土豬飼養(yǎng)跟蹤系統(tǒng)設計

譚周文　成運

摘要：根據(jù)土豬飼養(yǎng)的要求，設計一種基于土豬飼養(yǎng)的電子牧場。系統(tǒng)以ST公司的單片機作為主處理器，以TI公司的CC2520作為無線芯片構建了一個土豬飼養(yǎng)的跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)通過無線信標節(jié)點、無線傳感器終端和無線傳感器協(xié)調(diào)器實現(xiàn)土豬位置以及狀態(tài)信息的跟蹤和監(jiān)控，為飼養(yǎng)員對土豬的監(jiān)控提供便利。

關鍵詞：動物跟蹤；傳感器；電子牧場；監(jiān)控；無線

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0240-02

Abstract： According to the requirement of the soil pig breeding，the system designed an breeding electronic pasture based on soil pig.The system build a tracking system of soil pig feed by taking the single-chip microcomputer of ST company as the main processor，CC2520 of TI company as a wireless chips，the tracking and monitoring of soil pig location and status information are determined by radio beacon nodes， wireless sensor terminal and wireless sensor coordinator which can provide convenience for the breeder.

Key words： animal tracking； sensor； electronic ranch； monitoring；wireless

豬肉是人們餐桌上的一道不可缺少的菜肴，隨著人們生活水平的提高，市場對豬肉的需求量越來越來大，土豬市場更是受到人們的青睞。傳統(tǒng)的土豬飼養(yǎng)其實就是用有機綠色蔬菜取代飼料喂養(yǎng)的，這種飼養(yǎng)缺乏純天然的元素，口感和味道遠不及野豬的味道。本文提出的一種動物跟蹤系統(tǒng)，為土豬的飼養(yǎng)構建一個自然生態(tài)系統(tǒng)，能對位于該系統(tǒng)內(nèi)的動物進行定位監(jiān)控，提高飼養(yǎng)的效率和管理水平。一旦該項目投入實際使用，其所帶來的社會經(jīng)濟效益和社會影響將不可估量[1]。

1 系統(tǒng)總體設計

采用無線傳感器網(wǎng)絡技術，通過在土豬脖子上系上一個無線傳感器終端，實現(xiàn)一個動物追蹤定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在野外牧場里捕捉土豬的位置信息，采集分布在野外牧場中作物和植被的生長情況，對作物生長所需要的土壤溫度、突然濕度、PH值數(shù)據(jù)進行采集，這些信息全部通過無線傳感器終端傳輸?shù)轿挥谏巾數(shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點，通過有線連接的方式傳輸?shù)接嬎銠C監(jiān)控終端，飼養(yǎng)員通過監(jiān)控終端的信息能夠?qū)ν霖i的飼養(yǎng)進行科學合理的管理和疾病防治，能夠?qū)ν霖i生長的植被環(huán)境進行控制與調(diào)節(jié)[2]。系統(tǒng)的總體設計框圖如下：

2 土豬定位原理

基于土豬的定位過程主要是通過處于土豬周圍的無線傳感器終端（信標節(jié)點）與土豬脖子上的無線傳感器終端（移動節(jié)點）通信，通過RSSI（Received Signal Strength Indication）的方法分別計算這三個節(jié)點到土豬位置的距離，然后將這些距離值傳送給位于山頂位置的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器將這些數(shù)據(jù)信息傳遞給上位機，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息計算土豬的位置坐標，確定土豬的大致范圍。

定位的原理根據(jù)三點定位的方法進行，在土豬周圍只要有三個信標節(jié)點與移動節(jié)點進行通信，則可以通過計算得出土豬的位置信息[3][4]。具體算法見圖2：

設 3 個信標節(jié)點的坐標為A（xa，ya）、B（xb，yb）、C（xc，yc），土豬所處位置的節(jié)點為O（x，y），該點到A、B、C 3個信標節(jié)點的距離分別為da、db、dc ，則土豬的位置坐標可以通過以下公式計算出來：

通過求解以上這個三元一次方程可以求出野豬的坐標位置（X，Y）。

3 土豬飼養(yǎng)控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)對土豬周圍的生存環(huán)境進行控制，本項目設計了電子牧場分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將牧場中的菜園、草地、草棚中的土壤溫度和濕度數(shù)據(jù)信息進行采集，通過無線傳感器終端傳輸給無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器進行分析和處理，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器可以根據(jù)分析結果對現(xiàn)場的水泵或者溫度調(diào)節(jié)設備進行控制，其控制過程如圖3所示[5][6]。

無線傳感器終端的設計采用ST 公司的STM32F103RBT6 MCU 和TI公司的CC2520 射頻芯片，同時還配置有LCD顯示、按鍵等[7]，具體設計圖如下圖4所示：

現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡終端傳遞到網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器之后，這些信息可以通過有線傳輸?shù)姆绞剿偷絇C監(jiān)控系統(tǒng)顯示出來。無線傳感器終端處的液晶屏可以顯示現(xiàn)場周圍的位置信息，這種顯示方式能夠為飼養(yǎng)員在現(xiàn)場作業(yè)時帶來方便，他可以不需要跑到監(jiān)控中心調(diào)看記錄也能知道周圍的情況。

4 傳感器終端電路設計

無線傳感器終端的具體電路設計如圖5所示，液晶采用的是帶字庫的LCD12864，該液晶為5V驅(qū)動，帶背光，無線部分采用CC2520射頻模塊進行無線通信，與控制芯片進行連接[5]。在以STM32微控制器和CC2520為核心的節(jié)點電路上只需要少量的外圍電路就可以構成一個能夠正常工作并能夠下載調(diào)試程序的最小系統(tǒng) 對于微控制STM32器要正常工作外部需要電源電路晶體振蕩電路JTAG程序下載調(diào)試接口和復位電路。

5 傳感器終端軟件流程

傳感器終端模塊的流程圖如圖6所示。STM32通過SPI串行總線控制CC2520，包括芯片端口初始化、數(shù)據(jù)幀初始化、地址頻率設定、接收數(shù)據(jù)等[8]。

6 結論

本文將無線傳感器技術和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖技術結合起來，設計了一種土豬飼養(yǎng)的跟蹤系統(tǒng)，能最大化的提高農(nóng)業(yè)飼養(yǎng)的信息化程度，將計算機技術和土豬的定位技術結合起來，給每頭土豬分配一個“身份”信息，通過監(jiān)控計算機可以清楚的知道土豬的位置，為飼養(yǎng)員對土豬的跟蹤提供技術支持。根據(jù)土豬的生長以及環(huán)境變化的情況適時控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，根據(jù)反饋的信息對現(xiàn)場的各種器件實行控制。這一技術不僅可以用于土豬的飼養(yǎng)上，對于其它動物的飼養(yǎng)同樣適用。

參考文獻：

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