基于ZigBee的奶山羊运动数据采集系统设计与实现

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随着奶山羊养殖模式逐渐转向集约化、精细化,利用智能化设备实现奶山羊行为监测能够提供丰富的数据来源,自动获取目标奶山羊的生长状态和行为数据,对奶山羊的行为研究、疾病预防以及奶山羊的精细化饲养具有重要价值和现实意义,而精细化养殖的关键是实现对目标奶山羊的运动数据进行连续、稳定、实时地采集。为此,本文拟初步设计开发一种基于ZigBee的奶山羊运动数据采集系统,通过终端采集节点借助运动传感器和温度传感器获取奶山羊的运动信息和体表温度信息,经路由节点选择合适的数据通信路径将采集到的数据转发到协调器节点,协调器节点接收到数据后,将数据进行初步处理,随后利用串口上传到PC机,实现数据的显示和存储,以实现对特定奶山羊运动行为信息数据的收集,进而为奶山羊行为自动分类和监测提供数据基础。主要研究内容和结论如下:(1)奶山羊运动信息采集系统的总体方案设计。通过对目前常用的无线通信技术进行优缺点以及功耗对比分析,确定了适合于奶山羊运动信息的采集方案。即以ZigBee无线传感网络技术,来完成无线传感网络的组建及数据采集、转发、上传。(2)奶山羊运动信息采集系统的硬件设计。设计开发了奶山羊运动信息采集系统中的终端数据采集节点、路由节点、协调器节点。整个硬件选型时依据低功耗和功能要求这一原则对关键器件进行了选型,同时按照模块化的思路设计,即分别对CC2530最小系统、光电指示电路、USB转串口电路、传感器接口电路、显示接口电路、电池电压测量电路进行设计,最后整个硬件电路进行了焊接和基本测试。(3)软件系统设计开发及路由算法优化。软件系统在低功耗硬件的基础上,对Z-Stack进行功耗相关的配置,进而基于Z-Stack设计并实现了相关模块的驱动程序、终端节点程序、路由节点程序、协调器节点程序与上位机程序,同时对LEACH路由算法进行了优化和仿真。最终实现了终端节点通过传感器采集相关信息,并通过路由节点选择合适的路径转发信息至协调器,协调器通过USB转串口发送汇聚信息至上位机,上位机完成数据的存储、显示以及动态曲线的绘制。(4)系统整体测试。在完成软硬件设计和开发后,对开发的基于ZigBee的奶山羊运动信息采集系统进行了整体测试。测试结果表明,网络建立、节点加入、数据的收发、传输可靠性、实时性以及低功耗均满足预期目标,为进一步实时自动获取目标奶山羊的行为数据提供了技术支持。
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