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　　【摘要】：本文提出了奶牛养殖企业无线传感器网络的多参数实时奶牛行为与养殖环境监测系统的实现方案。无线传感器安装在个体奶牛的颈部，获取奶牛的体温、呼吸频率、运动加速度等参数，同时在奶牛场安装监测养殖环境的传感器，采集温湿度、光照度、C02浓度等环境信息，监控养殖场环境；无线传感器网络以CC2530微处理芯片为核心，传感器采集到的数据经路由汇总至协调器，通过GPRS模块及时远传至监控中心，以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征，从而可以长时间监测奶牛场的环境状况和个体奶牛的健康状态；依据奶牛行为指标系统数据，分析个体奶牛的健康状况，从而制定相应的饲养措施和管理对策。
　　【关键词】：WSN;奶牛行为；养殖环境；ZigBee;
　　1引言
　　随着互联网技术的飞速发展，无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetworks)成为国内外关注的热点。近年来，无线传感器网络设备由于体积小方便安装，还有低功耗、低成本、监测范围广等特点，被广泛应用于现代农业的环境信息检测。中国奶牛业已进入快速发展时期，奶企越来越重视利用信息化手段管理企业。探讨如何利用互联网技术建立有效的监测机制，提早预防奶牛频频发生各种疾病，是奶企非常关注的问题。应用无线传感器网络
　　建立奶牛行为特征和环境信息的实时监测系统，有助于预防控制、发现和正确诊治奶牛疾病，及时准确发现问题奶牛，同时也保证了产奶量的稳定提高，促进奶业健康发展。
　　2奶牛行为分析
　　2.1奶牛正常和异常行为
　　奶牛按照遗传基因所决定的本能和后天学习所获得的记忆与经验，能分析各种感觉器官收集来的信息，作出不同的反应与行为应答。健康的奶牛时常低头站立、反应灵敏、神态自然。如果奶牛精神不振，表现为垂耳低头，眼睛半闭，行动迟缓，有时站立时鼻镜抵到其它物体，或以鼻触地，对事物的反应非常迟顿，这很有可能生病了，这就需要采取相应的疾病预防和治疗措施。
　　2.2奶牛行为评价指标
　　依据国家个体奶牛评价标准，依托河南省奶牛生产性能（DHI)测定中心的河南省奶牛综合管理平台，在示范基地河南省鼎元种牛育种有限公司建立个体奶牛行为健康评价体系，依据个体奶牛的各项评价指标，系统分析奶牛个体的行为健康状况，从而制定相应的管理对策，为今后河南省奶牛生产管理信息服务平台建设打好基础。
　　3无线传感器网络监测技术
　　在物联网的大环境下，奶牛养殖企业以信息化手段管理企业，是顺应信息化时代的要求。本研究是基于无线传感器网络，采用ZigBee技术、GPRS、视频监控等技术，实现远程奶牛行为与环境信息监测。
　　3.1无线传感器网络
　　无线传感器网络主要包含有节点、网关和软件。在无线传感器网络中，测量节点与传感器连接，路由器就是一种测量节点，它能延长无线传感器网络的传输距离，并能增加可靠性。数目巨大的传感器节点通过随机或固定布撒的方式，布置在给定的监测区域，每个节点收集监测目标区域的信息，采集到的数据通过多跳的方式传送到网关节点，称为汇聚节点（sink节点）。汇聚节点将收集到的数据直接或通过互联网和卫星上报给任务管理者。使用软件平台对数据进行采集、加工、分析和显示。无线传感器网络示意图如图1所示。
　　3.1ZigBee
　　本研究所采用的ZigBee技术是一种成本低、功耗低、速率低的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低、传输速率要求不高的各种电子设备之间进行数据传输，以及典型的周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用，可工作在2.14GHz(最高250kbit/s)、868MHz(最高20kbit/s)和915MHz(最高40kbit/s)3个频段上，它的传输距离在10m至75m的范围内。具有ZigBee功能的设备能非常容易的在一个小范围内组成临时专用网络，方便地建立一种标准的无线连接，取代有线电缆进行数据传输。
　　3.2传感器
　　传感器能将感受到被测量的信息，按一定规律转换成为电信号或输出其他所需形式的信息，以满足信息的传输、处理、存储等要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，它的特点包括：微型化.智能化、多功能化、网络化。传感器让物体有了生机，有了人类一样的触觉、味觉、嗅觉等感应器官。本项目使用生物传感器监测奶牛的运动加速度、体温、呼吸频率等参数；使用环境监测传感器采集温湿度、光照度、CO2浓度等环境信息，监控养殖场环境，确保奶牛个体的健康。
　　3.2B/S和移动终端
　　B/S(浏览器/服务器)是客户端由浏览器接收，服务器端由WEB服务器发放的系统架构。奶牛行为监测系统采用B/S架构模式，简化了系统开发的流程，管理者可以随时随地在系统平台监测奶牛行为和养殖环境信息，使用和维护非常方便快捷。
　　3.3GPRS
　　GPRS(GeneralPacketRadioService),是一项基于GSM系统高速数据处理的无线分组交换技术，以〃分组〃的形式传送资料到使用者，提供端到端与广域的无线IP连接。本研究通过GPRS网络实现了监测数据的远程网络监控。
　　3.4视频监控
　　在奶牛养殖牧场，实现对奶牛行为全过程视频监控，能够及时发现问题奶牛，在节约人力成本、提升安全管理水平方面起到明显作用。项目采纳了深圳福斯康姆智能科技有限公司的视频监控方案，在养殖场安装无线网络视像头，通过WIFI连接互联网，基于百度云平台实现了奶牛行为的视频管理监控。同时，视频监控实现了手机APP的在线浏览，管理者可以通过手机实现养殖场各种场景的实时视频监控。
　　4.无线传感器网络监测系统设计4.1系统结构
　　奶牛行为与养殖环境监测系统总体结构如图2所示。无线传感器网络节点收集奶牛个体和环境信息，通过单跳、多跳传送到簇头节点后，簇头节点依据有线网络将数据转发至Sink网关，Sink网关通过GPRS网络，再将数据传送到监测中心，监测中心对数据分析建模后，判定当前奶牛的健康状态，发生异常情况时，同时发送数据到监测中心和饲养员的移动终端上（笔记本、平板电脑、智能手机等）。
　　图2奶牛行为与养殖环境监测系统总体结构
　　4.2个体节点
　　奶牛的疾病和发情状况目前主要依据饲养员的经验，进行目测判断，人工观测方法，费时费力，判断精确度不高，容易误判。为了能自动准确地判断奶牛健康状况，传感器个体节点安装在奶牛的颈部，传感器个体节点模块将采集到的初始数据进行处理，提炼出奶牛的呼吸频率、体温和运动步速信息，再通过发送模块将数据传送到监控中心进行处理。以此建立的动物行为监测系统能准确区分奶牛静止、慢走与爬跨等行为特征，长时间监测奶牛的健康状态。而且，这种监测系统易于推广到对其它动物的行为监测，具有行业示范效用。