基于WSN和RFID的奶牛信息采集终端节点的设计

论文摘要

我国广大西部地区的奶牛养殖业在政府的引导下,逐渐由农户零散养殖转变为集约化养殖,以规模化来提高奶牛养殖业效益,同时在源头上注重食品安全监管,促进奶牛养殖的标准化和科学化建设。在规模化养殖中,奶牛的日常管理和疾病监控尤为重要,及时掌握奶牛健康状况和生产信息,对增加奶牛产奶量和繁殖率,明显提高奶牛养殖的经济效益均有重要意义。本文作为奶牛养殖信息管理系统的一部分,主要研究了奶牛信息的采集、数据的传输以及相关设备的实体化设计与应用问题。主要研究内容和结论如下:（1）分析了与奶牛健康状况和生产周期密切相关的体温、运动量、进食量特征参数的获取途径和方法,以ZigBee无线传感器网络（WSN）技术为基础确定了奶牛信息采集终端节点的设计方案,包括奶牛体征信息采集节点和进食量采集节点。通过在终端节点融合射频识别（RFID）技术和配备手持阅读器,使系统具备奶牛个体识别功能。（2）研究了奶牛信息采集终端节点的硬件结构体系,提出了以CC2430为核心的终端节点解决方案。设计了CC2430最小系统应用电路、传感器接口模块电路和进食量采集节点的电源供电电路、信号处理电路,并对设计好的节点进行了基本电路测试。（3）分析并确定了在Z-Stack协议栈基础上根据实际环境部署需求设计终端节点的软件系统的方法,从网络性能相关配置,包括网络建立与启动、组网模式、自动绑定、休眠应用等一系列设置,到数据采集、处理、射频传输等用户应用程序,完成系统基本数据信息的采集。（4）节点软硬件联调完成后对系统网络性能、节点传感器数据采集与处理、节点功耗进行了测试,根据测试结果对软硬件进行了相关改进,对传感器采集的数据进行了修正,解决了系统实际部署中对节点便携性、移动性、节点数目多等方面的要求。（5）测试表明,网络对节点的管理稳定高效,终端节点能够实时、不间断、精确的获取奶牛信息并发送给上层设备,节点体积小功耗低,固定装置实用可靠,能够满足系统对奶牛基本信息采集的需求,对实现奶牛养殖信息化管理有着重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 关键技术分析和设计方案确定
• 2.1 关键技术分析
• 2.1.1 无线传感器网络
• 2.1.2 基于ZigBee 技术的无线传感器网络
• 2.1.3 ZigBee 协议栈
• 2.1.4 网络设备和拓扑结构
• 2.1.5 奶牛身份识别技术
• 2.2 设计方案确定
• 2.2.1 系统整体设计方案
• 2.2.2 体征信息采集节点的设计方案
• 2.2.3 进食量采集节点的设计方案
• 2.3 本章小结
• 第三章 终端节点硬件设计与实现
• 3.1 节点硬件功能分析
• 3.2 节点的硬件选型
• 3.2.1 微处理器选型
• 3.2.2 传感器选型
• 3.3 节点的硬件结构
• 3.4 电路设计
• 3.4.1 CC2430 应用电路设计
• 3.4.2 复位和芯片测试电路
• 3.4.3 射频部分天线设计
• 3.4.4 电源电路设计
• 3.4.5 温度和振动传感器电路
• 3.4.6 称重传感器信号放大电路
• 3.5 PCB 制板焊接与基本测试
• 3.5.1 PCB 板设计与焊接
• 3.5.2 焊接与电路测试
• 3.5.3 节点基本测试
• 3.6 本章小结
• 第四章 终端节点软件设计与实现
• 4.1 协议栈基本配置
• 4.1.1 协议栈网络参数设置
• 4.1.2 终端节点自动绑定机制
• 4.1.3 节点休眠功能设置
• 4.1.4 事件驱动与消息响应机制
• 4.2 数据采集程序设计
• 4.2.1 温度数据采集
• 4.2.2 运动量数据采集
• 4.2.3 节点电池电压采集
• 4.2.4 进食量数据采集
• 4.3 WSN 中奶牛个体信息的识别
• 4.4 本章小结
• 第五章 节点测试与部署
• 5.1 网络性能测试
• 5.1.1 网络传输距离
• 5.1.2 节点脱离与再加入网络性能测试
• 5.1.3 节点功耗测试
• 5.1.4 节点实地部署
• 5.2 传感器性能测试
• 5.2.1 温度传感器性能测试
• 5.2.2 振动传感器性能测试
• 5.2.3 称重传感器性能测试
• 5.3 终端节点测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介