譚周文　成運(yùn)

摘要：根據(jù)土豬飼養(yǎng)的要求，設(shè)計(jì)一種基于土豬飼養(yǎng)的電子牧場(chǎng)。系統(tǒng)以ST公司的單片機(jī)作為主處理器，以TI公司的CC2520作為無(wú)線芯片構(gòu)建了一個(gè)土豬飼養(yǎng)的跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、無(wú)線傳感器終端和無(wú)線傳感器協(xié)調(diào)器實(shí)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(duì)土豬的監(jiān)控提供便利。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物跟蹤；傳感器；電子牧場(chǎng)；監(jiān)控；無(wú)線

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)對(duì)豬肉的需求量越來(lái)越來(lái)大，土豬市場(chǎng)更是受到人們的青睞。傳統(tǒng)的土豬飼養(yǎng)其實(shí)就是用有機(jī)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(yuǎn)不及野豬的味道。本文提出的一種動(dòng)物跟蹤系統(tǒng)，為土豬的飼養(yǎng)構(gòu)建一個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)，能對(duì)位于該系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)物進(jìn)行定位監(jiān)控，提高飼養(yǎng)的效率和管理水平。一旦該項(xiàng)目投入實(shí)際使用，其所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響將不可估量[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)在土豬脖子上系上一個(gè)無(wú)線傳感器終端，實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)物追蹤定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在野外牧場(chǎng)里捕捉土豬的位置信息，采集分布在野外牧場(chǎng)中作物和植被的生長(zhǎng)情況，對(duì)作物生長(zhǎng)所需要的土壤溫度、突然濕度、PH值數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這些信息全部通過(guò)無(wú)線傳感器終端傳輸?shù)轿挥谏巾數(shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)有線連接的方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)監(jiān)控終端，飼養(yǎng)員通過(guò)監(jiān)控終端的信息能夠?qū)ν霖i的飼養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)合理的管理和疾病防治，能夠?qū)ν霖i生長(zhǎng)的植被環(huán)境進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)[2]。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如下：

2 土豬定位原理

基于土豬的定位過(guò)程主要是通過(guò)處于土豬周圍的無(wú)線傳感器終端（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)）與土豬脖子上的無(wú)線傳感器終端（移動(dòng)節(jié)點(diǎn)）通信，通過(guò)RSSI（Received Signal Strength Indication）的方法分別計(jì)算這三個(gè)節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將這些數(shù)據(jù)信息傳遞給上位機(jī)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息計(jì)算土豬的位置坐標(biāo)，確定土豬的大致范圍。

定位的原理根據(jù)三點(diǎn)定位的方法進(jìn)行，在土豬周圍只要有三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則可以通過(guò)計(jì)算得出土豬的位置信息[3][4]。具體算法見(jiàn)圖2：

設(shè) 3 個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為A（xa，ya）、B（xb，yb）、C（xc，yc），土豬所處位置的節(jié)點(diǎn)為O（x，y），該點(diǎn)到A、B、C 3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離分別為da、db、dc ，則土豬的位置坐標(biāo)可以通過(guò)以下公式計(jì)算出來(lái)：

通過(guò)求解以上這個(gè)三元一次方程可以求出野豬的坐標(biāo)位置（X，Y）。

3 土豬飼養(yǎng)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)土豬周圍的生存環(huán)境進(jìn)行控制，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了電子牧場(chǎng)分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將牧場(chǎng)中的菜園、草地、草棚中的土壤溫度和濕度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，通過(guò)無(wú)線傳感器終端傳輸給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行分析和處理，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以根據(jù)分析結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水泵或者溫度調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行控制，其控制過(guò)程如圖3所示[5][6]。

無(wú)線傳感器終端的設(shè)計(jì)采用ST 公司的STM32F103RBT6 MCU 和TI公司的CC2520 射頻芯片，同時(shí)還配置有LCD顯示、按鍵等[7]，具體設(shè)計(jì)圖如下圖4所示：

現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端傳遞到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器之后，這些信息可以通過(guò)有線傳輸?shù)姆绞剿偷絇C監(jiān)控系統(tǒng)顯示出來(lái)。無(wú)線傳感器終端處的液晶屏可以顯示現(xiàn)場(chǎng)周圍的位置信息，這種顯示方式能夠?yàn)轱曫B(yǎng)員在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)帶來(lái)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(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器終端的具體電路設(shè)計(jì)如圖5所示，液晶采用的是帶字庫(kù)的LCD12864，該液晶為5V驅(qū)動(dòng)，帶背光，無(wú)線部分采用CC2520射頻模塊進(jìn)行無(wú)線通信，與控制芯片進(jìn)行連接[5]。在以STM32微控制器和CC2520為核心的節(jié)點(diǎn)電路上只需要少量的外圍電路就可以構(gòu)成一個(gè)能夠正常工作并能夠下載調(diào)試程序的最小系統(tǒng) 對(duì)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(fù)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(guò)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(shè)定、接收數(shù)據(jù)等[8]。

6 結(jié)論

本文將無(wú)線傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖技術(shù)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)和土豬的定位技術(shù)結(jié)合起來(lái)，給每頭土豬分配一個(gè)“身份”信息，通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以清楚的知道土豬的位置，為飼養(yǎng)員對(duì)土豬的跟蹤提供技術(shù)支持。根據(jù)土豬的生長(zhǎng)以及環(huán)境變化的情況適時(shí)控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)反饋的信息對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種器件實(shí)行控制。這一技術(shù)不僅可以用于土豬的飼養(yǎng)上，對(duì)于其它動(dòng)物的飼養(yǎng)同樣適用。

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