莫宇平+譚周文+包志健+何偉民

摘要：該文基于牲畜飼養(yǎng)設(shè)計(jì)一個(gè)電子牧場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)使用RSSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線定位功能，使用CC2430作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的處理器。分布系統(tǒng)的溫度、濕度、位置等信息通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到中央控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示。飼養(yǎng)員根據(jù)牲畜的位置分布情況，能夠快速準(zhǔn)確地找到對(duì)應(yīng)的牲畜，對(duì)牲畜進(jìn)行接種疫苗、閹割以及其他的特殊操作。

關(guān)鍵詞：牲畜飼養(yǎng)；電子牧場(chǎng)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shù)以驚人的發(fā)展速度和深遠(yuǎn)的影響力不斷改變?nèi)藗兊纳罘绞剑藗儗?duì)優(yōu)質(zhì)牲畜肉質(zhì)的需求促使人們把電子技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)場(chǎng)和牧場(chǎng)。世界各國(guó)已普遍將電子技術(shù)使用在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中，這種技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)放牧方式[1]，牧場(chǎng)的管理員只需坐在室內(nèi)的顯示終端前就可知道牲畜的位置，身高，體重，血壓，心跳，進(jìn)食，運(yùn)動(dòng)情況。通過(guò)對(duì)以上信息進(jìn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，將該協(xié)調(diào)器應(yīng)用在野外電子牧場(chǎng)中，對(duì)牧場(chǎng)中的牲畜進(jìn)行定位，飼養(yǎng)員通過(guò)定位信息可以對(duì)牲畜飼養(yǎng)進(jìn)行綜合管理。

1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器總體設(shè)計(jì)

電子牧場(chǎng)分布式控制系統(tǒng)包括無(wú)線傳感器終端、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)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(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)采用TI公司的CC2430 射頻芯片[2]，同時(shí)還配置有LCD顯示、按鍵、仿真接口等，具體設(shè)計(jì)如圖1所示：

1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器按鍵電路

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的按鍵功能主要是管理網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備加入和刪除。為了節(jié)省更多的端口，鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)了兩種按鍵電路：開(kāi)關(guān)量輸入按鍵和模擬量輸入按鍵，原理圖如圖2所示。

開(kāi)關(guān)輸入按鍵為開(kāi)關(guān)S6、S7，電路右按鍵和一個(gè)10K的上拉電阻組成，當(dāng)按鍵按下時(shí)將輸入低電平，當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)由于外部上拉電阻的原因，端口狀態(tài)為高電平[3]。

ADC輸入按鍵的原理是應(yīng)用多個(gè)電阻串聯(lián)分壓，不同的按鍵按下ADC端口將會(huì)得到不同的對(duì)地電壓大小，通過(guò)MCU進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)鍵值的檢測(cè)，例如：當(dāng)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(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)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(gè)像素點(diǎn)，該液晶屏驅(qū)動(dòng)電路一共有20個(gè)引腳，數(shù)據(jù)通信采用為8位并行口通信，為了減少其對(duì)端口的占用，采用了74HC595串行轉(zhuǎn)并行集成電路驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)IO口驅(qū)動(dòng)液晶屏的8位并行數(shù)據(jù)端口[4]，其原理圖如圖3所示。

2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)

在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，參考節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)固定，它為定位節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)參考位置，定位節(jié)點(diǎn)接收到參考節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包可以得到距離參考節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。參考節(jié)點(diǎn)帶有溫度濕度傳感器，通過(guò)這些傳感器可將空氣環(huán)境以及土壤環(huán)境的信息通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器傳送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以根據(jù)各個(gè)區(qū)域傳感器溫度濕度的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)控環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)更科學(xué)的牧場(chǎng)管理。當(dāng)檢測(cè)土壤濕度過(guò)低時(shí)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟灌溉系統(tǒng)對(duì)牲畜周?chē)脖贿M(jìn)行灌溉，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，將會(huì)對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提供牲畜生長(zhǎng)的最佳環(huán)境。

定位節(jié)點(diǎn)也就是盲節(jié)點(diǎn)，它根據(jù)RSSI信號(hào)值結(jié)合已知參考節(jié)點(diǎn)具體位置準(zhǔn)確計(jì)算出自身的位置，然后將位置信息發(fā)送網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器[5]。定位節(jié)點(diǎn)是掛在牲畜脖子上的可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，定位節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身與附近參考節(jié)點(diǎn)的RSSI值，來(lái)計(jì)算自身的坐標(biāo)位置，并把自身位置通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器傳給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，定位節(jié)點(diǎn)上的溫度等傳感器的信息也會(huì)通過(guò)該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器傳送網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，以便于判斷牲畜的生老病死，牧場(chǎng)管理員可通過(guò)整合信息更好掌握牲畜生活習(xí)性，更重要的是為牲畜防盜提供技術(shù)支持。

3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件工作流程

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器不但負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，而且是上位機(jī)與整個(gè)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的橋梁，其工作流程可概括為：當(dāng)接收到來(lái)自PC機(jī)的串口數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)過(guò)分析后將數(shù)據(jù)傳給對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)收到節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息是就將信息發(fā)送給上位機(jī)處理，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器工作流程圖如圖4所示[6]：

4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器調(diào)試

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的液晶屏能顯示參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)的編號(hào)以及各自的坐標(biāo)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(wǎng)絡(luò)的參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，第一行顯示網(wǎng)絡(luò)號(hào)，第二行顯示溫度和濕度，并有提示功能，當(dāng)溫度和濕度不在限定的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將會(huì)閃燈提示，第三行顯示參考節(jié)點(diǎn)和定位節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，第四行顯示設(shè)備的入網(wǎng)情況，在線或是離線，當(dāng)設(shè)備掉線超過(guò)30s時(shí)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同樣報(bào)警提示，牧場(chǎng)管理員可以參考節(jié)點(diǎn)在線最后所在位置到現(xiàn)場(chǎng)參看情況。顯示界面如圖5所示：

5 結(jié)論

本文根據(jù)牲畜飼養(yǎng)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了一種電子牧場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，對(duì)該協(xié)調(diào)器的功能進(jìn)行了調(diào)試。該協(xié)調(diào)器能將采集的各種牲畜狀態(tài)信息傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，飼養(yǎng)員可以清楚地知道牲畜的位置、溫度以及活動(dòng)情況。該協(xié)調(diào)器能夠給牲畜的飼養(yǎng)帶來(lái)便利，同時(shí)也可以應(yīng)用在大型的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋加升，朱若男，陳琰. 基于RFID技術(shù)的混合式牧場(chǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 科技與管理，2008（4）：84-86.

[2] 黃向驥. 基于CC2430的無(wú)線智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[3] 梁光勝，劉丹娟，郝福珍. 基于CC2430的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程，2010（2）：15-18.

[4] 楊春華，王章瑞，謝瑜. 基于ZigBee的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J]. 儀器儀表用戶(hù)，2010（6）：58-60.

[5] 楊春華. 基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的研究[D].成都：西南石油大學(xué)，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(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（6）.

[7] 李現(xiàn)輝. 基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[D]. 鄭州：鄭州大學(xué)，2013.

[8] 李志申. 基于ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2011.