基于牲畜飼養(yǎng)的電子牧場網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器研究

莫宇平+譚周文+包志健+何偉民

摘要：該文基于牲畜飼養(yǎng)設計一個電子牧場網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)使用RSSI技術實現(xiàn)無線定位功能，使用CC2430作為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的處理器。分布系統(tǒng)的溫度、濕度、位置等信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡實時傳送到中央控制系統(tǒng)進行顯示。飼養(yǎng)員根據(jù)牲畜的位置分布情況，能夠快速準確地找到對應的牲畜，對牲畜進行接種疫苗、閹割以及其他的特殊操作。

關鍵詞：牲畜飼養(yǎng)；電子牧場；網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）28-0051-02

Abstract： An electronic pasture is designed based on network coordinator， the system realize wireless positioning function using RSSI technology， and CC2430 is the processor for network coordinator. The temperature， humidity， position and other information of the distributed system are transmitted to the central control system in real time by ZigBee wireless network. According to the location of the livestock， breeder can quickly and accurately find the corresponding livestock and take Vaccination， castration， and other special operations for livestock.

Key words：livestock rearing； electronic pasture； network coordinator

電子技術以驚人的發(fā)展速度和深遠的影響力不斷改變?nèi)藗兊纳罘绞剑藗儗?yōu)質(zhì)牲畜肉質(zhì)的需求促使人們把電子技術運用到農(nóng)場和牧場。世界各國已普遍將電子技術使用在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中，這種技術的應用打破了傳統(tǒng)放牧方式[1]，牧場的管理員只需坐在室內(nèi)的顯示終端前就可知道牲畜的位置，身高，體重，血壓，心跳，進食，運動情況。通過對以上信息進行分析，可以為牲畜提供合理的食物和藥物的安排。本文采用ZiBee無線傳感器網(wǎng)絡技術實現(xiàn)一種網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，將該協(xié)調(diào)器應用在野外電子牧場中，對牧場中的牲畜進行定位，飼養(yǎng)員通過定位信息可以對牲畜飼養(yǎng)進行綜合管理。

1 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器總體設計

電子牧場分布式控制系統(tǒng)包括無線傳感器終端、無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器以及各種不同的傳感器電路，其中最重要的硬件電路是網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的設計采用TI公司的CC2430 射頻芯片[2]，同時還配置有LCD顯示、按鍵、仿真接口等，具體設計如圖1所示：

1.1 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器按鍵電路

網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的按鍵功能主要是管理網(wǎng)絡的設備加入和刪除。為了節(jié)省更多的端口，鍵盤電路設計了兩種按鍵電路：開關量輸入按鍵和模擬量輸入按鍵，原理圖如圖2所示。

開關輸入按鍵為開關S6、S7，電路右按鍵和一個10K的上拉電阻組成，當按鍵按下時將輸入低電平，當沒有按鍵按下時由于外部上拉電阻的原因，端口狀態(tài)為高電平[3]。

ADC輸入按鍵的原理是應用多個電阻串聯(lián)分壓，不同的按鍵按下ADC端口將會得到不同的對地電壓大小，通過MCU進行AD轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)鍵值的檢測，例如：當參考電壓為3.3V，VCC電壓為3.3V，S1按下，ADC得到的電壓值為

U（S1） = 3.3V * R5 / （R5 + R11 + R12 + R13）

1.2 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器液晶屏電路

液晶采用的是OCM12864-9液晶顯屏，該液晶屏共有128*64個像素點，該液晶屏驅(qū)動電路一共有20個引腳，數(shù)據(jù)通信采用為8位并行口通信，為了減少其對端口的占用，采用了74HC595串行轉(zhuǎn)并行集成電路驅(qū)動，實現(xiàn)了三個IO口驅(qū)動液晶屏的8位并行數(shù)據(jù)端口[4]，其原理圖如圖3所示。

2 無線傳感網(wǎng)絡定位節(jié)點和參考節(jié)點

在整個ZigBee網(wǎng)絡中，參考節(jié)點坐標固定，它為定位節(jié)點提供一個參考位置，定位節(jié)點接收到參考節(jié)點的數(shù)據(jù)包可以得到距離參考節(jié)點的信號強度。參考節(jié)點帶有溫度濕度傳感器，通過這些傳感器可將空氣環(huán)境以及土壤環(huán)境的信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳感器傳送給網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器可以根據(jù)各個區(qū)域傳感器溫度濕度的數(shù)據(jù)來調(diào)控環(huán)境，以實現(xiàn)更科學的牧場管理。當檢測土壤濕度過低時會自動開啟灌溉系統(tǒng)對牲畜周圍植被進行灌溉，當溫度過高或過低時，將會對環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)，以提供牲畜生長的最佳環(huán)境。

定位節(jié)點也就是盲節(jié)點，它根據(jù)RSSI信號值結合已知參考節(jié)點具體位置準確計算出自身的位置，然后將位置信息發(fā)送網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器[5]。定位節(jié)點是掛在牲畜脖子上的可移動節(jié)點，定位節(jié)點根據(jù)自身與附近參考節(jié)點的RSSI值，來計算自身的坐標位置，并把自身位置通過ZigBee無線網(wǎng)絡傳感器傳給網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，定位節(jié)點上的溫度等傳感器的信息也會通過該無線網(wǎng)絡傳感器傳送網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，以便于判斷牲畜的生老病死，牧場管理員可通過整合信息更好掌握牲畜生活習性，更重要的是為牲畜防盜提供技術支持。

3 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器軟件工作流程

網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器不但負責建立網(wǎng)絡，而且是上位機與整個整個網(wǎng)絡通信的橋梁，其工作流程可概括為：當接收到來自PC機的串口數(shù)據(jù)時，經(jīng)過分析后將數(shù)據(jù)傳給對應的節(jié)點，當收到節(jié)點的數(shù)據(jù)信息是就將信息發(fā)送給上位機處理，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器工作流程圖如圖4所示[6]：

4 網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器調(diào)試

網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的液晶屏能顯示參考節(jié)點和定位節(jié)點的編號以及各自的坐標溫度濕度等參考信息[7][8]。液晶屏將以3S的周期顯示所有已加入網(wǎng)絡的參考節(jié)點和定位節(jié)點狀態(tài)信息，第一行顯示網(wǎng)絡號，第二行顯示溫度和濕度，并有提示功能，當溫度和濕度不在限定的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器將會閃燈提示，第三行顯示參考節(jié)點和定位節(jié)點的坐標，第四行顯示設備的入網(wǎng)情況，在線或是離線，當設備掉線超過30s時，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器同樣報警提示，牧場管理員可以參考節(jié)點在線最后所在位置到現(xiàn)場參看情況。顯示界面如圖5所示：

5 結論

本文根據(jù)牲畜飼養(yǎng)的實際需求，設計了一種電子牧場網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，對該協(xié)調(diào)器的功能進行了調(diào)試。該協(xié)調(diào)器能將采集的各種牲畜狀態(tài)信息傳輸給監(jiān)控計算機，飼養(yǎng)員可以清楚地知道牲畜的位置、溫度以及活動情況。該協(xié)調(diào)器能夠給牲畜的飼養(yǎng)帶來便利，同時也可以應用在大型的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中。

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