基于ZigBee原理的奶牛定位系统

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无线网络定位技术,顾名思义就是通信设备通过网络拓扑结构组成无线通信网络,设备之间进行数据通信,提取和测量通信时无线信号中的某些参数,然后运用现有的定位算法,最终完成对被定位设备的定位,从而获得该设备的位置信息。目前,在大型的奶牛场中,查找某头奶牛或者统计所有奶牛数量时,一般靠人力来实现,工作量大,工作很难完成,如果出现紧急情况,则会产生更严重的后果,比如某头奶牛处于养病期,如果不能快速找到这头奶牛的地理位置,从而进行紧急的治疗处理,可能会因为耽误了最佳治疗时期而造成经济损失。若将无线网络定位技术引入到奶牛养殖业中,就能解决上述问题。本课题所研究的关键内容是,可以及时了解某只奶牛的位置,便于对奶牛的饲养管理,提高工作效率。本文的研究内容有:(1)首先对无线网络定位技术的相关文献和大量资料进行深入分析,从中总结和研究了现有的定位方案,包括比较流行的定位算法以及应用比较广泛的定位技术,并分析了现有的定位方案的优缺点,制定了奶牛定位方案。(2)然后对ZigBee技术原理进行了深入了解,了解ZigBee技术中网络拓扑结构的分类,分析了它们的优缺点,然后对ZigBee技术的协议进行了研究,最后决定本定位系统采用ZigBee技术的原理。(3)对定位系统进行了硬件设计。通过查阅资料和实地实验发现,奶牛会强烈吸收2.4GHz信号,造成传输数据丢失等后果,于是决定选用433MHz芯片,即CC1101。单片机选用MSP430G2553.对定位系统进行了软件设计。针对ZigBee技术中不同类型设备的功能,分别设计了协调器、路由器和终端设备的程序。分析并解决了不同设备信号占用的问题。(4)实验研究阶段,选取能较好模拟奶牛场环境的实验地点,通过采集RSSI数据,进行线性回归计算,确定了RSSI测距模型,然后在实验区域内选择7个坐标已知的定位测试点,将终端设备放在测试点分别进行定位,并且在每个测试点均进行四次实验,时间分为上午和下午,持续两天,用以提高实验的准确性,便于分析数据误差。最后参照定位误差模型,计算分析了实际坐标与测量坐标的误差,并作图将误差直观表现。从实验结果可以看出,将终端设备绑定在奶牛身上,在上位机软件中查看终端设备的实时位置信息,在一定的误差范围内,实现了奶牛的定位。本文的创新点有:(1)在已有的奶牛定位研究中,都是采用2.4GHz的定位芯片,而本文采用433MHz CC1101作为定位芯片,解决了奶牛自身大量吸收2.4GHz信号的问题,提高了数据传输效率,减小系统误差。(2)将定位技术引进奶牛养殖业,可以充分减少奶牛饲养员的工作量,代替了人工对特定奶牛的寻找,提高了奶业生产力。同时也解决了统计奶牛数量的繁琐问题,使得饲养员在某些紧急状态,对奶牛提供保护。(3)在奶牛养殖业中实现奶牛的定位,还可以辅助饲养员观察判断奶牛的发情情况,如果某头奶牛活动量增加,说明该奶牛处于发情期,便于饲养员及时对其采取配种等处理措施;如果某头奶牛活动量减少,那么该奶牛可能患病,帮助饲养员察觉此现象并对其进行治疗,避免了经济损失,减少了奶牛养殖企业的成本和饲养员的工作量,提高了工作效率。
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