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摘 要
瘤尾守宫养殖业是世界重要的养殖产业之一，而种蛋孵化则是养殖业发展的重要影响因素。种蛋的品质与养殖营养水平、养殖日龄和所处产蛋时期有关。在孵化过程中，环境因素如温度、相对湿度、光照条件、气压和氧分压对种蛋胚胎发育、孵化率及出雏品质影响很大。控制温度是胚胎发育过程中起重要作用，因为胚胎只有在正常的温度范围才能完成完整的发育。在孵化过程中，蛋内水分蒸发，受相对湿度的影响，羊水和尿囊液也随之变化。水分流失过快，胚胎提前出生，出生重量小于正常个体，如果失水过慢，个体出生时卵黄囊和尿囊液吸收差，可能产生腹部积水。由于瘤尾守宫特殊的视觉系统，对光的感知能力强，孵化过程中对光照条件的改变更敏感。瘤尾守宫视网膜受不同波长光刺激产生的结果不同，将会影响瘤尾守宫的生长发育。因此，控制瘤尾守宫孵化过程中的温度、相对湿度和光照条件对提高孵化率具有重要意义。
综上所述，本实验设计将结合STM32单片机与ESP8266WIFI模块设计出一款瘤尾守宫智能孵化装置，探究温度、湿度、光照强度、风速及空气质量对瘤尾守宫孵化的影响。温湿度、光敏电阻、风速及空气质量传感器将实时对孵化环境进行数值检测，并通过WIFI模块发送给云端。上位机可以从云端获取实时信息方便远程监测管理。
关键词：环境因素；瘤尾守宫孵化；STM32单片机；ESP8266WIFI模块
ABSTRACT
Momiomiya breeding industry is one of the important breeding industries in the world.Hatching of breeding eggs is an important factor affecting the development of breeding industry.The quality of breeding eggs is related to the nutrient level of breeding and breeding age and laying period.During the incubation process,environmental factors such as environmental temperature,relative humidity,light condition,air pressure and oxygen partial pressure have great influence on the embryonic development,hatchability and quality of breeding eggs.Temperature control plays an important role in embryonic development.Embryos develop fully only in the normal temperature range.During development,the water in the egg evaporates,and the amniotic fluid and allantoic fluid change with the influence of relative humidity.If the water loss is too fast,the embryo is born prematurely and the birth weight is smaller than that of the normal individual.If the water loss is too slow,the individual is born with poor absorption of yolk sac and allantoic fluid,which may produce abdominal hydrops.Due to the special visual system of the tumor tail Mamiya,it has a strong perception of light and is more sensitive to changes in light conditions during the incubation process.Light receptors on and outside the retina transmit light signals from the outside world to the appropriate visual centers in the brain.The results of retinas stimulated by different wavelengths of light are different,which will affect the growth and development of retinas.Therefore, temperature,relative humidity and light conditions have great effects on embryonic development,hatchability and quality of eggs.Controlling environmental factors in the process of hatchability is of great significance to improve hatchability.
To sum up,this experimental design will combine STM32 microcontroller and esp8266WiFi module to design an intelligent incubation device for tumor tail palace incubation,to explore the influence of temperature,humidity,light intensity,wind speed and air quality on tumor tail palace incubation.Temperature and humidity, photoresistor,wind speed and air quality sensors will conduct numerical detection of incubation environment in real time and send to the cloud through WiFi module.The upper computer can obtain real-time information from the cloud to facilitate remote monitoring and management.
Key words: environmental factors;Tumor tail keep palace hatching;STM32 MCU;ESP8266WiFi modu
目 录
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 3
第2章 系统总体结构 4
2.1 设计方案 4
2.2 功能需求分析 4
2.2.1 技术路线 4
2.2.2 预期结果 4
2.3 总体方案设计 5
2.4 元器件选型 5
2.4.1 单片机选型 5
2.4.2 温湿度传感器 6
2.4.3 空气质量传感器 7
2.4.4 风速传感器 7
2.4.5 通信模块 8
第3章 系统的硬件部分设计 9
3.1 系统总体设计 9
3.2 系统的主要功能模块设计 10
3.2.1 温湿度测量模块设计 10
3.2.2 ESP8266WIFI模组模块设计 11
3.2.3 MQ135空气质量传感器模块设计 11
3.2.4 风速传感器模块设计 12
3.2.5 光敏电阻模块设计 13
第4章 系统的软件设计 14
4.1 软件主流程图 14
4.2 温湿度采集模块的软件设计 16
4.3 显示模块软件的设计 16
4.4 光敏电阻模块的软件设计 17
4.5 MQ135空气质量检测的软件设计 18
4.6 风速传感器的软件设计 19
4.7 ESP8266模块的软件设计 21
第5章 系统测试 22
5.1 系统实物图 22
5.2 测试原理 23
5.3 翻蛋功能模块测试 24
第6章 总结与展望 26
6.1 总结 26
6.2 展望 26
参考文献 28
致 谢 30
附 录 31
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
瘤尾守宫是一种生活在澳大利亚的生物，被认为是海龙的亲戚。瘤尾守宫的孵化环境研究是为了揭示其繁殖生态和提供促进繁殖成功的条件。孵化环境对于保证瘤尾守宫幼体的生存和成长至关重要。在研究中，首先需要了解瘤尾守宫的繁殖行为和繁殖周期。观察野外种群中的交配和产卵行为，记录交配行为的频率、时机和地点。通过这些观察，可以确定适合瘤尾守宫繁殖的季节和繁殖地点。在孵化环境研究中，水质条件是至关重要的因素。瘤尾守宫的卵需要一定的水质参数来保证孵化的成功。研究人员需要测量和监控水温、盐度和PH值等参数，并调整这些参数来创造最适合孵化的环境。此外，水体中的溶解氧含量也需要控制在适宜范围内，以确保卵的健康孵化。孵化环境中的底质和植被也需要研究。瘤尾守宫的卵通常会附着在海藻或其他底质上。了解瘤尾守宫的产卵习性和卵的附着偏好，可以为模拟合适的孵化环境提供参考。提供合适的底质和植被可以提供卵的保护和适宜的卵壳附着表面。此外，光照条件也是重要的研究内容。瘤尾守宫在野外生活中处于光线充足的环境，因此需要模拟合适的光照条件来促进孵化。研究人员可以调整光照强度和光照周期，以确保瘤尾守宫卵的健康发育和孵化成功。随着蛋肉类的社会需求量不断增长，给位于瘤尾守宫养殖上游的孵化产业带来了活力，促进了孵化产业朝规模化、集约化方向发展。孵化产业所使用的人工孵化技术是利用仿生学思想，通过模拟瘤尾守宫孵化的自然环境，人为创造蛋种胚胎发育所需条件，以达孵化出幼禽的目的。本文针对目前孵化产业信息化程度不高、孵化环境参数调控实时性差等不足，设计出了一种基于物联网技术的瘤尾守宫孵化环境监控系统。
国外的农业产业智能化发展起步较早，美国在20世纪40年代已基本实现了农业机械化，20世纪70年代末开始研究农业专家系统。物联网作为又一次世界信息产业浪潮，具有优良的发展前景，与农业产业的融合是大势所趋。伴随着自动化技术、物联网技术、计算机网络技术的不断发展，使得农业物联网产业愈发成熟，国外农业现代化发展进程得到了加速。
对于当前的社会发展，瘤尾守宫孵化产业正朝着规模化、集约化方向发展，为提高种蛋孵化率与健雏率、提高瘤尾守宫孵化产业的现代化水平，亟需先进物联网技术对禽类孵化时的环境进行准确实时监控和管理，因此，设计一种具有新兴物联网技术的孵化监控系统具有广阔市场前景。随着信息化技术的迅速发展，我们越来越注重信息的传递和共享。在现代家畜养殖中，信息控制的需求越来越大。因此，我们开始将物联网技术应用于家畜养殖，这是信息时代的新型应用技术，为畜牧业的发展转型带来了新的动力。综上所述，物联网在当今家畜养殖中具有广泛的应用。相比传统的饲养技术，基于物联网技术的养殖模式实现了信息化管理，注重智能化的操作，使整个家畜的养殖和管理更加系统化、科学化。
1.2 国内外研究现状
2022年，李惠娜在《基于STM32和物联网公有云的鸡蛋孵化环境检测系统设计》文中谈到农业物联网的应用则主要是在农业生产环境因子方面实现感知、传输、处理和控制[2]。伴随着物联网技术不断发展，对农业生产环境因子进行调控研究越来越深入，逐渐涉及到瘤尾守宫养殖业的应用。
2021年，邹文虎在《基于物联网的环境监测系统设计研究》文中讲到，将物联网技术应用于孵化环境的远程监控起步较晚[3]，且较少应用，大都采用独立式孵化设备调控孵化环境。
2021年，海涛，陈娟，周文杰，陆猛，曾泽明在《基于LoRa和NB-IoT物联网技术的孵化监控系统》文中介绍了我国基于物联网远程监控系统的设计研究较多，将农业物联网技术应用于禽类孵化环境远程监控的研究较少[5]。目前，小型孵化企业一般是使用基于C/S孵化设备进行现场调控孵化环境，降低了生产效率、提高了生产成本。
2019年，Costa Eduardo,ElbersArmin,KoeneMiriam,SteentjesAndre,Wisselink Henk,Wijnen Peter,Gonzales Jose在《Qualitative Evaluation of Causes for Routine Salmonella Monitoring False-Positive Test Results in Dutch Poultry Breeding Flocks》中认为家畜的饲养环境对家畜的生产有着很大程度的影响，而现在传统的家畜养殖中，养殖环境往往存在一定的问题。其中，最普遍的问题就是养殖舍内的气味过大，不利于家畜生长，而且舍内的温度湿度等不是家畜生长的最适要求。
2019年，Saboori A 和Kamali K在《Biology of Allothrombium shirazicum Zhang(Acari：Trombidiidae) in Garmsar，Semnan province,Iran》文中谈论到日本政府早在 2004 年提出“U-Japan”计划，计划将农业物联网列入农业发展当中，2009年8月份将该计划进一步升级为“i-Japan”战略。近年来，日本发展的智慧农业仍是以农业物联网为信息主体源。
2018年，YAN Bojie;PAN Yuchun;ZHAN Chunjiang等在《Suitability evaluation of livestock farm spatial layout at county-level based on GIS县域畜禽养殖场空间布局规划适宜性评价》中指出，现代养殖方式不论规模大小，都面临着养殖环境问题。养殖环境的不良影响不仅限于养殖场周围的环境，还会影响到家畜的生长。因此，严格控制家畜饲养环境对于提高家畜的质量至关重要。运用物联网技术来控制养殖环境，可以大幅度提高治理污染的效率。具体而言，我们可以利用传感器来感知养殖场内的温度、湿度、氧气浓度等指标，然后将这些数据进行智能处理，最后进行自动或手动的控制调节。
1.3 主要研究内容
1.阅读相关文献确定了设计功能和软件硬件的选择方案。
2.硬件部分采用STM32单片机。
3.下位机设计采用KEIL5软件，使用C语言进行编程设计。
4.上位机软件设计在QT平台，使用MYSQL数据库进行设计。
5.将系统进行调试运行并成功实现。
6.实现的成果为实物。
7.系统基本功能为：对当前状况进行检测并发送至上位机。
8.系统特色功能为：根据温湿度、亮度、空气质量、风速自动控制翻蛋和消毒。
该系统应完成的主要功能有：
1.WIFI通信，手机端上位机。
2.实时监测温度、湿度、风速、空气质量、光照，显示并发送上位机。
3.手动控制杀菌模块开启/关闭。
4.通过步进电机进行翻蛋处理。
5.手机端上位机，显示下位机发来的参数。
第2章 系统总体结构
2.1 设计方案
本课题设计了一套应用于调控瘤尾守宫孵化环境的物联网监控系统。系统包括底层终端的环境数据采集与执行机构的控制、数据传输、阿里云平台的应用等三部分。在底层终端选用STM32作为主控中心对环境数据进行采集和控制，使用了卡尔曼滤波算法对所采集到的数据进行滤波处理；阿里云平台是作为Web服务器和底层终端数据通信的桥梁，使用云平台统一接入标准，快速实现与底层设备进行通信，且阿里云平台具有数据推送能力，可直接推送数据给第三方Web服务器，缩短了Web系统的开发周期，Web端是基于B/S（浏览器/服务器）架构开发模式，采用SSM框架进行设计。
2.2 功能需求分析
2.2.1 技术路线：
1.硬件部分需要单片机STM32F103C8T6、温湿度传感器、光敏电阻、风速传感器、空气质量传感器、显示屏。
2.软件平台程序用KEIL 5。
3.画原理图用Visio。
4.编程语言用C语言。
5.用户信息显示查看。
2.2.2 预期结果：
通过对系统的布设和完善，最终完成的瘤尾守宫智能养殖孵化环境控制系统预期有如下成果：
1.WIFI通信，手机端上位机。
2.实时监测温度、湿度、风速、空气质量、光照，显示并发送上位机。
3.手动控制杀菌模块开启/关闭。
4.通过步进电机进行翻蛋处理。
5.手机端上位机，显示下位机发来的参数。
2.3 总体方案设计
这个设计过程可以概括为以下几个阶段：
1.理论学习和调研，了解设计的课题内容，掌握必要的知识。
2.系统分析和设计，确定系统各个部分的功能和相互关系，并收集相关的硬件和软件资料。
3.系统规划和结构设计，制定系统的整体框架和原理图。
4.硬件设计和电路图绘制，将各个系统部件通过接口电路连接在一起，形成完整的电路图。
5.软件设计和流程图绘制，编写系统的控制程序，并绘制主流程图。
