土猪饲养跟踪系统设计

谭周文　成运

摘要：根据土猪饲养的要求，设计一种基于土猪饲养的电子牧场。系统以ST公司的单片机作为主处理器，以TI公司的CC2520作为无线芯片构建了一个土猪饲养的跟踪系统。系统通过无线信标节点、无线传感器终端和无线传感器协调器实现土猪位置以及状态信息的跟踪和监控，为饲养员对土猪的监控提供便利。

关键词：动物跟踪；传感器；电子牧场；监控；无线

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

猪肉是人们餐桌上的一道不可缺少的菜肴，随着人们生活水平的提高，市场对猪肉的需求量越来越来大，土猪市场更是受到人们的青睐。传统的土猪饲养其实就是用有机绿色蔬菜取代饲料喂养的，这种饲养缺乏纯天然的元素，口感和味道远不及野猪的味道。本文提出的一种动物跟踪系统，为土猪的饲养构建一个自然生态系统，能对位于该系统内的动物进行定位监控，提高饲养的效率和管理水平。一旦该项目投入实际使用，其所带来的社会经济效益和社会影响将不可估量[1]。

1 系统总体设计

采用无线传感器网络技术，通过在土猪脖子上系上一个无线传感器终端，实现一个动物追踪定位系统。该系统能在野外牧场里捕捉土猪的位置信息，采集分布在野外牧场中作物和植被的生长情况，对作物生长所需要的土壤温度、突然湿度、PH值数据进行采集，这些信息全部通过无线传感器终端传输到位于山顶的无线传感器网络协调器节点，通过有线连接的方式传输到计算机监控终端，饲养员通过监控终端的信息能够对土猪的饲养进行科学合理的管理和疾病防治，能够对土猪生长的植被环境进行控制与调节[2]。系统的总体设计框图如下：

2 土猪定位原理

基于土猪的定位过程主要是通过处于土猪周围的无线传感器终端（信标节点）与土猪脖子上的无线传感器终端（移动节点）通信，通过RSSI（Received Signal Strength Indication）的方法分别计算这三个节点到土猪位置的距离，然后将这些距离值传送给位于山顶位置的无线传感器网络协调器，网络协调器将这些数据信息传递给上位机，根据这些数据信息计算土猪的位置坐标，确定土猪的大致范围。

定位的原理根据三点定位的方法进行，在土猪周围只要有三个信标节点与移动节点进行通信，则可以通过计算得出土猪的位置信息[3][4]。具体算法见图2：

设 3 个信标节点的坐标为A（xa，ya）、B（xb，yb）、C（xc，yc），土猪所处位置的节点为O（x，y），该点到A、B、C 3个信标节点的距离分别为da、db、dc ，则土猪的位置坐标可以通过以下公式计算出来：

通过求解以上这个三元一次方程可以求出野猪的坐标位置（X，Y）。

3 土猪饲养控制系统

为了实现对土猪周围的生存环境进行控制，本项目设计了电子牧场分布式控制系统。该系统将牧场中的菜园、草地、草棚中的土壤温度和湿度数据信息进行采集，通过无线传感器终端传输给无线传感器网络协调器进行分析和处理，网络协调器可以根据分析结果对现场的水泵或者温度调节设备进行控制，其控制过程如图3所示[5][6]。

无线传感器终端的设计采用ST 公司的STM32F103RBT6 MCU 和TI公司的CC2520 射频芯片，同时还配置有LCD显示、按键等[7]，具体设计图如下图4所示：

现场采集到的数据信息通过网络终端传递到网络协调器之后，这些信息可以通过有线传输的方式送到PC监控系统显示出来。无线传感器终端处的液晶屏可以显示现场周围的位置信息，这种显示方式能够为饲养员在现场作业时带来方便，他可以不需要跑到监控中心调看记录也能知道周围的情况。

4 传感器终端电路设计

无线传感器终端的具体电路设计如图5所示，液晶采用的是带字库的LCD12864，该液晶为5V驱动，带背光，无线部分采用CC2520射频模块进行无线通信，与控制芯片进行连接[5]。在以STM32微控制器和CC2520为核心的节点电路上只需要少量的外围电路就可以构成一个能够正常工作并能够下载调试程序的最小系统 对于微控制STM32器要正常工作外部需要电源电路晶体振荡电路JTAG程序下载调试接口和复位电路。

5 传感器终端软件流程

传感器终端模块的流程图如图6所示。STM32通过SPI串行总线控制CC2520，包括芯片端口初始化、数据帧初始化、地址频率设定、接收数据等[8]。

6 结论

本文将无线传感器技术和传统农业养殖技术结合起来，设计了一种土猪饲养的跟踪系统，能最大化的提高农业饲养的信息化程度，将计算机技术和土猪的定位技术结合起来，给每头土猪分配一个“身份”信息，通过监控计算机可以清楚的知道土猪的位置，为饲养员对土猪的跟踪提供技术支持。根据土猪的生长以及环境变化的情况适时控制农业生产过程，根据反馈的信息对现场的各种器件实行控制。这一技术不仅可以用于土猪的饲养上，对于其它动物的饲养同样适用。

参考文献：

[1] 何宁，王漫，方昀，等.面向无线传感器网络应用的传感器技术综述[J].计算机应用与软件，2007，24（9）：91-94.

[2 夏侯耀红.一种基于无线技术远程监护系统的研究与实现[D].南昌：江西师范大学， 2013.

[3] 张任，王坚锋，严海.基于ZigBee的无线传感器网络节点设计[J].机电工程，2008，25（8）：18-20.

[4] 孟敬，刘寿强，冯建.基于ZigBee的智能交通车辆数据采集器的设计与实现[J].传感器世界， 2011（6）：30-34.

[5] 万国峰，钟俊，杨成慧.改进的RSSI测距和定位算法[J].计算机应用研究，2012，29（11）：4156-4158.

[6] 林福娟.基于RFID技术的动物园动物跟踪管理系统的设计[D].广州：华南理工大学，2011.

[7] 戴敏，王宜怀，潘启勇.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].计算机测量与控制，2013，21（3） ：706-708.

[8] 李志刚， 屈玉贵， 蔺智挺，等.基于无线传感器网络的战场目标跟踪[J].传感器与微系统， 2007， 26（7） ：118-119.