基于无线传感器网络的母猪体征监测系统研究与实现

摘要

中国是世界上第一大猪肉生产国和消费国，生猪的健康养殖关系到肉品安全、消费者健康和畜牧业经济发展。母猪的生产管理是生猪养殖环节中重要一环，母猪的健康不仅关系到自身繁殖率和生产力，还关系到仔猪的出生和健康。
　　近年来规模化、集约化养殖业的快速发展加上人力资源的短缺，母猪的饲养密度大、福利差。对母猪健康信息的判断主要依靠饲养员的连续观察，人力负担繁重，主观性强且精度低。母猪患病未能得到及时发现治疗的情况经常出现，导致重大疫病发生。因此实时准确监测母猪体征，及时了解和发现病情，对提升母猪健康程度和养殖自动化水平具有重要意义。
　　无线传感器网络由于其体积小、成本低、便于检测各种各样的传感信息等优点广泛应用于畜牧养殖领域。本文结合规模化养殖生产中实际需求，设计了一种基于无线传感器网络的母猪体征监测系统，为后续建立母猪健康模型和分析分娩、发情等过程体温变化规律提供数据支撑。研究的主要内容包括:
　　(1)研究以CC2430为核心的数据采集节点的硬件和软件设计，实现母猪体温、猪舍空气温湿度信息的采集，并通过无线射频模块发送。
　　(2)研究以LPC1114和CC2430为核心的网关节点的硬件和软件设计，实现汇聚传感器节点采集的数据和网络协议转换，通过以太网转发至本地服务器。
　　(3)研究基于Android平台的母猪信息综合查询移动终端，方便饲养员查询管理。
　　(4)研究利用Fluke TiR1红外热像仪分析选取母猪臀部为最佳测量部位，采用分布图法处理异常数据，补偿修正测量结果。
　　试验在南京禾嘉吉升农牧发展有限公司种猪场（南京农业大学试验种猪场、南京农业大学教学科研实习基地）进行，选择目前养殖规模较大的长白猪为试验对象。结果表明，无线传感器节点在猪舍环境下有效通信距离为30米，母猪臀部温度补偿修正后的精度为±0.55℃，基本满足实际要求，为母猪养殖的科学化规模化提供技术支撑。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源、背景和意义

1．1．1 研究意义

1．1．2 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 无线传感器网络在畜牧养殖中的应用现状

1．2．2 猪体温检测技术国内外研究现状

1．3 目前存在的问题

1．4 课题研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 本章小结

第二章 硬件系统设计

2．1 母猪体温实时监测系统总体设计

2．2 红外测温节点硬件设计

2．2．1 红外测温原理

2．2．2 红外测温节点硬件框图

2．2．3 微处理器选型与最小系统

2．2．4 射频通信模块设计

2．2．5 电源管理模块设计

2．2．6 红外测温传感器及其外围电路

2．3 空气温湿度节点硬件设计

2．4 网关节点硬件设计

2．5 移动终端硬件选型

2．6 本章小结

第三章 软件系统设计

3．1 软件系统总体设计

3．2 无线传感器网络协议栈

3．2．1 物理层

3．2．2 介质访问控制层

3．2．3 网络层

3．2．4 应用层

3．3 传感器节点程序设计

3．3．1 红外温度采集程序设计

3．3．2 温湿度采集程序设计

3．3．3 数据通信格式

3．4 网关节点程序设计

3．5 本地信息管理程序

3．6 移动终端程序设计

3．7 本章小结

第四章 系统试验与数据处理

4．1 系统试验

4．1．1 节点通信距离测试

4．1．2 测量部位选择

4．1．3 红外温度节点测量数据采集

4．2 数据处理

4．2．1 异常数据处理及补偿

4．2．1 结果修正

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果