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基于ZigBee技术的奶牛活动量采集系统设计

发布时间:2020-06-30 22:49:52 阅读: 来源:染色机厂家

摘要:介绍一种奶牛活动量采集系统的工作原理及实现设计。系统以无线射频芯片CC2430为核心,利用ZigBee无线传感器网络技术,在奶牛养殖场组成一个无线网络。通过该无线网络定时采集奶牛的活动量数据,并进行数据分析处理,以判别奶牛是否处于发情期,该系统具有较好的应用前景和经济效益。关键词:奶牛活动量;计步器;奶牛发情;ZigBee;CC2430 对于奶牛养殖业,及时准确地识别奶牛发情,适时配种,可以提高产犊率和牛奶产量,增加奶牛养殖企业和奶农的经济效益,因此,及时准确地检测奶牛的发情,在奶牛养殖业中具有重要地位。目前大多数养牛场还采用人工观察,依靠经验判断进行奶牛发情识别。这种判断方法经常会造成漏判和错判,尤其是夜间更难观察奶牛的发情行为,会时常错过奶牛发情期,降低经济效益,并且此种方法不适合大规模奶牛养殖。 奶牛发情是周期性的,其发情期表现为爬跨、嗅闻、追逐、兴奋不安等行为状态,奶牛的活动量会增加,即奶牛运动的步数增加,发情母牛每小时走动的步数大约比未发情母牛高2~4倍。基于上述原因,本文提出了一种基于ZigBee技术的奶牛活动量采集系统设计方案。将新兴的短距离、低复杂、低功耗、低速率、低成本的ZigBee无线通信技术应用于奶牛养殖业,完成对奶牛活动量的准确、稳定和及时的监测,及时判别奶牛是否发情。1 系统设计方案 本系统应用的环境为奶牛养殖场,对象为奶牛,因此在设计时要考虑几个方面:如奶牛养殖场的大小,牛舍环境潮湿度、奶牛间的碰撞等。由于这就要求本系统的网络节点的通信距离要长,无线网络信号覆盖范围依据养殖场的大小可扩展,终端设备可以防水防潮防撞,同时要保证奶牛无论走到哪个位置,都处于无线网络信号覆盖下。 ZigBee技术是一种新兴的省电、可靠、时延短、安全、网络容量大的无线通信技术。低功耗是ZigBee技术的优势,由于工作时间较短、收/发信息功耗低且采用休眠模式,ZigBee节点的电池工作时间可达6个月至2年。同时,ZigBee具有高可靠性、高度扩充性等特性,这些特性可以满足奶牛养殖场的特殊环境需求。 本系统主要由奶牛计步器(终端节点)、路由节点、中心节点组成,奶牛活动量采集系统结构图如图1所示。其中奶牛计步器戴在奶牛的脖子上完成步数的采集;路由节点布置在牛舍的顶部,将终端节点的数据转发至中心节点;中心节点放置在牛舍旁边的监控中心,把接收到的数据通过串口发送至监控PC机分析、显示、存储。

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2 系统硬件设计 本系统的各个节点都采用CC2430作为处理器,CC2430芯片是支持ZigBee协议的片上系统(SoC)CMOS解决方案,该芯片具有高性能低功耗的8051微控制器核,集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的RF无线电收发机,具有32/64/128 kB可编程闪存和8 kB的RAM,优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性,集成AES安全协处理器,较宽的电压范围(2.0~3.6 V),较少的外围电路等特点。同时CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产,工作时电流损耗为27mA;在接收和发射模式下,电流损耗分别低于27 mA或25 mA;在待机模式下电流损耗低于0.6μA,适合运用于低功耗的应用。 本系统硬件设计包括奶牛计步器、路由节点、中心节点的设计,其中计步器的设计是关键。

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