我國是生豬養(yǎng)殖大國,但不是生豬養(yǎng)殖強(qiáng)國,自動(dòng)化、智能化養(yǎng)殖技術(shù)是提高我國生豬養(yǎng)殖水平的發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù)之一。智能無線耳標(biāo)安裝在動(dòng)物耳朵上,通過傳感器采集生豬的生命體征數(shù)據(jù),并利用無線通信上傳到服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)了生豬重要養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集,是智能化養(yǎng)殖的關(guān)鍵技術(shù)之一,得到了人們的廣泛關(guān)注。然而,目前研究和使用的耳標(biāo)功能單一、無線通信能力弱、功耗大,無法滿足智能養(yǎng)殖的實(shí)際需求,迫切需要設(shè)計(jì)一種新的具有智能感知能力和遠(yuǎn)距離無線通信能力的低功耗智能耳標(biāo)。本文在分析現(xiàn)有心率傳感技術(shù)和遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新的無線耳標(biāo)傳感器,并對(duì)其硬件、主要算法和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行研究,具體研究如下。（1）在分析體溫傳感技術(shù)、心率傳感技術(shù)和遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種多參數(shù)體征無線傳感器,主要研究了多種傳感器,如體溫、心率血氧、運(yùn)動(dòng)等傳感器,主控芯片的集成與數(shù)據(jù)接口,LoRa通信模塊的數(shù)據(jù)通信,以及傳感器的低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)優(yōu)化后的電路進(jìn)行性能測(cè)試,休眠電流降至1μA左右。（2）采用時(shí)域與傅里葉頻域變換兩種方法,對(duì)比研究了心率的計(jì)算方法效率與精度,研究結(jié)果表明,頻域變換計(jì)算心率具有更高的計(jì)算精度... 

【文章來源】：湖南師范大學(xué)湖南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

我國智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模變化量面對(duì)規(guī)模如此大的市場(chǎng)需求，且在大力發(fā)展鄉(xiāng)村振興、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、數(shù)字化農(nóng)

基于LoRa通信的生豬智能耳標(biāo)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7第2章體征檢測(cè)與通信技術(shù)分析傳感器采集各種活動(dòng)數(shù)據(jù)，將接觸到的信息轉(zhuǎn)換成已知形式輸出。本章將對(duì)生豬智能耳標(biāo)所需傳感器的特點(diǎn)與傳感器采集方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，以及對(duì)比幾種低功耗無線通信技術(shù)，確定耳標(biāo)采集與接收使用LoRa無線通信技術(shù)，并對(duì)LoRa的協(xié)議特點(diǎn)進(jìn)行分析。2.1體征檢測(cè)技術(shù)研究2.1.1心率血氧檢測(cè)技術(shù)研究心率是生豬體征的重要參數(shù)之一，通常情況下豬的心率在70-100bpm（beatperminute，次/分鐘）。血氧即血氧飽和度（SpO2），即血液中血氧的濃度，換言之是氧合血紅蛋白（HbO2）和全部血紅蛋白（Hb）之間的比值[17]。HbO2與Hb的比例越高，血液運(yùn)輸能力就越強(qiáng)。本文采用測(cè)量心率血氧的傳感器為MAX30102，它可以監(jiān)測(cè)心率和血氧，具有光感應(yīng)以及數(shù)字濾波等部分，具體為：光電二極管；660nm和880nm的發(fā)光二極管；溫度傳感器等。圖2-1為MAX30102的功能結(jié)構(gòu)圖。圖2-1MAX30102功能結(jié)構(gòu)圖目前動(dòng)物心率測(cè)量方法還處于初級(jí)階段，以往提出的有兩種方法[18]，但都對(duì)動(dòng)物有一定的傷害，其中一種是在動(dòng)物表皮下植入設(shè)備，由該設(shè)備對(duì)外發(fā)送心率供養(yǎng)殖人員記錄。另外一種是將無菌的導(dǎo)管插入動(dòng)脈直接測(cè)量動(dòng)物心率，但此方法只能使用一次，動(dòng)物測(cè)量之后往往死亡，所以兩種方法都不方便在生豬心率監(jiān)測(cè)中應(yīng)用。

基于LoRa通信的生豬智能耳標(biāo)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9大小，點(diǎn)D的縱坐標(biāo)即為直流的大校根據(jù)此方法便計(jì)算出PPG序列中同一個(gè)周期的RED和IR的直流交流數(shù)值大小，由此可以得出吸光度的比值R的大小，根據(jù)上述推導(dǎo)的血氧飽和度的公式，可以得出血氧（SpO2）的具體數(shù)值[23]。圖2-2血氧計(jì)算方法2.1.2運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究在生豬生長(zhǎng)過程中，中小型養(yǎng)殖場(chǎng)的生豬豬舍空間比較小，裝入的生豬數(shù)量也是固定的，所以具體到每頭生豬上，它們的運(yùn)動(dòng)范圍只局限于每個(gè)小豬舍，規(guī)律是有跡可循的，所以豬的運(yùn)動(dòng)行為能夠作為判斷其是否健康的標(biāo)準(zhǔn)。目前，養(yǎng)殖人員主要靠生豬運(yùn)動(dòng)行為的大量觀察來判斷生豬的健康狀況，并沒有從運(yùn)動(dòng)量的角度研究生豬異常，既耗了時(shí)間又廢了力氣，也會(huì)容易漏掉或記錄錯(cuò)誤一些生豬的運(yùn)動(dòng)行為，這就意味著利用小型化設(shè)備采集生豬運(yùn)動(dòng)行為信息成為了可能。本文采用測(cè)量運(yùn)動(dòng)的傳感器為L(zhǎng)IS2DH，它可以測(cè)量三軸的加速度，低功耗模式下僅為2微安，輸出速率為1HZ-5.3KHZ，正負(fù)2g/4g/8g/16g量程。此傳感器有兩個(gè)可編程中斷，能在低功耗模式下檢測(cè)運(yùn)動(dòng)加速度以分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)中斷喚醒，此傳感器優(yōu)勢(shì)正可以利用在這種穿戴式智能耳標(biāo)設(shè)計(jì)中。圖2-3為L(zhǎng)IS2DH的功能結(jié)構(gòu)圖[24]。圖2-3LIS2DH功能結(jié)構(gòu)圖目前，在母豬頸部安裝運(yùn)動(dòng)傳感器來檢測(cè)生豬運(yùn)動(dòng)行為[25]，采集到圖像存在運(yùn)動(dòng)誤差，采用去除偽跡算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，得出最終所需豬的各種行為，如采食、走動(dòng)、側(cè)臥等。監(jiān)控生豬在一天中運(yùn)動(dòng)的所有活動(dòng)，利用算法對(duì)每一幅圖


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