摘 要

随着中国实验动物科学得到越来越多的重视，实验实物生长区的环境监测已经成为发展高效率、智能化实验动物研究技术的一个关键环节。在我国，多数的动物生长区环境参数监测都由人工进行管理，随着科技的发展，这种模式显然落后而且会使生产成本增加，造成人力资源的浪费。

本文根据动物生长区相关的环境标准，设计了一个集数据采集、数据传输、智能监测于一体动物生长区环境参数智能监测系统。根据要求设计了系统结构，包括设计了生长区环境参数的下位机采集，和根据得到的环境数据可以对生长区环境进行控制。针对系统进行了下位机设计和上位机开发，并完成了系统综合测试。动物生长区环境参数智监测系统使用Zigbee协议进行上位机与下位机的通信。监控系统主要由现场终端节点、协调器以及上位机组成。现场终端监测节点利用传感器完成对生长区内温度、湿度、光照强度等环境参数因子的检测，并可以对风扇、继电器控制的灯进行控制。协调器集中终端节点远传的数据与上位机通信，实现对环境各参数的监测与记录。上位机设计了软件的各个界面显示模块，方便用户对生长区环境的远程控制。

动物生长区环境参数监控系统使用无线网络进行传输，能够实现信息的实时传输，对动物生长区内各区域的环境参数进行监测控制，节省了大量的人力资源，本系统实用性强，扩展成本低，同时，维护成本也低，有着重要的现实意义和广阔的应用前景。

关键词：实验动物生长区；环境监测；无线网络

ABSTRACT

With more and more attention being paid to experimental animal science in China, environmental monitoring in the growing areas of experimental animals has become a key part in the development of efficient and intelligent experimental animal research technology. In China, most of the environmental monitor in animal growing areas are managed by human, which will not only increase the production cost, but also cause the waste of human resources, and it is difficult to achieve the expected economic benefits.

This paper designed a remote, centralized and intelligent monitoring system for environmental parameters of animal living area. Through the analysis of the environment requirements of the intelligent monitoring system of the environment parameters in the living area, the system structure is designed according to the requirements, including the design of the slave computer collection of the environment parameters in the living area, and according to the obtained environment data, the environment in the growing area can be controlled. For the system, the design of the slave computer and the development of the host computer are carried out, and the comprehensive test of the system is completed. ZigBee protocol is used in the intelligent monitoring system of environmental parameters in animal growing area to communicate between the upper computer and the lower computer. The monitoring system is mainly composed of field terminal node and host computer. The field terminal monitoring node uses sensors to detect the temperature, humidity, light intensity and other environmental parameters in the living area, and can control the fan and relay controlled lights. The coordinator collects the remote data from the terminal node and communicates with the host computer to monitor and record the environmental parameters. The host computer has designed each interface module of the software, which is convenient for the user to monitor the environment of the growing area remotely.

The environmental parameter monitoring system of animal living area based on wireless network can realize the real-time transmission of information, and monitor and control the environmental information of each area in the animal living area, saving a lot of human resources. The research of this system has important practical significance and broad application prospects.

Keywords: animal living area; environmental monitoring; wireless network

目录

第1章 绪论 1

1.1背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 论文研究的主要内容 2

第2章 整体系统的设计与要求 3

2.1系统的设计要求 3

2.2系统方案的设计与论证 4

2.2.1 上位机方案的设计与论证 4

2.2.2下位机方案的设计与论证 5

2.2.3系统整体设计方案 7

第3章 硬件设计 8

3.1 CC2530 ZigBee 模块 8

3.2 ZigBee 终端节点设计 8

3.2.1温湿度检测节点设计 8

3.2.2 照度检测节点设计 9

3.2.3 风机与继电器控制设计. 10

3.3 ZigBee 模块协调器程序设计 12

第4章 下位机软件设计 13

4.1 ZigBee协议和Z-Stack软件架构（协议栈） 13

4.2 ZigBee程序设计 16

4.2.1 ZigBee 无线网络的建立 16

4.2.2节点通过协调器加入网络 17

4.2.3 ZigBee 终端和协调器通信程序设计 19

4.3检测与控制节点程序设计 21

4.3.1温湿度检测节点子程序设计 21

4.3.2照度检测节点子程序设计 22

4.3.3 风扇灯光控制节点子程序设计 23

第5章 上位机软件设计 24

5.1 LabVIEW技术简介 24

5.2系统设计思路 24

5.3 LabVIEW数据库设计与连接 25

5.3.1数据库与LabVIEW的连接 25

5.3.1数据库表设计 26

5.4人机交互界面实现 26

5.3.1登录界面的设计与实现 27

5.3.2密码修改界面的设计与实现 28

5.3.3功能选择界面的设计与实现 29

5.3.4实时数据监测界面的设计与实现 30

5.3.5历史数据查询界面的设计与实现 31

5.3.6控制功能界面的设计与实现 32

第6章 系统测试 33

6.1下位机测试 33

6.1.1组网数据传输测试 33

6.1.2风扇电机控制测试 33

6.2上位机测试 34

6.2.1登陆功能测试： 34

6.2.2监测功能测试 35

6.2.3查询功能测试 36

6.2.3控制功能测试 37

第7章 总结与展望 38

第1章 绪论

1.1背景及意义    

当前时期在世界范围内各种技术都在不断革新创造更多的效益，在二十一世纪，人类在生命科学的研究领域正不断投入更多的资源。其中，实验动物科学作为生命科学研究的基础和条件，正在受到包括中国在内世界各国的普遍重视，花费越来越多的人力资源和物质资源进行研究。 

之所以要发展研究实验动物科学，是因为要通过研究动物本身生命现象，进而推用到人类，探索人类自身的生命奥秘，治理人类的疾病和减缓衰老。在医学生物科学各领域，人们都愈来愈认识到动物公害问题的研究不仅已影响粮食、人口、老年人等各种重大社会问题，而且还涉及到地球上生活着的动物生存问题^[1]。所以，实验动物科学中的实验动物的重要性愈来愈被人们所认识^[1]。  

实验动物从出生到死亡都会要求在一个固定的室内或室外环境生活，这种环境就变成了对实验动物来说最重要的生存条件。在实验前和实验中控制动物实验各种环境因素就变得十分重要。实验动物生长区的环境指标必须符合相关国家标准，才能进行生产。大多数动物生长区的环境参数都是由人工进行管理，会使生产成本增加，还会造成人力资源的浪费，达不到理想的经济效益。  

本设计主要是针对生长区多参数如温湿度、压差、照度等进行检测的，利用无线传感器网络技术，即ZigBee技术，通过利用各种传感器进行实时采集实验动物生长区的环境信息，通过ZigBee 网络实现对数据向检测终端的传递以及处理，如此进行数据交互传递。利用LabVIEW设计的一个多房间的动物生长区环境指标的检测的系统，可以使管理者能够实时获取生长区的温湿度、压差各种信息，并用于其决策控制，消除隐患，满足相应指标要求。

1.2国内外研究现状

实验动物科学在中国的发展较缓慢。旧中国只有很少的医药部门、高校进行一些实验动物工作，只是繁育一定数量实验动物^[2]。解放后，在党和政府的重视、关怀下，中国的实验动物科学在实验动物的研究和生产各方面作了大量工作，取得了不错成绩^[2]。党的十一届三中全会以后，在改革开放指导下，中国的实验动物科学又有了新的发展，并取得了不错的成绩^[3]。1982年，在云南西双版纳，国家科委主持召开了全国第一届实验动物工作会议。从1982年至今，中国已有四个国家级实验动物中心^[3]。此外，还有七个实验动物繁殖场。对于国内实验动物生长区的检测技术，是实验动物的基础设施建设的组成部分之一。在过去的二十年间，实验动物基础设施建设发生了巨大的变化。实验动物设施环境已经全面升级，已经跟上国际上实验动物科学发展的步伐; 中型和大型动物的设施也正朝着这个方向快步前进。综上所述，尽管我国的实验动物环境设施的相关技术至今已经取得一定的进展，但是，还需要我国相关科研人员不断努力，继续不断深入研究。  

在很多的经济发达的国家中，实验动物的研究已经发展成为独立的学科与生产部门^[4]，典型的如美国、德国、英国、日本及法国等。如美国这些国家他们都已经建立了国家主导的、产业化的实验动物研究中心。以及相关辅助用品产业化的生产公司。美国有关实验动物的投资占生物科学课题投资的比重占四成；需要实验动物的生物学科研课题占比约六成。在发达国家中，有各种各样的实验动物科学组织机构，还在实验动物的研究、生产以及相关设施、建筑到人员培训、考核等方面都有明确的工种和规定^[2]。同时，还有国家议会早已经批准颁布的有关实验动物工作法律法规，这些由实验动物领域专家提出、经过各领域的专家学者完善。完整的用实验动物管理法律法规，是实验动物科学学科得以发展的源泉，只有在好的制度下，科学生产才得以长久不衰。综上所述，国外实验动物研究相关技术发展速度较快，发展较成熟，已经由法律法规，工业化等各个方面具有长期发展带来的优势，伴随时间的推移，科学技术的不断发展，发达国家的实验动物的研究正在不断产生经济效益，实验动物研究的应用朝着产业化及智能化方向发展。

1.3 论文研究的主要内容

第一章：论述了动物生长区环境监测系统的背景和意义。

第二章：对室内动物生长区环境监测系统进行了方案的设计与论证，包括对系统的设计要求、技术方案的选择进行了论证以及系统总体的技术路线的设计。