禽流感监测系统方案设计

禽流感监测系统方案设计

尚晓成

（山东建筑大学机电工程学院，山东省 济南市 250100）

0  前言

禽流感的监测是禽流感防治工作中最重要的技术手段，能够预防、控制禽流感。传统的人工监测禽流感的方法不但成本较高，还可能导致检测人员感染病毒。针对感染禽流感病毒的鸡通常有发热、嗜睡、咳嗽和腹泻等症状。因此，可以运用数据采集及处理技术监测鸡群状态，根据鸡群状态判断鸡群是否感染禽流感病毒。国内许多学者曾运用数据采集及处理技术监测鸡群状态，为识别鸡群的各类疾病提供了技术支撑，刘烨虹[1]设计一套基于无线传感器网络的蛋鸡活动量实时监测系统；周映荷[2]设计了基于SVM的蛋鸡叫声异常检测系统；钟毅锋[3]设计了基于ZIGBEE传感技术的种鸡体温测量系统。本文提出禽流感监测系统设计方案。根据患病鸡的症状，采用温度传感器和声音传感器分别对鸡群的体温、活动量和叫声进行监测，然后将采集的数据用单片机嵌入式系统进行处理，达到实时监测禽流感的目的。

1数据采集模块的设计

1.1温度采集模块

体温是肉鸡重要的生理指标之一，既能有效反应其生理健康状况。研究结果表明，鸡的正常体温为40.8°C~41.7°C，而高致病性禽流感潜伏期短，患病鸡发病后体温迅速升高达43.3～43.4℃。因此，鸡的体温检测对禽流感监测和鸡的健康状况判断具有重要现实意义。本文采用温度传感器测量鸡的体温。鸡的翼下温度是最能体现其生理信息的温度，将温度传感器人工绑在鸡的翼下，实时测量翼下温度。

本文选择IST公司(nnovative Sensor Technology)的Tsic506高精度数字传感器测量鸡的翼下温度。Tsic系列的温度传感器和其他温度传感器相比具有高测量精度、高信号分辨率、低功耗、宽电压操作等优点。Tsic506采用ZACwire 通信协议，能够使得温度传感器与MCU通信时波特率的差异的敏感性较低。在终端用户应用中，Tsic发送温度信息，MCU通过ZACwire读取温度数据。芯片在3．0V~5．5V供电电压范围内均可正常工作，其精度可高达±0.1°C，测量范围为-10°C~60°C。

1.2声音采集模块

鸡在感染禽流感后，会出现咳嗽的现象。为了对它们实时诊治及时去除病患，阻止疾病的发展，本文使用语音识别技术来对病鸡进行实时检测它们是否咳嗽，利用声音采集模块采集鸡的叫声，通过信号处理判断鸡是否咳嗽。如果监测到鸡有咳嗽的症状，可以及时发现患病鸡，避免造成更大的损失。

声音采集模块借助于麦克风来采集声音。利用专业的仪器对于获得的声音进行分析和处理。这种专业的仪器的主体部分实际上就是一个芯片，它可以记录和播放一些声音。本设计中，选择VAI003B作为音频解码芯片。VSI003B供电电压为2.6V~3.6V，属于低功耗器件。它可以对大多数格式的文件都可以进行解码，同时还能对音频进行ADPCM编码，VAI003B能够为用户提供存储空间。本设计采用的是LQFP-48的封装，共有48个引脚。

1.3活动量采集模块

针对患病鸡嗜睡和精神沉郁这一特征，患病鸡的活动量还明显减少。可以通过监测鸡的活动量，来判断鸡是否感染禽流感。本设计中采用ADI公司的加速度计ADXL345对鸡的活动量进行数据采集。该加速度计体积小、功耗低、分辨率高，能够测量不到1°的倾斜角度变化，测量范围可达到±16 m/s2 。当其采用14引脚小型超薄塑料封装时，体积（长、宽、高）仅为3 mm×5 mm×1 mm。本设计采用脚环佩戴的方式将加速度计放置在鸡的脚上，对鸡的活动量进行数据采集。如果多数鸡的活动量均小于正常情况下的活动量，或者个别鸡的活动量明显小于正常情况，则鸡群有可能感染禽流感。

2信号处理模块的设计

2.1微控制器模块

微控制器模块主要用于信号处理，对数据采集模块采集的数据进行处理，然后将得到的结果发送到显示模块(LCD屏)，以便于用户观察鸡群的健康状况。常用的微控制器主要有51单片机、STC单片机、MSP单片机和STM32单片机等，STM32单片机有高性能、低成本、低功耗等优点， 本文中的微型控制器模块选取32位的STM32F407ZGT6单片机，它基于高性能ARM Cortex-M4 32位RISC内核，工作频率高达168MHz。

2.2 无线收发模块

无线收发模块用于将数据采集模块采集的数据发送到单片机，进行数据处理。本文无线收发模块选用CC2530芯片，它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530芯片集成了RF收发器引脚图，可实现无线收发数据的功能；此外，芯片在接收和发送数据时的电流为24 mA和29mA，且在睡眠模式下仅需1 μA便可维持状态。

3结论

本文基于数据采集及信号处理技术，提出一种禽流感监测系统设计方案。针对患病鸡的症状，该监测系统的的数据采集模块由温度采集模块、声音采集模块和活动量采集模块组成，分别对鸡的体温、叫声和活动量进行实时监测。

图1 监测系统架构

禽流感监测系统架构如图1所示，数据采集模块得到的数据经微控制器模块和无线收发模块进行信号处理。通过以上的信息处理，提供给养殖企业综合参考，及时了解鸡的健康状况，避免禽流感或其他疫病大规模发生，从而提升企业效益。

参考文献

[1]刘烨虹,刘修林,侯若羿,等. 基于WSN的蛋鸡活动量监测系统设计[J]. 南方农业学报, 2018, 49(7)；1453-1459.

[2]周映荷,刘琪,李天乐,等. 基于SVM的蛋鸡叫声异常检测系统研究[J]. 中国农业文摘-农业工程, 2019, 31(1)；61-62. 

[3]钟毅锋,肖洪生,刘宁,等. 基于ZIGBEE传感技术的种鸡体温测量系统[J]. 科技创新导报, 2015, 12(8)；48.

[4]高萌萌. 基于声音检测的白羽肉鸡异常鸣叫声识别[D]. 黑龙江:黑龙江大学, 2021.

[5]陈佳玮. 基于语音识别技术的肉鸡咳嗽监测系统的研究与实现[D]. 江苏:南京农业大学, 2018.

[6]范睿. 基于安卓平台的肉鸡体温非接触式监测系统设计[D]. 江苏:南京农业大学, 2018.