草原牧场中牛群数量的显著增加,加大了草原放牧的工作量,靠人工完成草原牛繁殖、合理放牧、疾病预防和防止牛丢失耗时耗力,急需利用自动化和信息化手段来完成这些工作。随着这些年物联网技术的快速发展,我国牧场中也用了一些可穿戴的智能设备,但大多数都是引进国外的设备,成本较高。因此,本文研究设计了一种可穿戴的牛定位及行为检测装置,减少牧场工作人员投入,提高牧场运作效率,降低工作成本。首先,对用于监测牛生理状况的可穿戴设备进行分析,包括基于牛声音的检测装置、基于牛体温的检测装置、基于压力的牛发情检测装置、基于加速度计和GPS的检测装置。综合分析,选取位置信息用来监测放牧强度和防止草原牛丢失,选取声音信息作为草原牛行为分类的检测方法。其次,对草原牛定位及行为检测装置进行设计。使用低功耗的L80-R定位模块采集牛位置信息和MAX4466声音放大器采集牛的声音信息,由低功耗处理器STM32L151处理,通过Lo Ra无线广域低功耗网络向网关发送处理后的数据,网关再把数据转发给服务器,牧场工作人员就可以通过客户端查看。最后,设计草原牛声音识别与分类算法,使用Python程序对采集的声音进行分析。首先对声音进行降噪处理,包括预加重、端点检测、分帧和加窗。然后通过快速傅里叶变换分析频域信息,对比草原放牧中可能有的其它声音找出牛叫声特点。最终得到草原牛叫声基频位于500Hz左右,大部分叫声持续0.8s以上,且声音能量较大,部分叫声频域曲线有一个倍频关系,从而区分其它声音信号,根据发声频次区分牛处于饥饿或找牛犊状态。根据语谱图发现,草原牛在吃草时会间断出现高能量段,高能量段持续0.15s左右,根据这一特点区别于其它声音信号。本文研究的装置在实验室内进行了定位精度、主要耗电模块功耗、声音检测精度测试,测试结果表明:该装置的定位误差在5米左右,该精度能满足防止牛丢失和掌握放牧强度信息;项圈节点主要耗电模块功耗较小,能满足长期不更换电池的需求;声音频率在1500Hz下,误差不超过0.65%。所设计的装置能实时、准确、有效地监测牛的位置,声音和加速度信息,并且满足低功耗和可穿戴的需求,有望广泛应用于畜牧业中。