行業科技
作者：陳公興
【摘要】在一個較大的範圍內對集中養殖場中奶牛進行計步采集，並通過無線的方式，將采集到的數據按設定的時間發送給中心節點，再由中心節點的RS232／485的方麵將接收到的數據上傳給計算數據中心，以供分析處理。係統硬件設計包括計步信息采集電路，奶牛計步數據采集終端係統等硬件設計。
【關鍵詞】計步采集 中心節點 終端係統
1 背景概述
在奶牛養殖業中，通過及時發現奶牛發情，從而可以提高繁殖率，延長泌乳期增加產奶量，減少空懷日的天數等，對奶牛養殖業有著重要的經濟意義。北威爾士大學附屬學院的克萊夫、菲利普斯和安斯爾德博士通過的母牛發情期運動量偏差的研究發現：奶牛處於發情期時，有著明顯的外部外部行為表現，其運動量比平時會有顯著的提高。
但是單靠管理人員觀察做到及時發現奶牛發情是件非常困難的事情，尤其在夜間更是無法進行。本文的奶牛計步信息采集係統正是針對這一問題而提出，通過自動的檢測奶牛的行走步數，並能過無線方式將數據傳送到計算機以供分析處理，從而做到比較準確的檢測奶牛的發情狀況。
2 係統硬件設計
為了實現對養殖場內的每頭奶牛進行計步數據采集，並將采集到的數據傳送到計算機。需要在每頭奶牛身上裝上一個計步采集節點，該節點一方麵要進行計步數據采集，另一方麵，要將采集到的數據通過無線的方麵按設定的時間發送給中心節點，再由中心節點的RS232／485的方麵將接收到的數據上傳給計算數據中心，以供分析處理。
2.1計步信息采集電路。本文采用CLA－3微型全向振動傳感器。CLA－3微型振動傳感元件的內部，有一根金屬棒架在兩個電極中間，當無振動或傾斜時，傳感器的導通電阻穩定，當檢測到振動時碳棒發生振動，引起電極間導電電阻迅速增大產生一個幅度成振動成正比信號。對該信號進行一次比較放大後可得到一些狹窄的小脈衝。然後經過二極管，通過一個阻容電路進行充放電後再次進行比較放大，則可以得到一個比較標準的計步脈衝。經輸出緩衝後單片機可以直接對其進行數據采集，具體的電路圖如圖1所示。
在該電路中，計步的靈敏度和延時時間可以通過兩個可變電阻進行調節設置。此外，為了滿足低功耗的要求，可以采用超低功耗的運算放大器，如MAXIM公司的MAX406及LINERR及的LTl673，其放大電流可低至luA。通過硬件電路對信號進行處理，可以降低軟件算法處理的複雜度，同時也減少單片機在正常模式下的工作的時間，以從而最大限度的降低功耗。
2.2奶牛計步數據采集終端係統設計。數據采集終端由Ⅱ公司的MSP430F149單片機、Nordic公司的無線通信模nRF903、振動傳感器ND－2及一些必要的外圍電路組成。主要完成對牛奶養殖場裏牛奶遠動步數信息的采集、存儲、發送和接收主機發出的控製指令。
單片機MSP430和無線通信模塊nRF903的組合廣泛地被應用在各種低功耗、短距離和小數據量的場合中。這種組合方式在低功耗方便具有很大的優勢，同時控製簡單。單片機和無線模塊通過UART口進行數據傳輸，nRF903的發射和接收端口都是同一個DATA引腳，而單片機的UATR口分別由TXD和RXD兩線進行發射和接收，因此要采用一個電阻進行阻抗匹配和隔離，實現半雙工通信方式。