草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)，屬于無(wú)線通信及控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
目前，草原畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中存在著科學(xué)管理水平化低，生產(chǎn)效率不高的問(wèn)題。在草原牲畜生產(chǎn)過(guò)程中，牲畜被放入水草充足的牧場(chǎng)以后在沒(méi)有特殊情況下要長(zhǎng)時(shí)間在牧場(chǎng)上進(jìn)食。牧民想要遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)當(dāng)前牧場(chǎng)上牲畜的數(shù)量，目前還沒(méi)有一個(gè)有效的、科學(xué)化的方法，這樣就會(huì)造成牲畜丟失不能及時(shí)的被農(nóng)牧民發(fā)覺，給農(nóng)牧民造成經(jīng)濟(jì)損失。另外，草原放養(yǎng)牲畜由于吃的是天然牧草，飲用的是自然清泉，又是在不停的走動(dòng)，所以相對(duì)于圈養(yǎng)牲畜，散養(yǎng)牲畜更加健康，并且肉質(zhì)鮮美，富有營(yíng)養(yǎng)，受到廣大肉類消費(fèi)者青睞。但是，市場(chǎng)上牲畜肉類有很多，不法商販以次充好，蒙騙消費(fèi)者，消費(fèi)者在面臨選擇時(shí)沒(méi)有一個(gè)有效的辦法辨別散養(yǎng)牲畜還是圈養(yǎng)牲畜。
[0003]近年來(lái)，隨著社會(huì)信息化、家庭智能化和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域?qū)o(wú)線通訊和數(shù)據(jù)傳輸需求的日益增長(zhǎng)，ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)作為一種全新的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并展示了迅猛發(fā)展的良好勢(shì)頭，引起了國(guó)內(nèi)外廣大科技工作者的極大興趣和關(guān)注。ZigBee技術(shù)是一種具有低速率、近距離、低復(fù)雜度、低成本、通信可靠和網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)的無(wú)線通信技術(shù)。廣泛應(yīng)用到軍事無(wú)人值守和靈巧網(wǎng)絡(luò)通訊、工業(yè)自動(dòng)控制、大中城市空氣質(zhì)量監(jiān)控、醫(yī)院醫(yī)護(hù)監(jiān)視、高速公路自動(dòng)收繳費(fèi)等領(lǐng)域。ZigBee的通信網(wǎng)絡(luò)由三種類型的節(jié)點(diǎn)組成:協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)(ZC)、路由節(jié)點(diǎn)(ZR)和終端節(jié)點(diǎn)(ZD)。
[0004]全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)是由美國(guó)研發(fā)、建立。隨著GPS技術(shù)日益成熟和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，涉及到軍事、航海、航天、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域。自從美國(guó)改變其GPS政策以后，目前許多民用GPS模塊定位精度達(dá)到5m以內(nèi)的精度。該系統(tǒng)由位于地面的監(jiān)控部分，空中衛(wèi)星以及用戶接收設(shè)備三部分組成。其定位原理主要是測(cè)量無(wú)線電信號(hào)從地面接收機(jī)傳播到天空中衛(wèi)星的時(shí)間乘以光速得到兩者之間距離，然后結(jié)合其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)，就可確定接收機(jī)所處具體位置。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供種一種草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)草原牧場(chǎng)上牲畜的數(shù)量和牲畜的位置，采用隨機(jī)配置路由節(jié)點(diǎn)的方案，將誤警概率降低，提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率的同時(shí)，還能夠向牲畜肉類消費(fèi)者準(zhǔn)確提供是圈養(yǎng)牲畜還是散養(yǎng)牲畜的信息。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)，通過(guò)建立ZigBee的通信網(wǎng)絡(luò)，利用GPS全球定位系統(tǒng)，獲取牲畜經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，完成遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)草原牧場(chǎng)上牲畜數(shù)量及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牲畜所處位置，并可根據(jù)經(jīng)瑋度計(jì)算出牲畜在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中所行走公里數(shù)，確定牲畜生長(zhǎng)環(huán)境。
[0007]所述ZigBee的通信網(wǎng)主要包括I號(hào)系統(tǒng)、2號(hào)系統(tǒng)、終端節(jié)點(diǎn)。
[0008]所述I號(hào)系統(tǒng)主要包括ZigBee節(jié)點(diǎn)、GPS模塊、第一主控芯片、無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊； 進(jìn)一步:1號(hào)系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)是全功能設(shè)備，是ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)、接收終端節(jié)點(diǎn)或者路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)、向終端節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)；所述GPS模塊負(fù)責(zé)采集牲畜所在地理位置的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)初始化該模塊處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；
第一主控芯片的主要用于:
A、比較、分析協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)；
B、轉(zhuǎn)換GPS模塊采集的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)的格式；
C、控制GPS模塊開關(guān)機(jī)和喚醒無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊；
GPRS模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程通信，向上位機(jī)發(fā)送I號(hào)系統(tǒng)第一主控芯片的判斷分析結(jié)果和經(jīng)瑋度信息，系統(tǒng)初始化時(shí)該模塊處于睡眠狀態(tài)。
[0009]進(jìn)一步:2號(hào)系統(tǒng)包括第二主控芯片和ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)； 所述2號(hào)系統(tǒng)路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)加入網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)發(fā)所接收的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)初始化路由節(jié)點(diǎn)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；
所述2號(hào)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或者路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，以及接收協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)據(jù)。
[0010]所述2號(hào)系統(tǒng)的第二主控芯片的主要用于判斷2號(hào)系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)是否是來(lái)自I號(hào)系統(tǒng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)廣播出來(lái)的判斷結(jié)果，如果是則控制2號(hào)系統(tǒng)路由節(jié)點(diǎn)開機(jī)，否則不作響應(yīng)。
[0011]進(jìn)一步:終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)向I號(hào)系統(tǒng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或者向2號(hào)系統(tǒng)路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明包括I號(hào)系統(tǒng)中的無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊、GPS模塊、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口分別與第一主控芯片連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)分別與終端節(jié)點(diǎn)、2號(hào)系統(tǒng)路由節(jié)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；2號(hào)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口與第二主控芯片連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；路由節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)和終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
[0013]本發(fā)明實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流程如下:
1)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定:根據(jù)牲畜數(shù)量進(jìn)行順序編號(hào)，將順序編號(hào)存儲(chǔ)到第一主控芯片中，設(shè)定2號(hào)系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送編號(hào)信息的時(shí)間；設(shè)定無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間；
2)I號(hào)系統(tǒng)初始化，初始化完成后協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的牲畜編號(hào)信息；
3)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)把接收到的牲畜編號(hào)通過(guò)串口發(fā)送到I號(hào)系統(tǒng)中的第一主控芯片，第一主控芯片把接收到的牲畜編號(hào)和存儲(chǔ)到第一主控芯片所有編號(hào)進(jìn)行比較，并存儲(chǔ)比較結(jié)果;
當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的編號(hào)信息和第一主控芯片所存儲(chǔ)的編號(hào)信息相等時(shí)，稱為正常狀態(tài)；
當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的編號(hào)信息和第一主控芯片所存儲(chǔ)的編號(hào)信息不相等時(shí)，稱為不正常狀態(tài)；
4)如果協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的編號(hào)信息和第一主控芯片所存儲(chǔ)的編號(hào)信息比較的結(jié)果中有連續(xù)三次處于不正常狀態(tài)的牲畜編號(hào)，I號(hào)系統(tǒng)的第一主控芯片把連續(xù)三次不正常狀態(tài)的牲畜編號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的方式是在數(shù)據(jù)起始位和結(jié)束位添加特殊符號(hào)，即起始位特殊符號(hào)設(shè)定為“$”，結(jié)束位特殊符號(hào)設(shè)定為
[0014]5)轉(zhuǎn)換后協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)廣播到所有終端節(jié)點(diǎn)，當(dāng)2號(hào)系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)收到廣播出來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，把數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到2號(hào)系統(tǒng)第二主控芯片。
[0015]6)2號(hào)系統(tǒng)第二主控芯片接收到數(shù)據(jù)后根據(jù)數(shù)據(jù)格式判斷數(shù)據(jù)是否是I號(hào)系統(tǒng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)廣播出來(lái)的判斷結(jié)果，如果是則控制2號(hào)系統(tǒng)的路由節(jié)點(diǎn)開機(jī)，路由節(jié)點(diǎn)開機(jī)后，終端節(jié)點(diǎn)向I號(hào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)2號(hào)系統(tǒng)的路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)；
I號(hào)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，第一主控芯片開始在接收到的數(shù)據(jù)中查找是否有連續(xù)三次處于不正常狀態(tài)的編號(hào)，如果有處于不正常狀態(tài)的全部編號(hào)，則認(rèn)為全部牲畜都處于正常狀態(tài)；如果有不正常狀態(tài)中的某個(gè)或者某幾個(gè)編號(hào)，則認(rèn)為某個(gè)或者某幾個(gè)編號(hào)是處于正常狀態(tài)的；用這種方式下查找?guī)状魏螅琁號(hào)系統(tǒng)的第一主控芯片比較分析出各頭牲畜所處狀態(tài)；
如果2號(hào)系統(tǒng)第二主控芯片接收到數(shù)據(jù)不是I號(hào)系統(tǒng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)廣播出來(lái)的判斷結(jié)果，則2號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有任何響應(yīng)；
6) I號(hào)系統(tǒng)在分析出各頭牲畜處于的狀態(tài)后，控制GPS模塊開機(jī)，采集經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，采集的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到第一主控芯片，第一主控芯片控制無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊把I號(hào)系統(tǒng)判斷比較的結(jié)果和經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，農(nóng)牧民通過(guò)查閱這些數(shù)據(jù)便可得知當(dāng)前牧場(chǎng)上牲畜的數(shù)量和位置信息，通過(guò)把所有的位置信息描點(diǎn)連線便記錄了牲畜的運(yùn)動(dòng)軌跡，就為證明牲畜是來(lái)自草原的，優(yōu)質(zhì)散養(yǎng)牲畜間接地提供了理論依據(jù)。
[0016]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)，能夠完成遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)草原牧場(chǎng)上牲畜數(shù)量及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牲畜所處位置，解決了牧民遠(yuǎn)距離統(tǒng)計(jì)牲畜數(shù)量的問(wèn)題，有效的防止了牲畜的丟失。并且由于在牲畜群中隨機(jī)佩戴了路由節(jié)點(diǎn)，并采取了多次檢測(cè)的策略，這樣大大降低了誤警概率，提高了報(bào)警的準(zhǔn)確性。該草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)給每頭牲畜都編有唯一的，能夠區(qū)別其它牲畜的編號(hào)，這樣農(nóng)牧民就能清楚的知道哪頭牲畜丟失了，為尋找丟失的牲畜提供了依據(jù)。通過(guò)該系統(tǒng)極大地保護(hù)了農(nóng)牧民財(cái)產(chǎn)安全，為農(nóng)牧民節(jié)省人力物力的同時(shí)，增加經(jīng)濟(jì)了收入。
[0017]草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)，通過(guò)GPS全球定位系統(tǒng)，獲取牲畜經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牲畜所處位置，并可根據(jù)經(jīng)瑋度計(jì)算出牲畜在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中所行走公里數(shù)，確定牲畜生長(zhǎng)環(huán)境。這樣，在放牧過(guò)程中農(nóng)牧民通過(guò)該系統(tǒng)不但可以準(zhǔn)確的知道哪頭牲畜丟失了，而且還可以根據(jù)經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)確定牲畜丟失的地點(diǎn)，進(jìn)一步地為農(nóng)牧民尋找丟失的牲畜提供可靠的依據(jù)。另外，通過(guò)把牲畜成長(zhǎng)過(guò)程中的所有的位置信息，描點(diǎn)連線便記錄了牲畜的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而確定牲畜的生長(zhǎng)環(huán)境。對(duì)于牲畜肉類消費(fèi)者，便可根據(jù)這些數(shù)據(jù)清清楚楚地消費(fèi)，更好地維護(hù)了牲畜肉類消費(fèi)者的權(quán)益。
[0018]草原放牧無(wú)線管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用了增大射頻發(fā)射功率的ZigBee節(jié)點(diǎn)，使ZigBee通信距離達(dá)到了 260-300m，系統(tǒng)帶有無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS )模塊，利用遠(yuǎn)程通信模塊，系統(tǒng)可以自動(dòng)將牧場(chǎng)上牲畜的真實(shí)情況及時(shí)的發(fā)送至上位機(jī)。系統(tǒng)采用了相應(yīng)的低功耗策略，在不需要和上位機(jī)通信時(shí)I號(hào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模塊處于睡眠狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有請(qǐng)求經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)的情況下GPS模塊處于關(guān)機(jī)狀態(tài)；終端節(jié)點(diǎn)在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)處于睡眠狀態(tài)。這些低功耗策略的措施，為系統(tǒng)節(jié)約了電量消耗。
[0019]【附圖說(shuō)明】:
圖1是無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊外圍電路；
圖2是第一主控芯片和GPS模塊供電電路；
圖3是第一主控芯片外圍電路及串口分時(shí)復(fù)用電路。
[0020]圖4是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)流程圖；
【具體實(shí)施方式】:
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1:以一個(gè)數(shù)量為10的牛群為例，根據(jù)牲畜數(shù)量進(jìn)行順序編號(hào)為0-9，將順序編號(hào)存儲(chǔ)到第一主控芯片中，設(shè)定2號(hào)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送編號(hào)信息的時(shí)間為10分鐘；設(shè)定遠(yuǎn)程通信模塊向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間為I小時(shí)；設(shè)定連續(xù)三次不正常狀態(tài)的編號(hào)為1、2、3。
[0021]1、給牛群的頭牛佩戴一個(gè)I號(hào)系統(tǒng)，包括ZigBee節(jié)點(diǎn)、GPS模塊、第一主控芯片、無(wú)線遠(yuǎn)程通信(GPRS)模塊。I號(hào)系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)是全功能設(shè)備，是ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)、接收終端節(jié)點(diǎn)或者路由節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)、向終端節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)；GPS模塊負(fù)責(zé)采集牛群所在地理位置的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)；第一主控芯片的主要用于:
A、比較、分析協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)；