基于牲畜饲养的电子牧场网络协调器研究

莫宇平+谭周文+包志健+何伟民

摘要：该文基于牲畜饲养设计一个电子牧场网络协调器，系统使用RSSI技术实现无线定位功能，使用CC2430作为网络协调器的处理器。分布系统的温度、湿度、位置等信息通过ZigBee无线网络实时传送到中央控制系统进行显示。饲养员根据牲畜的位置分布情况，能够快速准确地找到对应的牲畜，对牲畜进行接种疫苗、阉割以及其他的特殊操作。

关键词：牲畜饲养；电子牧场；网络协调器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

电子技术以惊人的发展速度和深远的影响力不断改变人们的生活方式，人们对优质牲畜肉质的需求促使人们把电子技术运用到农场和牧场。世界各国已普遍将电子技术使用在农业和畜牧业中，这种技术的应用打破了传统放牧方式[1]，牧场的管理员只需坐在室内的显示终端前就可知道牲畜的位置，身高，体重，血压，心跳，进食，运动情况。通过对以上信息进行分析，可以为牲畜提供合理的食物和药物的安排。本文采用ZiBee无线传感器网络技术实现一种网络协调器，将该协调器应用在野外电子牧场中，对牧场中的牲畜进行定位，饲养员通过定位信息可以对牲畜饲养进行综合管理。

1 网络协调器总体设计

电子牧场分布式控制系统包括无线传感器终端、无线传感器网络协调器以及各种不同的传感器电路，其中最重要的硬件电路是网络协调器。网络协调器的设计采用TI公司的CC2430 射频芯片[2]，同时还配置有LCD显示、按键、仿真接口等，具体设计如图1所示：

1.1 网络协调器按键电路

网络协调器的按键功能主要是管理网络的设备加入和删除。为了节省更多的端口，键盘电路设计了两种按键电路：开关量输入按键和模拟量输入按键，原理图如图2所示。

开关输入按键为开关S6、S7，电路右按键和一个10K的上拉电阻组成，当按键按下时将输入低电平，当没有按键按下时由于外部上拉电阻的原因，端口状态为高电平[3]。

ADC输入按键的原理是应用多个电阻串联分压，不同的按键按下ADC端口将会得到不同的对地电压大小，通过MCU进行AD转换，可以实现键值的检测，例如：当参考电压为3.3V，VCC电压为3.3V，S1按下，ADC得到的电压值为

U（S1） = 3.3V * R5 / （R5 + R11 + R12 + R13）

1.2 网络协调器液晶屏电路

液晶采用的是OCM12864-9液晶显屏，该液晶屏共有128*64个像素点，该液晶屏驱动电路一共有20个引脚，数据通信采用为8位并行口通信，为了减少其对端口的占用，采用了74HC595串行转并行集成电路驱动，实现了三个IO口驱动液晶屏的8位并行数据端口[4]，其原理图如图3所示。

2 无线传感网络定位节点和参考节点

在整个ZigBee网络中，参考节点坐标固定，它为定位节点提供一个参考位置，定位节点接收到参考节点的数据包可以得到距离参考节点的信号强度。参考节点带有温度湿度传感器，通过这些传感器可将空气环境以及土壤环境的信息通过ZigBee无线网络传感器传送给网络协调器，网络协调器可以根据各个区域传感器温度湿度的数据来调控环境，以实现更科学的牧场管理。当检测土壤湿度过低时会自动开启灌溉系统对牲畜周围植被进行灌溉，当温度过高或过低时，将会对环境温度进行调节，以提供牲畜生长的最佳环境。

定位节点也就是盲节点，它根据RSSI信号值结合已知参考节点具体位置准确计算出自身的位置，然后将位置信息发送网络协调器[5]。定位节点是挂在牲畜脖子上的可移动节点，定位节点根据自身与附近参考节点的RSSI值，来计算自身的坐标位置，并把自身位置通过ZigBee无线网络传感器传给网络协调器，定位节点上的温度等传感器的信息也会通过该无线网络传感器传送网络协调器，以便于判断牲畜的生老病死，牧场管理员可通过整合信息更好掌握牲畜生活习性，更重要的是为牲畜防盗提供技术支持。

3 网络协调器软件工作流程

网络协调器不但负责建立网络，而且是上位机与整个整个网络通信的桥梁，其工作流程可概括为：当接收到来自PC机的串口数据时，经过分析后将数据传给对应的节点，当收到节点的数据信息是就将信息发送给上位机处理，网络协调器工作流程图如图4所示[6]：

4 网络协调器调试

网络协调器的液晶屏能显示参考节点和定位节点的编号以及各自的坐标温度湿度等参考信息[7][8]。液晶屏将以3S的周期显示所有已加入网络的参考节点和定位节点状态信息，第一行显示网络号，第二行显示温度和湿度，并有提示功能，当温度和湿度不在限定的范围内，网络协调器将会闪灯提示，第三行显示参考节点和定位节点的坐标，第四行显示设备的入网情况，在线或是离线，当设备掉线超过30s时，网络协调器同样报警提示，牧场管理员可以参考节点在线最后所在位置到现场参看情况。显示界面如图5所示：

5 结论

本文根据牲畜饲养的实际需求，设计了一种电子牧场网络协调器，对该协调器的功能进行了调试。该协调器能将采集的各种牲畜状态信息传输给监控计算机，饲养员可以清楚地知道牲畜的位置、温度以及活动情况。该协调器能够给牲畜的饲养带来便利，同时也可以应用在大型的现场监控系统中。

参考文献：

[1] 宋加升，朱若男，陈琰. 基于RFID技术的混合式牧场管理系统设计[J]. 科技与管理，2008（4）：84-86.

[2] 黄向骥. 基于CC2430的无线智能家居系统的设计[D]. 武汉：武汉理工大学，2010.

[3] 梁光胜，刘丹娟，郝福珍. 基于CC2430的ZigBee无线网络节点设计[J]. 电子设计工程，2010（2）：15-18.

[4] 杨春华，王章瑞，谢瑜. 基于ZigBee的无线网络协调器节点的设计[J]. 仪器仪表用户，2010（6）：58-60.

[5] 杨春华. 基于ZigBee技术的无线网络协调器的研究[D].成都：西南石油大学，2011.

[6] 徐守志，祁永华，徐波，等.基于能量的ZigBee定位算法研究[J].华中科技大学学报：自然科学版，2013（6）.

[7] 李现辉. 基于ZigBee技术的无线传感器网络环境监控系统[D]. 郑州：郑州大学，2013.

[8] 李志申. 基于ZigBee无线传感器网络节点的软件设计[D].天津：河北工业大学，2011.