基于ZigBee的奶牛體征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊宇闐奕，何東健，劉 暢，劉 聰

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

0 引言

在傳統(tǒng)奶牛飼養(yǎng)過程中，一般通過人力低效率飼養(yǎng)，只能通過飼養(yǎng)員發(fā)現(xiàn)和記錄奶牛的成長、患病、妊娠和發(fā)情等身體特征數(shù)據(jù)。在畜牧場體量不大時(shí)，這種低效率的方式可以滿足生產(chǎn)要求。在現(xiàn)代養(yǎng)殖規(guī)模化的環(huán)境下，奶牛的個(gè)體基數(shù)巨大，此時(shí)如果仍采用低效率的肉眼觀察及經(jīng)驗(yàn)判斷的方式無法準(zhǔn)確測知具體牛只的個(gè)體身體特征數(shù)據(jù)，如預(yù)測預(yù)防可能性疾病、估算不同奶牛的發(fā)情期及精確地記錄奶牛的產(chǎn)奶量等；另一方面，傳統(tǒng)人工養(yǎng)殖方法工作強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率不高，經(jīng)常會(huì)遇到遺漏和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷失誤的情況，導(dǎo)致做出錯(cuò)誤的決策，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

當(dāng)前在現(xiàn)代化養(yǎng)殖中，信息采集技術(shù)有著越來越廣泛的應(yīng)用，而以往的研究一般只將重點(diǎn)放在奶牛個(gè)體體征獲取和計(jì)算機(jī)奶牛體征數(shù)據(jù)處理上，針對(duì)畜牧場環(huán)境的數(shù)據(jù)傳輸方法優(yōu)化卻不夠深入。范國連等采用RFID技術(shù)，給每頭奶牛以耳標(biāo)形式安裝節(jié)點(diǎn)，在日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)中記錄牛只的生活數(shù)據(jù)，建立牛只信息數(shù)據(jù)庫[2]，但這種方法需要人工手持設(shè)備采集奶牛的生活數(shù)據(jù)。賈北平等設(shè)計(jì)了一套軟硬件系統(tǒng)，利用STC51單片機(jī)將獲取的數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)[3]，而數(shù)據(jù)傳輸方法并未針對(duì)大型奶牛場進(jìn)行優(yōu)化。梁明珅等利用基于以太網(wǎng)控制器設(shè)計(jì)的Wi-Fi數(shù)據(jù)傳輸方法，具有覆蓋范圍較大、網(wǎng)絡(luò)傳輸快捷等優(yōu)點(diǎn)[4]，但這套方案需要購入一定的專業(yè)設(shè)備，同時(shí)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)的成本較高，無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的低成本、易上手等需求。龐超通過RFID針對(duì)奶牛養(yǎng)殖過程每一個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了溯源研究，然而在數(shù)據(jù)傳輸過程中設(shè)計(jì)了較為復(fù)雜的路徑，降低了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，增加了處理負(fù)擔(dān)[5]。針對(duì)上述問題，本文以奶牛體溫及加速度的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測為目標(biāo)，研究基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的奶牛體征監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計(jì)低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件和易上手的軟件系統(tǒng)，并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑以提高工作效率。

1 系統(tǒng)需求分析

在大型養(yǎng)殖場的工作環(huán)境下，奶牛除了日常的擠奶、進(jìn)食等行為外，一般分區(qū)活動(dòng)在面積約為3 200m2的泥土運(yùn)動(dòng)場上。

從易安裝佩戴、網(wǎng)絡(luò)傳輸和檢測性能等方面分析，奶牛體征檢測系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：

1)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)體積較小，其佩戴不干擾其正常活動(dòng)。奶牛在場地內(nèi)四處走動(dòng)，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的佩戴不能干擾其正?；顒?dòng)，且不會(huì)因?yàn)槟膛５幕顒?dòng)而導(dǎo)致傳感器脫落或損壞，故需要考慮尺寸小且易于佩戴的部位和方式。

2)能在室外相對(duì)惡劣的工作環(huán)境下工作。佩戴在奶牛身上的傳感節(jié)點(diǎn)，會(huì)受到高溫、高濕及雨淋等相對(duì)惡劣環(huán)境影響，故要求傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有良好的封裝，能適應(yīng)相對(duì)惡劣的工作環(huán)境。

3)傳感器節(jié)點(diǎn)具有足夠的傳輸距離。目標(biāo)奶牛運(yùn)動(dòng)場地長約為80m，寬約為40m。傳感器節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)鏈路傳輸過程中需要具備約80～100m的傳輸距離。

4)數(shù)據(jù)傳輸可靠、丟包率低。網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定高效，節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互可靠，具體要求信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)大于標(biāo)準(zhǔn)要求的-105dBm，丟包率小于5%。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

通過對(duì)無線傳輸技術(shù)和畜牧場工作環(huán)境的綜合考慮，設(shè)計(jì)奶牛體征采集系統(tǒng)的具體方案如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括支持ZigBee技術(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)等硬件和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，采用簇型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信[6]。簇型網(wǎng)絡(luò)對(duì)硬件配置要求低，路由算法也較為簡單，有利于功率的降低，同時(shí)符合養(yǎng)殖場內(nèi)奶牛生活行為習(xí)慣。傳感器節(jié)點(diǎn)在應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)傳感器并獲取采集的信息，通過射頻模塊在網(wǎng)絡(luò)設(shè)定好的信道、傳輸鏈路中向其他節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)經(jīng)由RS232轉(zhuǎn)USB串口電路上傳到計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)，計(jì)算機(jī)通過串口調(diào)試助手軟件讀取數(shù)據(jù)并在屏幕上顯示，數(shù)據(jù)以文本形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)端。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文ZigBee網(wǎng)絡(luò)選用的控制芯片為德州儀器(Texas Instrument)生產(chǎn)的CC2530，協(xié)調(diào)器和傳感器節(jié)點(diǎn)都搭載CC2530芯片以進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和傳輸，具有能量消耗較低、硬件成本較低的特點(diǎn)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很典型的支持硬件[7]。CC2530一般處于休眠狀態(tài)下，只有在定時(shí)喚醒或外部數(shù)據(jù)中斷喚醒是快速工作，完成任務(wù)后再次休眠，模式的切換快速，具有較低的時(shí)延，特別適用那些電池壽命要求非常長的應(yīng)用場景。

2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要由CC2530無線收發(fā)模塊、電源模塊及RS-232轉(zhuǎn)USB串口電路組成。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立及管理網(wǎng)絡(luò)，將傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過串口上傳至計(jì)算機(jī)處理平臺(tái)，同時(shí)計(jì)算機(jī)端可以通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)給傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令。計(jì)算機(jī)通過USB線與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)相連，并對(duì)節(jié)點(diǎn)供電，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)方案

2.2 傳感器節(jié)點(diǎn)

無線傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件由CC2530模塊、數(shù)字溫度傳感器、三軸加速度傳感器及其配合電路和電源轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。其中，CC2530不僅實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送，還是控制傳感器數(shù)據(jù)采集的微處理器[8]；指示燈用以表明各傳感器的工作狀態(tài)及ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)狀態(tài)。傳感器節(jié)點(diǎn)通過微處理器讀取傳感器采集的體征數(shù)據(jù)，利用射頻模塊選擇合適的傳輸路徑將信息傳送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)方案

2.3 傳感器模塊

監(jiān)測奶牛健康的重要體征是體溫和運(yùn)動(dòng)量，可用于推測奶牛的發(fā)情、疾病狀態(tài)。因此，本文采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字式傳感器DS18B20，可以把監(jiān)測到的溫度轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳遞給微處理器，同時(shí)按照應(yīng)用環(huán)境的不同以編程的方式轉(zhuǎn)換不同的精度值。DS18B20溫度傳感器的供電范圍為3.0～5.5V，本文采用7號(hào)10440電池供電，額定電壓為3.7V，在統(tǒng)一的電源供應(yīng)下，配合CC2530的電壓需求，采用3.3V供電[9]。傳感器的電路設(shè)計(jì)為，DS18B20的VDD引腳接3.3V電源，總線與CC2530的P0.6口相連，串聯(lián)一個(gè)10K的電阻R1到3.3V電源，最后通過編程驅(qū)動(dòng)即可獲取環(huán)境內(nèi)的溫度。DS18B20溫度傳感器的連接如圖4所示。

圖4 DS18B20溫度傳感器電路圖

奶牛的運(yùn)動(dòng)量選用飛思卡爾的MMA8451監(jiān)測，它是基于微電機(jī)系統(tǒng)MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)的數(shù)字三軸加速度傳感器。這款傳感器具有封裝小型化、能量消耗較低、數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確及靈敏度較高的優(yōu)點(diǎn)[10]，適合作為奶牛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測的主要元器件。同樣，采用3.3V給VDD供電，GND引腳接地，SCL端、SDA端分別與CC2530的P1.6、P1.7口相連，且用4.7K的電阻R1、R2上拉到3.3V電源。INT1、INT2分別直接連接CC2530的P1.0、P0.0口。MMA8451接口與CC2530的連接如圖5所示。

圖5 三軸加速度傳感器信號(hào)調(diào)理電路圖

2.4 CC2530模塊

CC2530是各節(jié)點(diǎn)的微處理器，控制傳感器的采集和節(jié)點(diǎn)間的通信。為了實(shí)現(xiàn)硬件電路最小化設(shè)計(jì)并便于損壞元件的便捷更換，采用的CC2530模塊將CC2530配合電路單獨(dú)設(shè)計(jì)成一個(gè)板子，在燒錄完程序后即可插放在底板上，以便減小傳感器節(jié)點(diǎn)的尺寸。CC2530模塊的電路原理如圖6所示。

1)晶振集成電路：為了計(jì)算時(shí)間，CC2530運(yùn)行時(shí)需要兩個(gè)配合的時(shí)鐘晶體振蕩器，兩個(gè)時(shí)鐘晶振規(guī)格不一樣，所提供的功能也不相同。其中，一個(gè)是主頻為32MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，在電路中為使用高頻交流收發(fā)器提供一個(gè)速率較高且可靠的時(shí)鐘源；另一個(gè)是主頻為32.768kHz的晶振[11]，當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，仍然需要進(jìn)行時(shí)間計(jì)算，以便在定時(shí)模式下及時(shí)喚醒。C9和C11為32MHz晶振的兩條引線串聯(lián)的外部有效電容，通過晶振的具體規(guī)格確定兩個(gè)電容的具體值，通過綜合計(jì)算獲得C9和C11為27pF。

2)電源濾波電路：直流電源的供電過程并不穩(wěn)定，在額定電壓值附近會(huì)有一定的抖動(dòng)。為了獲得更加平穩(wěn)的電源供應(yīng)，需要在供電電路上加入適配的濾波電容來穩(wěn)定芯片供電針腳的額外信號(hào)，這個(gè)額外信號(hào)是芯片在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的串?dāng)_。此時(shí)需要在CC2530的各個(gè)數(shù)字電源針腳即9、38及6個(gè)模擬電源針腳即20、23、26、27、30、32外接一個(gè)100nF的電容。而這兩種針腳之間使用一個(gè)100μH的電感進(jìn)行阻斷，同樣為了防止兩者之間的串?dāng)_。

3)接口電路：采用P1為14腳、P2為12腳的小型插頭，將CC2530的I/O口、電路供電針腳以及restart針腳引出。這些引出的引腳用于程序的燒寫，方便模塊的擴(kuò)展，提供電源供電以及按鍵復(fù)位等功能，通過這種方式增加模塊的通用性。同時(shí)，CC2530芯片的燒寫可以取下在Debugger上完成，編譯好后即可插在排針座上使用，優(yōu)化了傳感器節(jié)點(diǎn)的空間，使得節(jié)點(diǎn)硬件體積進(jìn)一步縮小。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)軟件前，首先對(duì)協(xié)議棧的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如波特率、信道、組網(wǎng)方式，節(jié)點(diǎn)的休眠、中斷喚醒及定時(shí)喚醒周期等[12]。協(xié)調(diào)器的CC2530模塊作為網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)者，移植Z-stack協(xié)議?？梢越o其賦予網(wǎng)絡(luò)建立、接受新節(jié)點(diǎn)加入請(qǐng)求、授權(quán)及鑒定節(jié)點(diǎn)、中繼并轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)串口上傳至PC設(shè)備的功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的主要工作過程如下：CC2530被初始化，同時(shí)復(fù)位Z-stack，中斷函數(shù)打開準(zhǔn)備工作，此時(shí)根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)建立一個(gè)自定義的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以是單一形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，也可以是多個(gè)形態(tài)組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)初始化成功后，新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的申請(qǐng)會(huì)以中斷的形式發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)處理該信號(hào)，并為申請(qǐng)節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)短地址，同時(shí)發(fā)送響應(yīng)，表明已經(jīng)收到申請(qǐng)。若網(wǎng)絡(luò)任一節(jié)點(diǎn)獲取了體溫、加速度數(shù)據(jù)，則以中斷的形式進(jìn)入新的任務(wù)程序，在子函數(shù)的控制下協(xié)調(diào)器將信息通過USB串口發(fā)送給上位機(jī)設(shè)備。協(xié)調(diào)器軟件流程如圖7所示。

圖6 CC2530模塊電路圖

圖7 協(xié)調(diào)器軟件工作流程圖

將傳感器驅(qū)動(dòng)程序移植進(jìn)協(xié)議棧后，傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的主要功能：申請(qǐng)并加入由協(xié)調(diào)器定義的不同形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中、通過CC2530的I/O口獲取兩個(gè)傳感器寄存器中的監(jiān)測數(shù)據(jù)、通過網(wǎng)絡(luò)層將獲取的數(shù)據(jù)射頻發(fā)送給附近節(jié)點(diǎn)、通過射頻串口獲取協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)經(jīng)由其他中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的指令等。具體的工作過程：打開開關(guān)連通電路后，CC2530被初始化，并復(fù)位Z-stack，其次給CC2530的數(shù)據(jù)接口準(zhǔn)備開始工作。同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行申請(qǐng)加入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)器應(yīng)答后授權(quán)成功，則可以接受協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的節(jié)點(diǎn)短地址，用來標(biāo)注不同節(jié)點(diǎn)的身份。傳感器節(jié)點(diǎn)軟件的流程如圖8所示。

圖8 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件工作流程圖

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過LabVIEW設(shè)計(jì)了便于用戶操作的上位機(jī)軟件，調(diào)用VISA接口模塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，實(shí)時(shí)獲取協(xié)調(diào)器上傳的串口數(shù)據(jù)，從而快速判斷奶牛的健康狀況。利用VISA節(jié)點(diǎn)對(duì)RS-232串口通信進(jìn)行設(shè)

置，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的通信[13]。首先通過VISA Open指令打開上位機(jī)與協(xié)調(diào)器的傳輸通道，然后在VISA Read的控制下開始讀取協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并以圖表的形式進(jìn)行顯示。調(diào)用VISA Write功能可以將輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，通過命令來對(duì)整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。上位機(jī)軟件同時(shí)可以將采集的數(shù)據(jù)以TXT的形式保存在本地，方便數(shù)據(jù)庫的建立，對(duì)每頭奶牛的信息進(jìn)行存檔。上位機(jī)軟件的LabVIEW邏輯圖如圖9所示。

4 系統(tǒng)測試與分析

在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的CC2530芯片寫入各自的程序后，給傳感器節(jié)點(diǎn)裝入電池并打開開關(guān)連通電路，指示燈常亮表明工作正常。將協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)用USB Dongle線連接至PC打開電路開關(guān)，黃燈閃爍表示正在搜索網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)兩種節(jié)點(diǎn)都常亮黃燈后組網(wǎng)完成。打開計(jì)算機(jī)上的串口調(diào)試助手軟件，根據(jù)不同的USB接口查詢選擇設(shè)備管理器中連接的串口，選擇最大的波特率即115200，不設(shè)置校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位為8[14]。傳感器節(jié)點(diǎn)采集并發(fā)送數(shù)據(jù)約耗時(shí)1s，待機(jī)2s后再次采集數(shù)據(jù)，連續(xù)發(fā)送3次數(shù)據(jù)后進(jìn)入休眠模式，休眠時(shí)長設(shè)置為1min。

協(xié)調(diào)器接收到的各無線傳感器節(jié)點(diǎn)的幀體溫?cái)?shù)據(jù)和幀加速度數(shù)據(jù)如圖10所示。

為驗(yàn)證畜牧場內(nèi)節(jié)點(diǎn)間通信的丟包率能否滿足使用需求，本文部署2個(gè)節(jié)點(diǎn)在一定距離下進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳輸實(shí)驗(yàn)，測量實(shí)際收取的數(shù)據(jù)包數(shù)量。節(jié)點(diǎn)距離分別設(shè)置為 1、10、20、30、50、70、80m。實(shí)驗(yàn)距離在20m內(nèi)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)無障礙傳輸，在20～50m距離下，為了模擬牛場環(huán)境擺放少量障礙物并間隔一堵墻，丟包率=(發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)-實(shí)收數(shù)據(jù)包數(shù))/發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)。測試數(shù)據(jù)如表1所示。

圖10 上位機(jī)軟件處理數(shù)據(jù)

距離/m發(fā)送量接收量丟包率/%12002000102001990.5202001981302001971.5502001914.5702001933.5802001924

由測試數(shù)據(jù)可以看出：在30m的傳輸距離以下時(shí)，丟包率比較低，在1.5%以內(nèi)；當(dāng)距離大于30m時(shí)，丟包率開始迅速增加，此時(shí)環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)對(duì)信號(hào)干擾較大的遮擋物，并且進(jìn)入了通信鏈路傳輸?shù)倪^渡區(qū)，信號(hào)的不穩(wěn)定導(dǎo)致丟包率的增加。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸在80m的距離下，丟包率也僅為4%，基本可以滿足工作需求。

在室外對(duì)溫度進(jìn)行測量，用傳感器節(jié)點(diǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器測量并上傳的數(shù)據(jù)與環(huán)境實(shí)際溫度進(jìn)行對(duì)比。測試時(shí)傳感器每分鐘采集3次數(shù)據(jù)，取平均值計(jì)為測量數(shù)據(jù)，實(shí)際溫度用手持式測溫儀測量DS18B20表面獲得，同樣的，每分鐘采集3次數(shù)據(jù)，取平均值。計(jì)算誤差=(測量溫度-實(shí)際溫度)/實(shí)際溫度，得到結(jié)果如表2所示。

節(jié)點(diǎn)安裝SMA天線，在有3堵墻壁遮擋的情況下，最大傳輸距離約為30m，而在空曠場地?zé)o障礙物時(shí)，測試節(jié)點(diǎn)通信最大傳輸距離約為90m。而奶牛運(yùn)動(dòng)場地符合上述后者環(huán)境，奶牛佩戴節(jié)點(diǎn)在場地內(nèi)自由行走，該通信距離可以滿足需求。節(jié)點(diǎn)在正常距離的數(shù)據(jù)傳輸過程中，丟包率低于5%，信號(hào)強(qiáng)度在-75～-33dBm之間，數(shù)據(jù)測量誤差最高為2.63%，最低為0.85%，平均誤差為1.75%，可以符合使用需求。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測養(yǎng)殖場奶牛體征信息，給管理者提供合理決策和判斷提供有力的數(shù)據(jù)支持。

表2 測量數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度對(duì)比

5 結(jié)論

隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)將慢慢進(jìn)入人們的日常生活工作環(huán)境，無線通信技術(shù)的傳輸速率不斷提高，成本不斷降低，在復(fù)雜場景對(duì)各種環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測也將越來越準(zhǔn)確，勢必會(huì)給人們生產(chǎn)、工作帶來巨大變化。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測養(yǎng)殖場奶牛體征信息，給管理者提供合理決策和判斷提供有力的數(shù)據(jù)支持，幫助提升農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖效率，本文研究了基于ZigBee技術(shù)的奶牛體征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述，開發(fā)了基于ZigBee技術(shù)的奶牛體征監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)奶牛體溫及運(yùn)動(dòng)量等體征信息實(shí)時(shí)監(jiān)測。