址、协议转换后发送给ZigBee网络节点，远程服务器实现所述控制系统的远程监控、备份重要历史数据、环境控制设备的设置和控制；

传感器节点终端和环境调节节点终端之间采取绑定模式，即同一组养殖架内的传感器节点终端和环境调节节点终端相对应，传感器节点终端除上报数据至远程服务器外，还将数据上报至绑定的环境调节节点终端；远程服务器将上报数据与预配置的参数阈值比较后，决定开启或关闭环境调节节点终端设备，使养殖架的环境参数维持在一个设定的合适的稳定区间；

传感器节点终端包括温度传感器（12）、湿度传感器（13）、光照强度传感器（14）、ZigBee通信模块、单片机、液晶显示器和相应工作电路，对面包虫养殖环境的湿度、温度和光照强度的实时监测，传感器节点终端包括：单片机接收湿度、温度和光照强度的实时监测数据，分析转换为实时的湿度值、温度值和光照强度值；程序下载模块完成向单片机烧录工作程序；输出模块完成对环境参数的转换和上报，温度传感器（12）、湿度传感器（13）、光照强度传感器（14）分别安装于养殖盘中；

环境调节节点终端包括增温器（15）、加湿器（16）、仿自然光照灯（17）、ZigBee通信模块、ARM7嵌入式控制电路，在ARM7微处理器上扩展了按键模块、LCM模块部分；PCB板上提供电源管理模块、JTAG接口部分、外部晶振电路；ZigBee通信模块与ARM7微处理器通过RS232串口收发数据，ARM7上控制I/O口通过外接ULN2003芯片驱动继电器，通过继电器实现对大电流设备的控制，ARM7控制增温器（15）、加湿器（16）、仿自然光照灯（17），以达到设定的适合面包虫养殖的条件；

增温器的设置：调节养殖架内温度的增温器（15）采用静音电热风机，静音电热风机的风机上设置有消音器，静音电热风机出风速度平缓且可调节，静音电热风机内设置有电热丝，静音电热风机热量输出均匀精确，静音电热风机高度防水、均匀增温，配合温度传感器（12）感温灵敏，含有接触点，通过感温接通与断开，控温误差不超过±0.5摄氏度；

加湿器的设置：采用超声波补湿器对湿度进行调节，超声波补湿器是采用超声波高频振荡，实现均匀加湿，无需接自来水管，适合无水源环境使用,超声波补湿器设置在养殖架的内部，超声波补湿器防水、雾化均匀，配合湿度传感器（13）实时监测湿度，控制湿度误差不超过2％RH；

仿自然光照灯的设置：采用仿自然光照LED灯对养殖架光照强度和时间进行调节，按照面包虫适宜的弱光环境设计，达到光照均匀的目的，光源柔和真实感强，既可以增加养殖架的光照时间，又可以在环境光较弱时起到补光作用，仿自然光照LED设置在养殖盘的正上方，配合光照强度传感器（14）实时监测和统计一段时间的光照强度，需要延长光照或者补光时，及时开启仿自然光照LED灯；

传感器节点终端的软件设计分为上位机控制软件和下位机数据获取软件二个部分，上位机控制软件在远程服务器端运行，完成环境湿度、温度和光照强度三个监测数据的接收与显示，实现实时监控、数据存档和检索，通过获得的环境湿度、温度和光照强度监测数据完成对增温器（15）、加湿器（16）、仿自然光照灯（17）的控制，下位机数据获取软件在单片机上运行，获取温度传感器（12）、湿度传感器（13）和光照强度传感器（14）的数据，实现与上位机的实时通讯；

上位机控制软件由一个人机交互界面子程序、一个数据处理子程序和一个串行通信子程序组成，下位机数据获取软件采用模块化设计，包括一个系统主程序、一个温度采集子程序、一个湿度采集子程序、一个光照强度采集子程序、一个数据处理分析子程序，下位机数据获取软件运行过程包括：系统主程序完成系统的初始化和对各个子程序的调用，统一调用温度采集子程序、湿度采集子程序和光照强度采集子程序分别获取传感器监测环境的温度值、湿度值和光照强度值，接着调用数据处理分析子程序，将得到的数据按程序发送至远程服务器端运算；

传感器节点终端的工作流程为首先初始化，传感器节点终端成功加入网络后向远程服务器发送一条注册消息，用于远程服务器发现传感器节点终端，供用户对其进行绑定或配置，注册成功后需按周期发送活动状态消息，该消息用于监测传感器节点 终端的实时状态；

传感器节点终端未绑定情况下只按照默认周期上报传感器值至远程服务器，只有数据监测，不能控制环境调节节点，只有与环境调节节点终端完成绑定后，传感器节点终端根据配置好的信息同时发送传感器值至远程服务器和环境调节节点终端，环境调节节点终端才能根据上报数据和配置信息完成对环境调节节点终端设备的控制。