基于LoRa通信的生猪智能耳标设计与实现

发布时间：2021-07-23 02:41

　　我国是生猪养殖大国,但不是生猪养殖强国,自动化、智能化养殖技术是提高我国生猪养殖水平的发展方向和关键技术之一。智能无线耳标安装在动物耳朵上,通过传感器采集生猪的生命体征数据,并利用无线通信上传到服务器,实现了生猪重要养殖数据的自动采集,是智能化养殖的关键技术之一,得到了人们的广泛关注。然而,目前研究和使用的耳标功能单一、无线通信能力弱、功耗大,无法满足智能养殖的实际需求,迫切需要设计一种新的具有智能感知能力和远距离无线通信能力的低功耗智能耳标。本文在分析现有心率传感技术和远距离无线通信技术的基础上,设计了一种新的无线耳标传感器,并对其硬件、主要算法和网络通信协议进行研究,具体研究如下。（1）在分析体温传感技术、心率传感技术和远距离通信技术的基础上,设计了一种多参数体征无线传感器,主要研究了多种传感器,如体温、心率血氧、运动等传感器,主控芯片的集成与数据接口,LoRa通信模块的数据通信,以及传感器的低功耗优化设计。对优化后的电路进行性能测试,休眠电流降至1μA左右。（2）采用时域与傅里叶频域变换两种方法,对比研究了心率的计算方法效率与精度,研究结果表明,频域变换计算心率具有更高的计算精度... 

【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校

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【学位级别】：硕士

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基于LoRa通信的生猪智能耳标设计与实现7第2章体征检测与通信技术分析传感器采集各种活动数据，将接触到的信息转换成已知形式输出。本章将对生猪智能耳标所需传感器的特点与传感器采集方法进行详细介绍，以及对比几种低功耗无线通信技术，确定耳标采集与接收使用LoRa无线通信技术，并对LoRa的协议特点进行分析。2.1体征检测技术研究2.1.1心率血氧检测技术研究心率是生猪体征的重要参数之一，通常情况下猪的心率在70-100bpm（beatperminute，次/分钟）。血氧即血氧饱和度（SpO2），即血液中血氧的浓度，换言之是氧合血红蛋白（HbO2）和全部血红蛋白（Hb）之间的比值[17]。HbO2与Hb的比例越高，血液运输能力就越强。本文采用测量心率血氧的传感器为MAX30102，它可以监测心率和血氧，具有光感应以及数字滤波等部分，具体为：光电二极管；660nm和880nm的发光二极管；温度传感器等。图2-1为MAX30102的功能结构图。图2-1MAX30102功能结构图目前动物心率测量方法还处于初级阶段，以往提出的有两种方法[18]，但都对动物有一定的伤害，其中一种是在动物表皮下植入设备，由该设备对外发送心率供养殖人员记录。另外一种是将无菌的导管插入动脉直接测量动物心率，但此方法只能使用一次，动物测量之后往往死亡，所以两种方法都不方便在生猪心率监测中应用。

基于LoRa通信的生猪智能耳标设计与实现9大小，点D的纵坐标即为直流的大校根据此方法便计算出PPG序列中同一个周期的RED和IR的直流交流数值大小，由此可以得出吸光度的比值R的大小，根据上述推导的血氧饱和度的公式，可以得出血氧（SpO2）的具体数值[23]。图2-2血氧计算方法2.1.2运动检测技术研究在生猪生长过程中，中小型养殖场的生猪猪舍空间比较小，装入的生猪数量也是固定的，所以具体到每头生猪上，它们的运动范围只局限于每个小猪舍，规律是有迹可循的，所以猪的运动行为能够作为判断其是否健康的标准。目前，养殖人员主要靠生猪运动行为的大量观察来判断生猪的健康状况，并没有从运动量的角度研究生猪异常，既耗了时间又废了力气，也会容易漏掉或记录错误一些生猪的运动行为，这就意味着利用小型化设备采集生猪运动行为信息成为了可能。本文采用测量运动的传感器为LIS2DH，它可以测量三轴的加速度，低功耗模式下仅为2微安，输出速率为1HZ-5.3KHZ，正负2g/4g/8g/16g量程。此传感器有两个可编程中断，能在低功耗模式下检测运动加速度以分析运动状态，实现中断唤醒，此传感器优势正可以利用在这种穿戴式智能耳标设计中。图2-3为LIS2DH的功能结构图[24]。图2-3LIS2DH功能结构图目前，在母猪颈部安装运动传感器来检测生猪运动行为[25]，采集到图像存在运动误差，采用去除伪迹算法对图像进行处理，得出最终所需猪的各种行为，如采食、走动、侧卧等。监控生猪在一天中运动的所有活动，利用算法对每一幅图


本文编号：3298420