基于UWB定位的奶牛活动量统计及发情检测方法的研究

发布时间：2020-04-15 11:54

【摘要】：奶牛的发情识别检测是牧场奶牛生产活动的重要组成部分,传统的人工现场识别方法已经不能满足现代化畜牧养殖的需要。近些年来国内外相继出现了利用计步器和活动量采集器对奶牛活动量进行采集从而判断奶牛发情的方法,但是时效性较差,检出率不高。因此本文提出了一种利用UWB(Ultra Wide Band)定位系统对奶牛活动量进行精确采集并实时检测奶牛发情的方法,论文的主要工作如下:(1)本文采用UWB定位原理进行目标奶牛的定位和活动量采集,首先利用TWR测距算法测量出未知节点(标签)到三个参考节点(基站)的距离值,随后采用三边测量法计算出标签的位置信息作为奶牛在当前时刻坐标值,最后计算相邻两个位置坐标的欧氏距离并累加得到奶牛的活动量。(2)硬件系统的电路设计上主要采用了STM32主控芯片以及DW1000射频芯片,标签和各基站之间的通信方式遵循IEEE 802.15.4协议,二者通过三次信息传递完成测距过程,随后利用网关基站的GPRS发射模块将测距信息上传至云服务器。(3)利用QT的编译环境编写出了一个能够实时反映奶牛在各个时间段内活动量变化的上位机软件,包含了对系统时间、奶牛当前时间段的活动量以及是否发情的显示,同时也可进行奶牛编号的添加以及发情阈值的修改等操作。为了提高定位数据的准确性提出了CURD聚类算法,它是一种基于距离和密度实现快速聚类的算法,最后利用MATLAB仿真证明了其可行性。(4)通过对单一奶牛的实地测量,基于UWB定位的检测方法可以精确统计奶牛活动量的变化从而准确找出目标奶牛的发情时间,验证了此方法可行性。随后利用该方法对多头奶牛进行了长时间的监测,得到了基于UWB定位的方法的检出率为84%。通过各种方法的比较,基于UWB定位的活动量采集及发情检测方法具有以下优点:首先它具有身份识别功能,与移动步数相关联的位移量的采集可以保证其准确性,其次检测到目标奶牛发情后还可以对其进行定位以便及时进行人工受精,再者奶牛的位置数据还可以分析奶牛的行为和个体差异。但是另一方面该方法还具有一些不足之处,例如UWB定位过程中功耗较大的问题,因此需要采取一些降低功耗的措施,例如在标签处于长时间不工作时使其进入休眠状态,或者使用太阳能薄膜外壳对标签电池进行充电等。
【图文】：

功率谱密度,对应关系,相对带宽,频率

脉冲信号进行数据传输，美国联邦通信委员会规定超宽带通信的工作带宽相对带宽大于 20%，即 = 500 ≥ 20% 相对带宽为 Bf，则有 = 为系统带宽，而式中 = 2 =2( ) 的频率和功率谱密度的对应关系如图 2.1 所示

示意图,模型,示意图,定位系统

设接入无线局域网的先进技术，具有带宽较高，（NLOS）影响小，但是由于复杂的环境下多径模型进行物体的定位[11]。Wi-Fi 定位的不足之处位，，否则会增加人工的工作量，同时其定位。ncy Identification）射频识别，又称无线射频识别波信号收发的通信技术，其定位系统主要由固频方式将无线信号调制为电磁场，标签进入电磁RFID 定位系统利用多个 RFID 阅读器和 RFID 标如图 2.2 所示
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S823;TN925

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