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基于FreeRTOS的物联网智能育肥喂饲器研制文献综述

 2020-04-15 15:33:10  

1.目的及意义

随着科技进步和各行业的发展,许多旧事物受到新鲜事物的不断冲击,以前畜牧业主要是小而散的养殖方式,而近年来逐渐兴起的规模化养殖方式越来越受青睐。然而作为一间有规模的猪场首先要考虑的就是如何去管理,要更好、更容易的管理好猪场的运作,现代化设备是必不可少的帮手,拥有好的养猪设备是养猪效益提高和健康养猪的必要条件之一。

当前中国社会已经进入老龄化阶段,人口红利基本已经耗尽,增速较快的人工成本直接增加了养殖成本。同时采用人工的方式去管理猪场有着许多缺点。通过人工观察到的数据主观性强,不利于精确、稳定、连续地记录;而通过人工控制则存在时效性差、占用人力资源和生产效率低等缺点。大范围的使用设备来替代人工是降低养殖成本的当务之急。只有选择好的养猪设备,促进生产,才能提高养猪效益。养猪设备能克服季节对养猪的不利因素、改善传统养殖的养猪环境以及自由采食、自由饮水等问题。使猪健康、无污染、快速高效生长。

“物联网”的问世,为生活带来了太多“智能”的要素。物联网技术和产业异军突起,成为新一轮产业革命的重要发展方向和世界产业格局重构的重要推动力量。在农业领域,物联网也已经“登堂入室”,畜牧业是整个农业生产中规模化程度最高,技术、设备与资金投入相对集中的领域之一,在一批致力于畜牧业物联网技术基础研究的科研院所、创新型研发企业的推动下,中国畜牧业物联网技术取得了初步的进展。畜牧业物联网技术应用为畜牧产业的转型升级带来了新的动力,猪场也在不断与物联网融合,如饲养智能监控、云端畜禽的生活情形、设备的使用监视等,为猪场在科学生产、生产分析等方面提供很大的帮助,提升养殖综合效益。 ([5]、[6]、[8])

早在20世纪80年代,荷兰、美国、德国和英国等发达国家已经开始建立一些自动化程度较高的精准畜禽养殖场。荷兰于20世纪80年代建立了数字化奶牛场;以色列阿菲金公司1984年研究出阿菲牧管理系统;西班牙Agritee软件公司1989年开发了奶牛肉牛管理软件,实际开始畜牧业物联网技术应用。纵观国内外的发展现状,近几年,信息化养殖技术已经广泛应用于提高畜禽养殖业的管理水平。国内外养殖业在精细养殖上已经有了不少研究,如绵羊行为自动分类、基于RFID技术的农场管理、养猪场的自动精细饲喂系统和奶牛产奶量数据采集等。国外在精细养殖方面发展很快,我国精细养殖技术也在不断发展。但是,尽管我国畜牧业物联网技术的研究顺应养殖模式的转型与政府监管的要求,从软、硬件的开发到解决方案的实施,形成了一批产品,获得了一批自主知识产权,得到了不同程度的应用,但从物联网系统的技术环节本身而言,中国畜牧业物联网技术的应用与产品的开发还处于初级研究阶段。 ([7]、[8]、[9])

嵌入式系统的出现,所经历的是许多不被人知的发展历程,它大体经历了单片机时代、嵌入式系统时代和物联网系统时代,现在嵌入式系统正处于物联网系统时代。随着信息化、管理化、网络化的快速发展,嵌入式系统技术也逐渐获得了广阔的发展空间。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件,现在主要包括以下几种:

①嵌入式微处理器(MPU),嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器,具有较高的性能,当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是,在实际嵌入式应用中,只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他的冗余功能部分,这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等;

②嵌入式微控制器( MCU),嵌入式微控制器的典型代表是单片机,单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称微控制器。比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541,并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列,MCU占嵌入式系统约70%的市场份额;

③嵌入式DSP处理器(EDSP),DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器,其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列;

④嵌入式片上系统(SoC),SoC追求产品系统最大包容的集成器件,是嵌入式应用领域的热门话题之一。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合,直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性,在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言,实现一个复杂的系统。比较典型的SOC产品是Philips的Smart XA。 ([10]、[11]、[12])

嵌入式操作系统是指用于嵌入式系统的操作系统,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。常见的嵌入式操作系统有以下几种:

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