寒区奶牛牛舍无线监测系统研究

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1、—358—江苏农业科学2014年第42卷第5期闫丽，韦春波．寒区奶牛牛舍无线监测系统研究［J］．江苏农业科学，2014，42(5):358－361．寒区奶牛牛舍无线监测系统研究1，23闫丽，韦春波(1．黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江大庆163319;2．南京农业大学工学院，江苏南京210031;3．黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江大庆163319)摘要:针对寒区气候特点和奶牛的生活习性，研制了一套牛舍环境的无线监测系统，基于无线网络技术ZigBee和GPＲS实现了对奶牛舍内环境参数和图像的全方位监

2、测及奶牛生活状态的视频记录，其中网络的叶子节点为环境传感器节点和图像传感器节点，节点布局随意，网络结构灵活。关键词:寒区;ZigBee;GPＲS;图像采集;环境数据采集+中图分类号:TP274．2文献标志码:A文章编号:1002－1302(2014)05－0358－03寒区冬季寒冷，夏季炎热，气候干燥。奶牛常年生活在牛1．2GPＲS网络舍环境中，对温度变化反应敏感，适宜的温度有助于提高产奶GPＲS是通用分组无线业务的简称。它是在现有的GSM量;湿度通过水分蒸发影响牛体散热程度来调节牛体机能，高移动通信系统基础上

3、发展起来的一种移动分组数据业务，通［10］湿环境易滋生各类病原微生物和各种寄生虫;奶牛的瘤胃代过GSM网络的TDMA信道提供中速的数据传递。GPＲS谢或排泄物分解过程中产生大量有害气体，浓度过高会降低模块选用SIEMENS公司的MC55，不仅具有通话、短信、电话奶牛的免疫力，因此牛舍环境直接影响奶牛的健康和产奶性薄等GSM模块的功能、无线MODEM的GPＲS连接功能，而［1－4］能。现代化农业中环境监测系统的设计模式在不断改且支持TCP/IP协议栈接入Internet。进，从单片机模式、PLC模式、现场总线模式

4、发展到无线网络本系统中采用ZigBee技术组建牛舍内的无线传感器网模式，无线传感网络具有避免布线、低成本、微型化、低功率和络，利用GPＲS技术实现牛舍与远程监控中心的数据通信。适用于移动灵活目标的优点，广泛应用于温室大棚的环境控2系统的体系结构［5－6］制，在鸡舍中也有一定应用。图像的远程传输分为有线［7］和无线2种方式，前者在安全性和可靠性上都优于后者，图奶牛牛舍无线监控网络由ZigBee网络、GPＲS网络和监像无线传输方式能耗低、应用范围广，易于扩展，适用于畜舍测中心组成(图1)。传感器节点作为ZigBee

5、网络中的数据［8］内动物的视频监测。本研究基于无线传感网络设计一个源，包括环境传感器节点和图像传感器节点。环境传感器节牛舍监测系统，以实现对奶牛成长环境和生活状态的实时监点分布在牛舍的不同区域和位置，节点上配有温湿度传感器、测，包括环境数据、视频图像的采集及数据传输，为提高动物光强传感器、气压传感器、CO2传感器、CH4传感器、NH3传感福利及科学养殖提供数据基础。器中的一个或几个，实现对环境参数的采集。图像传感器节点通过CMOS摄像头采集牛舍的环境图像和奶牛生长图像。1无线网络技术路由节点负责路由和转发环境数

6、据和图像数据。协调器节点1．1ZigBee技术汇聚来自传感器节点或路由节点的数据，并通过GPＲS网络ZigBee技术是一种双向无线通讯技术，支持设备间短距发送给监测中心。［9］离、低功耗、低速率的数据传输。ZigBee使用免费开放的3系统设计频段，通讯距离从标准的75m至无限扩展;具有自组网功能，在网络模块的通信范围内，节点自动寻找邻近节点，形成一个3．1ZigBee网络设计互联互通的ZigBee网络;支持多级休眠和唤醒模式，最大限3．1．1环境传感器节点环境传感器节点(简称环境节点)度降低功耗;具备中继路由和

7、终端设备功能，节点类型灵活，主要由温度、湿度、光照和有害气体等多路传感器采集模块、便于设置为中心节点、路由节点和终端节点。本研究选用信号调理模块、无线收发模块和电源组成。传感器节点构造Ti－Chipcon公司的CC2430芯片作为传感器节点的通讯模如图2－a所示，其中温度传感器选择DS18B20，湿度传感器块，CC2430芯片整合了ZigBee射频前端、ＲOM和8051微控选择HS1101，选用高速、可编程芯片TSL2561作为光强传感制器，工作在2．4GHzISM波段。器，对光照强度进行测量;CO2浓度传感器

8、选用美国FIGAＲO公司生产的TGS4160，NH3传感器选择的型号为NH33E100，硫化氢传感器选择H2S/M－100;信号调理模块负责将模拟收稿日期:2013－09－25基金项目:国家现代奶业发展科技工程(编号:2012BAD12B05－4)。信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出的数作者简介:闫丽(1979—)，女，吉林梨树人，博士研究生，讲师，主要字信号;无线收发