基于LoRaWAN和多传感器的奶牛计步及姿态检测系统设计
发布时间：2022-12-06 23:07
在奶牛养殖过程中,饲养员对奶牛的发情判断以及健康状况检测是奶牛养殖过程中的重要环节。奶牛发情伴随着活动量增加,体温升高等状况。及时发现发情奶牛并进行配种可以延长奶牛泌乳期提升经济效益。同时,奶牛的健康状况检测也十分重要,生病的奶牛趴卧时长要明显高于正常时期。奶牛生病不但会危及奶牛生命而且会影响原奶质量。饲养员需要及时发现生病奶牛并进行医治。应用于大规模牧场,现有的同类奶牛计步系统在硬件设计上存在功耗大,传输距离近等问题。在软件设计上存在功能单一,计步算法精确度低等问题。本文针对这些问题,提出了一套新的解决方案。在硬件设计上,本系统选用低功耗的主控芯片以及高灵敏度的传感器。应用低功耗广域网的LoRa技术进行远距离的数据传输,使本系统满足应用于大规模牧场对于长距离的需求。在软件设计上对加速度波形采用FIR带通滤波以及斜率检测步伐算法进行步数识别。经过多次测试,修改参数,提高计步精度,为判断奶牛发情提供准确信息。利用实时气压数据设计一套姿态检测算法,可识别出奶牛趴卧姿态,记录趴卧时长。为奶牛健康状况检测提供更加多元而又准确的依据。经过实际测验,奶牛计步精度能够保证在95%以上。姿态检测算法可...
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 奶牛计步器的发展现状
1.2.1 奶牛计步及姿态检测系统简介
1.2.2 现有同类系统及其功能
1.2.3 现有同类系统的优缺点分析
1.3 论文的主要内容与创新点
1.4 论文的结构安排
第二章 系统的理论基础
2.1 牛只运动分析
2.2 MEMS三轴加速度传感器工作原理
2.3 MEMS气压传感器工作原理
2.4 LoRa介绍
2.4.1 LoRaWAN协议
2.4.2 LoRa技术要点
2.4.3 几种常用通信技术比较
2.5 本章小结
第三章 硬件电路的设计与调试
3.1 硬件结构
3.1.1 系统整体结构
3.1.2 计步及姿态检测系统结构
3.2 芯片的选型
3.2.1 STM32L151C8T6微控制器
3.2.2 三轴加速度传感器MMA7455
3.2.3 气压传感器MS5611
3.2.4 LoRa模块E19(433M20SC)
3.3 硬件电路的调试
3.3.1 LoRa的调试
3.3.2 MMA7455的调试
3.3.3 MS5611的调试
3.3.4 GPRS模块的调试
3.4 本章小结
第四章 算法设计与实现
4.1 算法调试平台介绍
4.2 计步算法研究
4.2.1 加速度处理及滤波
4.2.2 斜率检测步伐算法
4.2.3 奶牛计步算法的参数确定
4.2.4 人计步参数确定
4.3 姿态检测算法
4.4 上位机软件的设计
4.5 本章小结
第五章 计步及姿态检测模块功耗测定
5.1 LabVIEW及NI数据采集卡介绍
5.2 计步及姿态检测模块功耗测量
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 课题的后续研究与展望
参考文献
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的物联网低功耗广域系统设计[J]. 杨磊,梁活泉,张正,司鹏搏,张延华. 信息通信技术. 2017(01)
[2]新兴物联网技术——LoRa[J]. 王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇. 信息通信技术. 2017(01)
[3]LoRa无线网络技术分析[J]. 赵静,苏光添. 移动通信. 2016(21)
[4]SX1276的LoRa与FSK技术在室内定位中的应用研究[J]. 付河. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(10)
[5]低功耗广域LoRa技术分析与应用建议[J]. 刘琛,邵震,夏莹莹. 电信技术. 2016(05)
[6]穿戴式智能计步器设计[J]. 徐斌,裴晓芳,李太云. 电子科技. 2016(03)
[7]基于MS5611的小型无人机高度检测系统设计[J]. 潘银松,刘天刚,马泽忠,刘智华. 电子测量技术. 2015(07)
[8]物联网通信技术的发展现状及趋势综述[J]. 东辉,唐景然,于东兴. 通信技术. 2014(11)
[9]无线通信技术的发展趋势分析[J]. 李苒,杨丽军. 产业与科技论坛. 2014(05)
[10]FIR数字滤波器两种设计方法的比较[J]. 耿玉茹. 科技视界. 2013(16)
博士论文
[1]二维FIR数字滤波器优化设计理论与二维优化设计算法研究[D]. 赵瑞杰.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于LoRa无线通信技术的MiCO物联网解决方案[D]. 秦锋.暨南大学 2017
[2]基于B/S架构的自动化运维平台的设计与实现[D]. 王栋.北京交通大学 2017
[3]基于LoRa的无线自组网MAC协议研究[D]. 柳永波.西安电子科技大学 2017
[4]基于BLE4.0的计步系统设计与实现设计与实现[D]. 张童飞.东南大学 2016
[5]一种数字化牧场管理系统的研究[D]. 司陈.山东大学 2015
[6]微小型球形飞行器的研究与设计[D]. 肖大华.北京理工大学 2015
[7]基于小波变换和动态时间规整的计步器算法设计[D]. 严志航.南京理工大学 2014
[8]基于加速度的计步算法和步长计算研究与实现[D]. 蔚利娜.东北大学 2013
[9]基于三轴加速度传感器的跌倒检测技术的研究与应用[D]. 陈功.南京邮电大学 2013
[10]基于IOS的娱乐计步软件“HEALTHY-PIG”的设计与实现[D]. 汲康.北京邮电大学 2012
本文编号：3711795
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 奶牛计步器的发展现状
1.2.1 奶牛计步及姿态检测系统简介
1.2.2 现有同类系统及其功能
1.2.3 现有同类系统的优缺点分析
1.3 论文的主要内容与创新点
1.4 论文的结构安排
第二章 系统的理论基础
2.1 牛只运动分析
2.2 MEMS三轴加速度传感器工作原理
2.3 MEMS气压传感器工作原理
2.4 LoRa介绍
2.4.1 LoRaWAN协议
2.4.2 LoRa技术要点
2.4.3 几种常用通信技术比较
2.5 本章小结
第三章 硬件电路的设计与调试
3.1 硬件结构
3.1.1 系统整体结构
3.1.2 计步及姿态检测系统结构
3.2 芯片的选型
3.2.1 STM32L151C8T6微控制器
3.2.2 三轴加速度传感器MMA7455
3.2.3 气压传感器MS5611
3.2.4 LoRa模块E19(433M20SC)
3.3 硬件电路的调试
3.3.1 LoRa的调试
3.3.2 MMA7455的调试
3.3.3 MS5611的调试
3.3.4 GPRS模块的调试
3.4 本章小结
第四章 算法设计与实现
4.1 算法调试平台介绍
4.2 计步算法研究
4.2.1 加速度处理及滤波
4.2.2 斜率检测步伐算法
4.2.3 奶牛计步算法的参数确定
4.2.4 人计步参数确定
4.3 姿态检测算法
4.4 上位机软件的设计
4.5 本章小结
第五章 计步及姿态检测模块功耗测定
5.1 LabVIEW及NI数据采集卡介绍
5.2 计步及姿态检测模块功耗测量
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 课题的后续研究与展望
参考文献
附录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa的物联网低功耗广域系统设计[J]. 杨磊,梁活泉,张正,司鹏搏,张延华. 信息通信技术. 2017(01)
[2]新兴物联网技术——LoRa[J]. 王阳,温向明,路兆铭,程刚,潘奇. 信息通信技术. 2017(01)
[3]LoRa无线网络技术分析[J]. 赵静,苏光添. 移动通信. 2016(21)
[4]SX1276的LoRa与FSK技术在室内定位中的应用研究[J]. 付河. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(10)
[5]低功耗广域LoRa技术分析与应用建议[J]. 刘琛,邵震,夏莹莹. 电信技术. 2016(05)
[6]穿戴式智能计步器设计[J]. 徐斌,裴晓芳,李太云. 电子科技. 2016(03)
[7]基于MS5611的小型无人机高度检测系统设计[J]. 潘银松,刘天刚,马泽忠,刘智华. 电子测量技术. 2015(07)
[8]物联网通信技术的发展现状及趋势综述[J]. 东辉,唐景然,于东兴. 通信技术. 2014(11)
[9]无线通信技术的发展趋势分析[J]. 李苒,杨丽军. 产业与科技论坛. 2014(05)
[10]FIR数字滤波器两种设计方法的比较[J]. 耿玉茹. 科技视界. 2013(16)
博士论文
[1]二维FIR数字滤波器优化设计理论与二维优化设计算法研究[D]. 赵瑞杰.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于LoRa无线通信技术的MiCO物联网解决方案[D]. 秦锋.暨南大学 2017
[2]基于B/S架构的自动化运维平台的设计与实现[D]. 王栋.北京交通大学 2017
[3]基于LoRa的无线自组网MAC协议研究[D]. 柳永波.西安电子科技大学 2017
[4]基于BLE4.0的计步系统设计与实现设计与实现[D]. 张童飞.东南大学 2016
[5]一种数字化牧场管理系统的研究[D]. 司陈.山东大学 2015
[6]微小型球形飞行器的研究与设计[D]. 肖大华.北京理工大学 2015
[7]基于小波变换和动态时间规整的计步器算法设计[D]. 严志航.南京理工大学 2014
[8]基于加速度的计步算法和步长计算研究与实现[D]. 蔚利娜.东北大学 2013
[9]基于三轴加速度传感器的跌倒检测技术的研究与应用[D]. 陈功.南京邮电大学 2013
[10]基于IOS的娱乐计步软件“HEALTHY-PIG”的设计与实现[D]. 汲康.北京邮电大学 2012
本文编号：3711795
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