CN103313280A - 一种用于奶牛定位的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于奶牛定位的装置和方法，属奶牛自动定位技术领域，包括PC、协调器、路由器和终端设备，终端设备使用时通过挂绳将其套在奶牛的脖子上，其中协调器由串口线与PC连接，协调器、路由器和终端设备之间均通过无线通信连接，由PC、协调器、路由器和终端设备构建成树形拓扑结构的无线传输网络，该网络能对奶牛进行数据传输定位。本发明的积极效果在于，可以及时了解某个奶牛的位置，智能化程度高，节省人力，便于奶牛饲养管理，提高了工作效率。

Description

一种用于奶牛定位的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种辅助饲养奶牛的系统设备，尤其是一种可及时了解某个奶牛的位置、便于对奶牛的饲养管理、提高工作效率的一种用于奶牛定位的装置和方法。

背景技术

目前，在大型的奶牛场中，查找某一奶牛或者统计所有奶牛数量时，一般靠人力来实现，工作量大，一个人很难完成，如果再出现紧急情况，还会产生更严重的后果。此外，由于奶牛场面积比较大，低功率的设备传输距离受限，如果采用芯片CC2430和CC2431用来传输数据，会导致计算结果不准确或传输中断等后果。刘新明，张长利，李建泽的基于Zigbee技术的奶牛定位系统研究.中国高新技术企业,2009（19）即属于此列。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于奶牛定位的装置和方法，可以及时了解某个奶牛的位置，便于对奶牛的饲养管理，提高工作效率。

本发明技术方案如下：

一种用于奶牛定位的装置，包括PC、协调器、路由器和终端设备，其特征在于终端设备包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；路由器包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；协调器包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；协调器由串口线与PC连接，协调器、路由器和终端设备之间均通过无线通信连接，由PC、协调器、路由器和终端设备构建成树形拓扑结构、能进行数据传输的无线传输网络，其中协调器处于树形拓扑结构的第一层，路由器处于第二层，终端设备处于第三层，协调器和路由器周期性的发送广播数据，从而网络中的每个节点均能接收到；终端设备用外壳封装，终端设备连同外壳被固定在挂绳上的侧边，挂绳的下端固定配重，终端设备使用时将挂绳套在奶牛的脖子上。

所述的协调器、路由器和终端设备中的无线传输模块为A7108射频芯片。

所述的协调器、路由器和终端设备中的直流电源是3.3V直流电源。

所述的协调器、路由器和终端设备中天线为弹簧天线。

一种使用上述装置进行工作的方法，步骤如下：

将多个路由器分布在奶牛场的不同点处固定，记录其位置，将固定有终端设备的挂绳套在奶牛的脖子上，打开协调器电源通电，建立网络，依次打开路由器和终端设备的电源，加入网络；协调器把接收到的数据传送到PC中，由PC机软件最终查看到奶牛的位置；

其中协调器的工作方法，步骤如下：

①开始；

②建立网络；

③协调器收到路由器绑定数据、路由器坐标和ID号，进行PC机显示处理；

④协调器检查是否收到终端设备发送的数据，若收到能进行PC机显示处理，否则重复步

骤④；

路由器的工作方法，步骤如下：

1）开始；

2）路由器若成功加入网络则进行步骤3），否则，重复步骤2）；

3）路由器向协调器发送自身的坐标和ID号；

4）路由器发送广播数据，数据中含有自身的坐标和ID号；

5）路由器进入睡眠状态1秒，单片机发送唤醒信号唤醒路由器；

6）路由器唤醒后返回步骤3）；

终端设备的工作方法，步骤如下：

a.开始；

b.终端设备若成功加入网络则进行步骤c，若不成功，重复步骤b；

c.终端设备若收到至少三个不同路由器的广播数据则进行步骤d，若收到的数据来源少于三个，则重复步骤c；

d.终端设备分别多次取出这些路由器的RSSI值，算出各自的RSSI平均值，并按大小排列；

e.终端设备选出RSSI平均值最大的三个路由器作为用于定位计算的参考节点；

f.终端设备利用公式|RSSI|＝Alog₁₀d+B算出终端节点与这三个路由器的距离；其中：

|RSSI|表示为RSSI的绝对值，由于RSSI通常是个负值，为了便于计算，所以在此公式中取其绝对值；A表示一个经验值，预先测定；d表示终端节点与路由器之间的距离；B表示信号接收点距离发射点1米时的信号衰减值；

g.终端设备运用三边测量法算出终端设备的坐标；

h.终端设备将自身的ID号和坐标信息发送给协调器；

i.终端设备进入睡眠状态2秒后，单片机发送唤醒信号唤醒终端设备；

j.终端设备唤醒后返回步骤c。

上述的RSSI值是接收信号的强度指示值，可通过读取终端设备的射频芯片A7108中相关寄存器得到。

本发明PC机软件中设置有奶牛场的x轴和y轴坐标显示功能，并且设置有可以显示路由器和终端设备的ID号。

本发明采用的核心芯片A7108属于笙科电子第四代高效能芯片，它是低功耗的解决方案，另外也提供先进的无线功能，例如可程序化功率放大器，其最大功率可到19dBm，与低噪声高灵敏度的接收器(-115dBm10Kbps，-111dBm50Kbps，433MHz band)。综合以上的功能，A7108不需外加LNA与PA就可适用于长距离应用，从而降低了成本。

由于协调器、路由器和终端设备自身具备通信能力，通常通信控制芯片都有测量RSSI值的功能，所以利用这种技术来测距可大大地降低功率和成本。两个节点的距离与相应的RSSI数值有一定的关系，RSSI随距离的增大而减小，通过读取相应寄存器得到RSSI值，最终算出两个节点的距离。一般情况下，奶牛行走是缓慢的，因此为了增强结果的准确性，多次读取RSSI值，取其平均值，然后计算出距离，最后经过现有的定位算法，比如三边测量法，计算出待测节点即奶牛的位置。

本发明的积极进步效果在于，可以及时了解某个奶牛的位置，智能化程度高，节省人力，便于奶牛饲养管理，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

其中：1、直流电源，2、单片机，3、无线传输模块，4、天线，5、终端设备，6、直流电源，7、单片机，8、无线传输模块，9、天线，10、路由器，11、直流电源，12、单片机，13、无线传输模块，14、天线，15、协调器，16、串口线，17、PC。

图2是本发明装置中终端设备固定在奶牛身上位置的示意图；

其中：18、奶牛，19、挂绳，20、配重，5、终端设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本发明实施例1如图1、图2所示，一种用于奶牛定位的装置，包括PC17、协调器15、路由器10和终端设备5，其特征在于终端设备5包括单片机2、无线传输模块3、天线4和直流电源1，其中直流电源1分别和无线传输模块3及单片机2相连接，单片机2连接到无线传输模块3，无线传输模块3与天线4相连接；路由器10包括单片机7、无线传输模块8、天线9和直流电源6，其中直流电源6分别和无线传输模块8及单片机7相连接，单片机7连接到无线传输模块8，无线传输模块8与天线9相连接；协调器15包括单片机12、无线传输模块13、天线14和直流电源11，其中直流电源11分别和无线传输模块13及单片机12相连接，单片机12连接到无线传输模块13，无线传输模块13与天线14相连接；协调器15由串口线与PC17连接，协调器15、路由器10和终端设备5之间均通过无线通信连接，由PC17、协调器15、路由器10和终端设备5构建成树形拓扑结构、能进行数据传输的无线传输网络，其中协调器15处于树形拓扑结构的第一层，路由器10处于第二层，终端设备5处于第三层，协调器15和路由器10周期性的发送广播数据，从而网络中的每个节点均能接收到；终端设备5用外壳封装，终端设备5连同外壳被固定在挂绳19上的侧边，挂绳19的下端固定配重20，终端设备5使用时将挂绳19套在奶牛18的脖子上。

所述的协调器15、路由器10和终端设备5中的无线传输模块为A7108射频芯片。

所述的协调器15、路由器10和终端设备5中的直流电源是3.3V直流电源。

所述的协调器15、路由器10和终端设备5中天线为弹簧天线。

实施例2：

一种使用上述装置进行工作的方法，步骤如下：

将多个路由器分布在奶牛场的不同点处固定，记录其位置，将固定有终端设备的挂绳套在奶牛的脖子上，打开协调器电源通电，建立网络，依次打开路由器和终端设备的电源，加入网络；协调器把接收到的数据传送到PC中，由PC机软件最终查看到奶牛的位置；

其中协调器的工作方法，步骤如下：

①开始；

②建立网络；

③协调器收到路由器绑定数据、路由器坐标和ID号，进行PC机显示处理；

④协调器检查是否收到终端设备发送的数据，若收到能进行PC机显示处理，否则重复步骤④；

路由器的工作方法，步骤如下：

1)开始；

2)路由器若成功加入网络则进行步骤3），否则，重复步骤2）；

3)路由器向协调器发送自身的坐标和ID号；

4)路由器发送广播数据，数据中含有自身的坐标和ID号；

5)路由器进入睡眠状态1秒，单片机发送唤醒信号唤醒路由器；

6)路由器唤醒后返回步骤3）；

终端设备的工作方法，步骤如下：

a.开始；

b.终端设备若成功加入网络则进行步骤c，若不成功，重复步骤b；

c.终端设备若收到至少三个不同路由器的广播数据则进行步骤d，若收到的数据来源少于三个，则重复步骤c；

d.终端设备分别多次取出这些路由器的RSSI值，算出各自的RSSI平均值，并按大小排列；

e.终端设备选出RSSI平均值最大的三个路由器作为用于定位计算的参考节点；

f.终端设备利用公式|RSSI|＝Alog₁₀d+B算出终端节点与这三个路由器的距离；其中：

|RSSI|表示为RSSI的绝对值，由于RSSI通常是个负值，为了便于计算，所以在此公式中取其绝对值；A表示一个经验值，预先测定；d表示终端节点与路由器之间的距离；B表示信号接收点距离发射点1米时的信号衰减值；

g.终端设备运用三边测量法算出终端设备的坐标；

h.终端设备将自身的ID号和坐标信息发送给协调器；

i.终端设备进入睡眠状态2秒后，单片机发送唤醒信号唤醒终端设备；

j.终端设备唤醒后返回步骤c。

Claims (5)

1.一种用于奶牛定位的装置，包括PC、协调器、路由器和终端设备，其特征在于终端设备包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；路由器包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；协调器包括单片机、无线传输模块、天线和直流电源，其中直流电源分别和无线传输模块及单片机相连接，单片机连接到无线传输模块，无线传输模块与天线相连接；协调器由串口线与PC连接，协调器、路由器和终端设备之间均通过无线通信连接，由PC、协调器、路由器和终端设备构建成树形拓扑结构、能进行数据传输的无线传输网络，其中协调器处于树形拓扑结构的第一层，路由器处于第二层，终端设备处于第三层，协调器和路由器周期性的发送广播数据，从而网络中的每个节点均能接收到；终端设备用外壳封装，终端设备连同外壳被固定在挂绳上的侧边，挂绳的下端固定配重，终端设备使用时将挂绳套在奶牛的脖子上。

2.如权利要求1所述的一种用于奶牛定位的装置，其特征在于所述的协调器、路由器和终端设备中的无线传输模块为A7108射频芯片。

3.如权利要求1所述的一种用于奶牛定位的装置，其特征在于所述的协调器、路由器和终端设备中的直流电源是3.3V直流电源。

4.如权利要求1所述的一种用于奶牛定位的装置，其特征在于所述的协调器、路由器和终端设备中的天线为弹簧天线。

5.如权利要求1所述一种用于奶牛定位的装置的工作方法，步骤如下：

将多个路由器分布在奶牛场的不同点处固定，记录其位置，将固定有终端设备的挂绳套在奶牛的脖子上，打开协调器电源通电，建立网络，依次打开路由器和终端设备的电源，加入网络；协调器把接收到的数据传送到PC中，由PC机软件最终查看到奶牛的位置；

其中协调器的工作方法，步骤如下：

①开始；

②建立网络；

③协调器收到路由器绑定数据、路由器坐标和ID号，进行PC机显示处理；

④协调器检查是否收到终端设备发送的数据，若收到能进行PC机显示处理，否则重复步骤④；

路由器的工作方法，步骤如下：

1)开始；

2)路由器若成功加入网络则进行步骤3），否则，重复步骤2）；

3)路由器向协调器发送自身的坐标和ID号；

4)路由器发送广播数据，数据中含有自身的坐标和ID号；

5)路由器进入睡眠状态1秒，单片机发送唤醒信号唤醒路由器；

6)路由器唤醒后返回步骤3）；

终端设备的工作方法，步骤如下：

a.开始；

b.终端设备若成功加入网络则进行步骤c，若不成功，重复步骤b；

c.终端设备若收到至少三个不同路由器的广播数据则进行步骤d，若收到的数据来源少于三个，则重复步骤c；

d.终端设备分别多次取出这些路由器的RSSI值，算出各自的RSSI平均值，并按大小排列；

e.终端设备选出RSSI平均值最大的三个路由器作为用于定位计算的参考节点；

f.终端设备利用公式|RSSI|＝Alog₁₀d+B算出终端节点与这三个路由器的距离；其中：

|RSSI|表示为RSSI的绝对值，由于RSSI通常是个负值，为了便于计算，所以在此公式中取其绝对值；A表示一个经验值，预先测定；d表示终端节点与路由器之间的距离；B表示信号接收点距离发射点1米时的信号衰减值；

g.终端设备运用三边测量法算出终端设备的坐标；

h.终端设备将自身的ID号和坐标信息发送给协调器；

i.终端设备进入睡眠状态2秒后，单片机发送唤醒信号唤醒终端设备；

j.终端设备唤醒后返回步骤c。

Images