一种数字化牧场管理系统的研究——硬件部分研究

摘要

就畜牧业而言，畜牧新技术革命的实质就是畜牧信息革命。作为畜牧生产中的重要生产项目—牛奶生产，为了获取最大利润，牧场管理者必须随时根据生产系统内外影响因素所反馈的信息做出正确的判断和科学的决策。经调查研究发现奶牛唯一身份识别、个体奶牛活动量、个体奶牛产奶量和个体奶牛所产牛奶的电导率等内容是奶农最关心的。本课题试图根据奶农的切实需求，依托于物联网技术为牧场提供一个准确可靠的数字化养牛系统。
　　本研究的目的是制定切实可行的方案，实现奶牛唯一身份识别、个体奶牛活动量检测、牛奶电导率检测和个体奶牛产奶量检测，并设计出实验原型。笔者的主要工作有:
　　1、设计可靠防雷的通信部分，以适应牧场中的复杂环境。设计比较完善的通信协议，方便挂接在RS485总线上的设备之间进行交互。这套通信协议是根据本研究中的实际需求制定的。
　　2、实现计步器与读卡器之间的低功耗通信。为了能使计步器连续工作六年，活动量计步器与读卡器之间的通信需要实现低功耗。而通信部分低功耗的主要任务是实现计步器在没有通信发生时静态功耗极低。在读卡器需要采集活动量数据时，还需要能够激发计步器通信部分电路工作。
　　3、实现红外牛奶流量计计量模型的创建，并且验证其正确性。这样的计量模型还鲜有研究，本文的成果可以为他人进行类似研究提供参考。研制硬件检测电路并设计程序。红外牛奶流量计达到了90％以上的精度，并且可以可靠运行。
　　4、实现牛奶电导率的实时检测，精度和可靠性均需要满足要求。
　　5、研制精确到小时的活动量计步器。要求活动量计步器功耗极低，可以连续工作六年。活动量计步器的低功耗设计可以为他人设计低功耗设备提供参考。活动量计步器是本研究到目前为止最为成熟的成果，已经初步达到了可以部署牧场的条件。已经进行了一定数量的实际实验。防水防潮设计已经达到了指标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外发展现状

1．3 国家政策引导

1．4 研究目标

1．5 创新点及研究难点

1．5．1 创新点

1．5．2 研究难点

1．6 论文结构

第二章 通信设计

2．1 引言

2．2 通信协议设计

2．2．1 帧定义

2．2．2 通信规则

2．3 红外流量计和电脑上位机之间的通信

2．3．1 硬件设计

2．3．2 通信数据帧定义

2．4 计步器和读卡器之间的通信

2．4．1 工作原理

2．4．2 CC1101射频部分

2．4．3 低频触发电路

2．5 读卡器和电脑上位机之间的通信

2．6 通信部分总结

第三章 红外牛奶流量计和电导率计设计

3．1 引言

3．2 挤奶器输出牛奶的研究

3．3 红外流量计的计量原理

3．4 红外流量计的检测管道设计

3．4．1 材料

3．4．2 管道的形状和尺寸

3．4．3 遮光处理

3．5 选择传感器并设计硬件电路

3．5．1 传感器与红外发光管的选择及其驱动电路设计

3．5．2 单片机的选择

3．5．3 温度对元器件的影响与线路板的温度控制

3．5．4 电源电路

3．5．5 电路的抗干扰设计

3．6 红外流量计程序设计

3．6．1 温度控制

3．6．2 流量计计量控制

3．7 红外流量计实验结果与分析

3．8 电导率

3．8．1 电导率与电阻率

3．8．2 检测方法

3．8．3 校正

第四章 活动量计步器设计

4．1 引言

4．2 活动量计步器设计

4．3 计步器低功耗设计

4．3．1 单片机低功耗模式选择

4．3．2 程序设计

4．3．3 功耗分析

4．4 读卡器设计

4．5 防水防潮设计

4．6 活动量计步器实验结果与分析

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 未来改进的方向

参考文献

致谢