基于牲畜飼養的電子牧場網絡協調器研究

莫宇平+譚周文+包志健+何偉民

摘要：該文基于牲畜飼養設計一個電子牧場網絡協調器，系統使用RSSI技術實現無線定位功能，使用CC2430作為網絡協調器的處理器。分布系統的溫度、濕度、位置等信息通過ZigBee無線網絡實時傳送到中央控制系統進行顯示。飼養員根據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；電子牧場；網絡協調器

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展速度和深遠的影響力不斷改變人們的生活方式，人們對優質牲畜肉質的需求促使人們把電子技術運用到農場和牧場。世界各國已普遍將電子技術使用在農業和畜牧業中，這種技術的應用打破了傳統放牧方式[1]，牧場的管理員只需坐在室內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無線傳感器網絡技術實現一種網絡協調器，將該協調器應用在野外電子牧場中，對牧場中的牲畜進行定位，飼養員通過定位信息可以對牲畜飼養進行綜合管理。

1 網絡協調器總體設計

電子牧場分布式控制系統包括無線傳感器終端、無線傳感器網絡協調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絡協調器。網絡協調器的設計采用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 網絡協調器按鍵電路

網絡協調器的按鍵功能主要是管理網絡的設備加入和刪除。為了節省更多的端口，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，端口狀態為高電平[3]。

ADC輸入按鍵的原理是應用多個電阻串聯分壓，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轉換，可以實現鍵值的檢測，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 網絡協調器液晶屏電路

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

2 無線傳感網絡定位節點和參考節點

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

定位節點也就是盲節點，它根據RSSI信號值結合已知參考節點具體位置準確計算出自身的位置，然后將位置信息發送網絡協調器[5]。定位節點是掛在牲畜脖子上的可移動節點，定位節點根據自身與附近參考節點的RSSI值，來計算自身的坐標位置，并把自身位置通過ZigBee無線網絡傳感器傳給網絡協調器，定位節點上的溫度等傳感器的信息也會通過該無線網絡傳感器傳送網絡協調器，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 網絡協調器軟件工作流程

網絡協調器不但負責建立網絡，而且是上位機與整個整個網絡通信的橋梁，其工作流程可概括為：當接收到來自PC機的串口數據時，經過分析后將數據傳給對應的節點，當收到節點的數據信息是就將信息發送給上位機處理，網絡協調器工作流程圖如圖4所示[6]：

4 網絡協調器調試

網絡協調器的液晶屏能顯示參考節點和定位節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絡的參考節點和定位節點狀態信息，第一行顯示網絡號，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，網絡協調器將會閃燈提示，第三行顯示參考節點和定位節點的坐標，第四行顯示設備的入網情況，在線或是離線，當設備掉線超過30s時，網絡協調器同樣報警提示，牧場管理員可以參考節點在線最后所在位置到現場參看情況。顯示界面如圖5所示：

5 結論

本文根據牲畜飼養的實際需求，設計了一種電子牧場網絡協調器，對該協調器的功能進行了調試。該協調器能將采集的各種牲畜狀態信息傳輸給監控計算機，飼養員可以清楚地知道牲畜的位置、溫度以及活動情況。該協調器能夠給牲畜的飼養帶來便利，同時也可以應用在大型的現場監控系統中。

參考文獻：

[1] 宋加升，朱若男，陳琰. 基于RFID技術的混合式牧場管理系統設計[J]. 科技與管理，2008（4）：84-86.

[2] 黃向驥. 基于CC2430的無線智能家居系統的設計[D]. 武漢：武漢理工大學，2010.

[3] 梁光勝，劉丹娟，郝福珍. 基于CC2430的ZigBee無線網絡節點設計[J]. 電子設計工程，2010（2）：15-18.

[4] 楊春華，王章瑞，謝瑜. 基于ZigBee的無線網絡協調器節點的設計[J]. 儀器儀表用戶，2010（6）：58-60.

[5] 楊春華. 基于ZigBee技術的無線網絡協調器的研究[D].成都：西南石油大學，2011.

[6] 徐守志，祁永華，徐波，等.基于能量的ZigBee定位算法研究[J].華中科技大學學報：自然科學版，2013（6）.

[7] 李現輝. 基于ZigBee技術的無線傳感器網絡環境監控系統[D]. 鄭州：鄭州大學，2013.

[8] 李志申. 基于ZigBee無線傳感器網絡節點的軟件設計[D].天津：河北工業大學，2011.