基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪的制作方法
基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，包括数据采集部分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数据的传输；上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。所述数据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。本发明对个体奶牛的采食量进行准确测定。该系统使用ZigBee网络进行数据的传输，可以实现对奶牛采食量的实时监测和记录。
【专利说明】基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种奶牛采食量记录仪，尤其涉及一种基于ZigBee的奶牛采食量自 动记录仪。
【背景技术】
[0002] 奶牛的采食量直接影响奶牛身体发育以及牛奶产量，持续地保持奶牛较高的采食 量，不仅能使奶牛获得全面、丰富的营养元素，正常地生长发育，还可以实现理想的产奶量。 准确地检测和计算奶牛的实时采食量，是科学制定奶牛营养方案的基础。目前，奶牛采食量 实时检测的主要问题是检测精度较低，主要是以群体奶牛为对象，并且有的检测方法还影 响奶牛的采食行为和采食量。若能对个体奶牛的采食量进行准确测定，将对整个畜牧业来 说具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是提供一种基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪。
[0004] 本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，基于ZigBee的奶牛采食量自动 记录仪，其特征在于：包括数据采集部分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数 据的传输；上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。
[0005] 进一步，所述数据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处 理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
[0006] 进一步，所述处理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的21管 脚接对地第一电容C1，19管脚接对地第二电容C2, 21管脚与19管脚之间并联第一晶振 Y1，第一晶振Y1的两端分别与第一电容C1、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯片 CC2430的42管脚接对地第三电容C3, 26管脚接对地第一电阻R1，22管脚接对地第二电阻 R2 ;第10管脚经依次连接的第十电阻R10、第十九电容C19接地；第十电阻R10与第十九电 容C19的公共端经第九电阻C9接第一电源，经第一按钮开关S1接地；第7、20、47、23、41管 脚接第一电源，第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8并联，第六电容C6的一端与第一电 源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接第二电源，第 十电容C10、第i^一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13并联，第十电容C10的一端 与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容C15,第43管脚接对地第十四 电容C14,第44、43管脚之间并联第二晶振Y2,第二晶振Y2的两端分别与第十四电容C14、 第十五电容C15的非接地端连接；第34、32管脚间并联第一电感L1 ;第34管脚与第一电感 L1的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传输线的另一端与第一电感L1的另一端连 接，第33管脚经第二电感L2与PCB微波传输线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共 端经依次连接的第三电感L3、第九电容C9与天线连接。
[0007] 进一步，所述饲料重量采集器包括传感器、信号放大部分和模数转换部分，所述传 感器用于采集饲料重量信息并转换为模拟信号，所核信号放大部分将模拟信号进行放大， 放大后的信号经模数转换部分输入到微处理芯片CC24330中。
[0008] 进一步，所述信号放大部分包括第一运放U2、第二运放U3、第三运放U4、第三电阻 R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第i^一电阻R11、第 十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一滑动变阻器RW3和第 二滑动变阻器RW4 ;所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第二运放的反向输入 端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接，第二运放的反向输 入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电阻与第三运放的反 向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端连接，第三运放的 反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经第十二电阻与第四 运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运放的输出端连接； 第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入端与第七电阻的公 共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑动变阻器 的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑动 变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第二运放的正向输入端 接传感器的输出信号。
[0009] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明对个体奶牛的采食量 进行准确测定。该系统使用ZigBee网络进行数据的传输，可以实现对奶牛采食量的实时监 测和记录。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 本发明的【专利附图】
【附图说明】如下。
[0011] 图1为本发明结构框图；
[0012] 图2为数据采集终端结构框图；
[0013] 图3为微处理器芯片及外围电路图；
[0014] 图4为信号放大部分电路图；
[0015] 图5为全桥测量电桥图；
[0016] 图6为为客户端开发流程图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 如图1所示，基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：包括数据采集部 分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数据的传输；上位机监控部分，用于收集 数据并显示在屏幕上。
[0019] 本发明的工作原理：在奶牛左边耳朵上打上耳标，设计只能容许一头奶牛进出的 采食区域，并在采食区域安装精确的计重仪器，每个耳标中都存储有奶牛的编号和相关信 息。当奶牛到达采食区域采食时，传感器将采集到奶牛耳标中的信息，并将奶牛采食开始和 结束时饲料的重量、开始和结束的时间等通过ZigBee网络发送给ZigBee基站，再由ZigBee 基站将数据由串口传送给PC机进行相应的数据处理和记录。
[0020] 如图2所示，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标 识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
[0021] CC2430芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。电路使用一个非 平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容和电感以 及一个PCB微波传输线组成。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。用1个32MHz 的石英谐振器和2个电容构成一个32MHz的晶振电路。用1个32. 768kHz的石英谐振器和 2个电容构成一个32. 768kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1. 8V电压的引脚和内部 电源供电。引出所有可用1/0,并提供RS232串行接口，用于系统的扩充和通信等功能。
[0022] 如图3所示，所述处理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的 21管脚接对地第一电容C1，19管脚接对地第二电容C2, 21管脚与19管脚之间并联第一晶 振Y1，第一晶振Y1的两端分别与第一电容C1、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯 片CC2430的42管脚接对地第三电容C3, 26管脚接对地第一电阻R1，22管脚接对地第二电 阻R2 ;第10管脚经依次连接的第十电阻R10、第十九电容C19接地；第十电阻R10与第十九 电容C19的公共端经第九电阻C9接第一电源，经第一按钮开关S1接地；第7、20、47、23、41 管脚接第一电源，第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8并联，第六电容C6的一端与第一 电源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接第二电源， 第十电容C10、第i^一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13并联，第十电容C10的一端 与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容C15,第43管脚接对地第十四 电容C14,第44、43管脚之间并联第二晶振Y2,第二晶振Y2的两端分别与第十四电容C14、 第十五电容C15的非接地端连接；第34、32管脚间并联第一电感L1 ;第34管脚与第一电感 L1的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传输线的另一端与第一电感L1的另一端连 接，第33管脚经第二电感L2与PCB微波传输线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共 端经依次连接的第三电感L3、第九电容C9与天线连接。
[0023] 电子耳标是指内置电子芯片和天线，可以施加于牲畜耳部，用于证明牲畜身份，承 载牲畜个体信息的标志物。它主要分主标和辅标两部分组成。识别距离为10CM-40CM，夕卜 边采用各种材料进行封装，具有抗冲击、防水、放腐蚀等性能。在综合进行对比和指标分析 后，本系统选用深圳市杰瑞特科技有限公司生产的SMC-N型电子耳标和其对应的电子耳标 识别器。
[0024] 饲料重量采集器是用来采集奶牛采食前后饲料重量的变化量，饲料重量的减少量 就是奶牛的采食量，所以为了准确得到奶牛的采食量，务必要保证体重采集器的精确性。
[0025] 饲料重量采集器由传感器、信号放大部分和模数转换部分构成。饲料重量采集器 电路实验桥式测量电路，它将应变电阻值的变换转换为电压或电流的变化，这就是传感器 输出的电信号。电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个 对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压U0。当四个桥臂电阻达到相应的关系时， 电桥输出为零，或者就有电压输出。如图5所示即为全桥测量电桥图。
[0026] 因为传感器输出的模拟信号很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数 的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，如图4所示即为信号放大部分电路 图。经放大电路放大后的信号即可送入A/D进行转换。
[0027] 如图4所示，所述信号放大部分包括第一运放U2、第二运放U3、第三运放U4、第 三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第i^一电阻 R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一滑动变阻器 RW3和第二滑动变阻器RW4 ;所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第二运放的 反向输入端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接，第二运放 的反向输入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电阻与第三 运放的反向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端连接，第 三运放的反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经第十二电 阻与第四运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运放的输出 端连接；第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入端与第七 电阻的公共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑 动变阻器的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、 第二滑动变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第二运放的正 向输入端接传感器的输出信号。
[0028] 在Zigbee基站中首先初始化CC2430,然后程序开始初始化协议找并打开中断。之 后程序开始格式化一个网络，如果网络格式化成功，可以通过串口看到格式化网络的一些 信息，之后程序开始进入应用层，有节点加入网络之后，节点发送过来的数值和信号就会被 显示在PC机上。本发明中将数据采集终端作为Zigbee节点。
[0029] 在Zigbee节点中程序同样首先初始化CC2430,然后打开传感器电源。之后初始化 协议栈，就开始发送加入网络信号，等待主机响应，并给自己分配网络地址.如果加入网络 成功，Zigbee节点指示灯就会点亮.如果加入失败则不亮。
[0030] 加入网络成功后，Zibee节点就可以向Zigbee基站发送数据了。此后程序开始循 环发送数据。Zibee节点每隔一段时间采集一次数据，然后把数据打包再发送到Zibee基 站，并开始接收应答。如果发送成功，Zibee节点回到空闲状态；如果发送不成功，Zibee节 点马上重新采集一次数据再发送给基站，直到发送成功。
[0031] 客户应用界面使用Visual C++语言来开发客户端应用软件，能够直观的在主窗口 显示奶牛的身份信息，采食时间和采食量。并对数据进行存储，以便随时进行具体的分析处 理。如图6为客户端开发流程图。
[0032] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：包括 数据采集部分，用于采集奶牛的采食量； 无线通信部分，用于数据的传输； 上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述数 据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块 连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
3. 根据权利要求2所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述处 理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的21管脚接对地第一电容（C1)， 19管脚接对地第二电容（C2)，21管脚与19管脚之间并联第一晶振（Y1)，第一晶振（Y1)的 两端分别与第一电容（C1)、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯片CC2430的42管脚 接对地第三电容（C3)，26管脚接对地第一电阻（Rl)，22管脚接对地第二电阻（R2);第10 管脚经依次连接的第十电阻（R10)、第十九电容（C19)接地；第十电阻（R10)与第十九电容 (C19)的公共端经第九电阻（C9)接第一电源，经第一按钮开关（S1)接地；第7、20、47、23、 41管脚接第一电源，第六电容（C6)、第七电容（C7)、第八电容（C8)并联，第六电容（C6)的 一端与第一电源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接 第二电源，第十电容（C10)、第i^一电容（C11)、第十二电容（C12)、第十三电容（C13)并联， 第十电容（C10)的一端与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容（C15)， 第43管脚接对地第十四电容（C14)，第44、43管脚之间并联第二晶振（Y2)，第二晶振（Y2) 的两端分别与第十四电容（C14)、第十五电容（C15)的非接地端连接；第34、32管脚间并联 第一电感（L1);第34管脚与第一电感（L1)的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传 输线的另一端与第一电感（L1)的另一端连接，第33管脚经第二电感（L2)与PCB微波传输 线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共端经依次连接的第三电感（L3)、第九电容（C9) 与天线连接。
4. 根据权利要求2所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述饲 料重量采集器包括传感器、信号放大部分和模数转换部分，所述传感器用于采集饲料重量 信息并转换为模拟信号，所核信号放大部分将模拟信号进行放大，放大后的信号经模数转 换部分输入到微处理芯片CC24330中。
5. 根据权利要求4所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述 信号放大部分包括第一运放（U2)、第二运放（U3)、第三运放（U4)、第三电阻（R3)、第四电阻 (R4)、第五电阻（R5)、第六电阻（R6)、第七电阻（R7)、第八电阻（R8)、第i^一电阻（R11)、 第十二电阻（R12)、第十三电阻（R13)、第十四电阻（R14)、第十五电阻（R15)、第一滑动变 阻器（RW3)和第二滑动变阻器（RW4);所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第 二运放的反向输入端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接， 第二运放的反向输入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电 阻与第三运放的反向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端 连接，第三运放的反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经 第十二电阻与第四运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运 放的输出端连接；第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入 端与第七电阻的公共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电 阻、第二滑动变阻器的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第 十五电阻、第二滑动变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第 二运放的正向输入端接传感器的输出信号。
【文档编号】H04L29/06GK104216316SQ201410399637
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】刘文博, 王涛 申请人:西北民族大学, 刘文博, 王涛
【专利摘要】本发明公开了一种基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，包括数据采集部分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数据的传输；上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。所述数据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。本发明对个体奶牛的采食量进行准确测定。该系统使用ZigBee网络进行数据的传输，可以实现对奶牛采食量的实时监测和记录。
【专利说明】基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种奶牛采食量记录仪，尤其涉及一种基于ZigBee的奶牛采食量自 动记录仪。
【背景技术】
[0002] 奶牛的采食量直接影响奶牛身体发育以及牛奶产量，持续地保持奶牛较高的采食 量，不仅能使奶牛获得全面、丰富的营养元素，正常地生长发育，还可以实现理想的产奶量。 准确地检测和计算奶牛的实时采食量，是科学制定奶牛营养方案的基础。目前，奶牛采食量 实时检测的主要问题是检测精度较低，主要是以群体奶牛为对象，并且有的检测方法还影 响奶牛的采食行为和采食量。若能对个体奶牛的采食量进行准确测定，将对整个畜牧业来 说具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是提供一种基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪。
[0004] 本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，基于ZigBee的奶牛采食量自动 记录仪，其特征在于：包括数据采集部分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数 据的传输；上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。
[0005] 进一步，所述数据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处 理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
[0006] 进一步，所述处理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的21管 脚接对地第一电容C1，19管脚接对地第二电容C2, 21管脚与19管脚之间并联第一晶振 Y1，第一晶振Y1的两端分别与第一电容C1、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯片 CC2430的42管脚接对地第三电容C3, 26管脚接对地第一电阻R1，22管脚接对地第二电阻 R2 ;第10管脚经依次连接的第十电阻R10、第十九电容C19接地；第十电阻R10与第十九电 容C19的公共端经第九电阻C9接第一电源，经第一按钮开关S1接地；第7、20、47、23、41管 脚接第一电源，第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8并联，第六电容C6的一端与第一电 源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接第二电源，第 十电容C10、第i^一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13并联，第十电容C10的一端 与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容C15,第43管脚接对地第十四 电容C14,第44、43管脚之间并联第二晶振Y2,第二晶振Y2的两端分别与第十四电容C14、 第十五电容C15的非接地端连接；第34、32管脚间并联第一电感L1 ;第34管脚与第一电感 L1的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传输线的另一端与第一电感L1的另一端连 接，第33管脚经第二电感L2与PCB微波传输线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共 端经依次连接的第三电感L3、第九电容C9与天线连接。
[0007] 进一步，所述饲料重量采集器包括传感器、信号放大部分和模数转换部分，所述传 感器用于采集饲料重量信息并转换为模拟信号，所核信号放大部分将模拟信号进行放大， 放大后的信号经模数转换部分输入到微处理芯片CC24330中。
[0008] 进一步，所述信号放大部分包括第一运放U2、第二运放U3、第三运放U4、第三电阻 R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第i^一电阻R11、第 十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一滑动变阻器RW3和第 二滑动变阻器RW4 ;所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第二运放的反向输入 端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接，第二运放的反向输 入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电阻与第三运放的反 向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端连接，第三运放的 反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经第十二电阻与第四 运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运放的输出端连接； 第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入端与第七电阻的公 共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑动变阻器 的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑动 变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第二运放的正向输入端 接传感器的输出信号。
[0009] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明对个体奶牛的采食量 进行准确测定。该系统使用ZigBee网络进行数据的传输，可以实现对奶牛采食量的实时监 测和记录。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 本发明的【专利附图】
【附图说明】如下。
[0011] 图1为本发明结构框图；
[0012] 图2为数据采集终端结构框图；
[0013] 图3为微处理器芯片及外围电路图；
[0014] 图4为信号放大部分电路图；
[0015] 图5为全桥测量电桥图；
[0016] 图6为为客户端开发流程图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0018] 如图1所示，基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：包括数据采集部 分，用于采集奶牛的采食量；无线通信部分，用于数据的传输；上位机监控部分，用于收集 数据并显示在屏幕上。
[0019] 本发明的工作原理：在奶牛左边耳朵上打上耳标，设计只能容许一头奶牛进出的 采食区域，并在采食区域安装精确的计重仪器，每个耳标中都存储有奶牛的编号和相关信 息。当奶牛到达采食区域采食时，传感器将采集到奶牛耳标中的信息，并将奶牛采食开始和 结束时饲料的重量、开始和结束的时间等通过ZigBee网络发送给ZigBee基站，再由ZigBee 基站将数据由串口传送给PC机进行相应的数据处理和记录。
[0020] 如图2所示，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块连接的奶牛耳标 识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
[0021] CC2430芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能。电路使用一个非 平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容和电感以 及一个PCB微波传输线组成。内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。用1个32MHz 的石英谐振器和2个电容构成一个32MHz的晶振电路。用1个32. 768kHz的石英谐振器和 2个电容构成一个32. 768kHz的晶振电路。电压调节器为所有要求1. 8V电压的引脚和内部 电源供电。引出所有可用1/0,并提供RS232串行接口，用于系统的扩充和通信等功能。
[0022] 如图3所示，所述处理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的 21管脚接对地第一电容C1，19管脚接对地第二电容C2, 21管脚与19管脚之间并联第一晶 振Y1，第一晶振Y1的两端分别与第一电容C1、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯 片CC2430的42管脚接对地第三电容C3, 26管脚接对地第一电阻R1，22管脚接对地第二电 阻R2 ;第10管脚经依次连接的第十电阻R10、第十九电容C19接地；第十电阻R10与第十九 电容C19的公共端经第九电阻C9接第一电源，经第一按钮开关S1接地；第7、20、47、23、41 管脚接第一电源，第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8并联，第六电容C6的一端与第一 电源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接第二电源， 第十电容C10、第i^一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13并联，第十电容C10的一端 与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容C15,第43管脚接对地第十四 电容C14,第44、43管脚之间并联第二晶振Y2,第二晶振Y2的两端分别与第十四电容C14、 第十五电容C15的非接地端连接；第34、32管脚间并联第一电感L1 ;第34管脚与第一电感 L1的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传输线的另一端与第一电感L1的另一端连 接，第33管脚经第二电感L2与PCB微波传输线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共 端经依次连接的第三电感L3、第九电容C9与天线连接。
[0023] 电子耳标是指内置电子芯片和天线，可以施加于牲畜耳部，用于证明牲畜身份，承 载牲畜个体信息的标志物。它主要分主标和辅标两部分组成。识别距离为10CM-40CM，夕卜 边采用各种材料进行封装，具有抗冲击、防水、放腐蚀等性能。在综合进行对比和指标分析 后，本系统选用深圳市杰瑞特科技有限公司生产的SMC-N型电子耳标和其对应的电子耳标 识别器。
[0024] 饲料重量采集器是用来采集奶牛采食前后饲料重量的变化量，饲料重量的减少量 就是奶牛的采食量，所以为了准确得到奶牛的采食量，务必要保证体重采集器的精确性。
[0025] 饲料重量采集器由传感器、信号放大部分和模数转换部分构成。饲料重量采集器 电路实验桥式测量电路，它将应变电阻值的变换转换为电压或电流的变化，这就是传感器 输出的电信号。电桥电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个 对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压U0。当四个桥臂电阻达到相应的关系时， 电桥输出为零，或者就有电压输出。如图5所示即为全桥测量电桥图。
[0026] 因为传感器输出的模拟信号很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数 的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，如图4所示即为信号放大部分电路 图。经放大电路放大后的信号即可送入A/D进行转换。
[0027] 如图4所示，所述信号放大部分包括第一运放U2、第二运放U3、第三运放U4、第 三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第i^一电阻 R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一滑动变阻器 RW3和第二滑动变阻器RW4 ;所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第二运放的 反向输入端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接，第二运放 的反向输入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电阻与第三 运放的反向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端连接，第 三运放的反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经第十二电 阻与第四运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运放的输出 端连接；第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入端与第七 电阻的公共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、第二滑 动变阻器的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电阻、 第二滑动变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第二运放的正 向输入端接传感器的输出信号。
[0028] 在Zigbee基站中首先初始化CC2430,然后程序开始初始化协议找并打开中断。之 后程序开始格式化一个网络，如果网络格式化成功，可以通过串口看到格式化网络的一些 信息，之后程序开始进入应用层，有节点加入网络之后，节点发送过来的数值和信号就会被 显示在PC机上。本发明中将数据采集终端作为Zigbee节点。
[0029] 在Zigbee节点中程序同样首先初始化CC2430,然后打开传感器电源。之后初始化 协议栈，就开始发送加入网络信号，等待主机响应，并给自己分配网络地址.如果加入网络 成功，Zigbee节点指示灯就会点亮.如果加入失败则不亮。
[0030] 加入网络成功后，Zibee节点就可以向Zigbee基站发送数据了。此后程序开始循 环发送数据。Zibee节点每隔一段时间采集一次数据，然后把数据打包再发送到Zibee基 站，并开始接收应答。如果发送成功，Zibee节点回到空闲状态；如果发送不成功，Zibee节 点马上重新采集一次数据再发送给基站，直到发送成功。
[0031] 客户应用界面使用Visual C++语言来开发客户端应用软件，能够直观的在主窗口 显示奶牛的身份信息，采食时间和采食量。并对数据进行存储，以便随时进行具体的分析处 理。如图6为客户端开发流程图。
[0032] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：包括 数据采集部分，用于采集奶牛的采食量； 无线通信部分，用于数据的传输； 上位机监控部分，用于收集数据并显示在屏幕上。
2. 根据权利要求1所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述数 据采集部分包括若干个数据采集终端，所述数据采集终端包括处理模块和分别与处理模块 连接的奶牛耳标识别器、饲料重量采集器、编程接口、天线、电源。
3. 根据权利要求2所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述处 理模块包括微处理芯片CC2430,所述微处理芯片CC24330的21管脚接对地第一电容（C1)， 19管脚接对地第二电容（C2)，21管脚与19管脚之间并联第一晶振（Y1)，第一晶振（Y1)的 两端分别与第一电容（C1)、第二电容（C2)的非接地端连接；微处理芯片CC2430的42管脚 接对地第三电容（C3)，26管脚接对地第一电阻（Rl)，22管脚接对地第二电阻（R2);第10 管脚经依次连接的第十电阻（R10)、第十九电容（C19)接地；第十电阻（R10)与第十九电容 (C19)的公共端经第九电阻（C9)接第一电源，经第一按钮开关（S1)接地；第7、20、47、23、 41管脚接第一电源，第六电容（C6)、第七电容（C7)、第八电容（C8)并联，第六电容（C6)的 一端与第一电源连接，另一端接地；第24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40管脚接 第二电源，第十电容（C10)、第i^一电容（C11)、第十二电容（C12)、第十三电容（C13)并联， 第十电容（C10)的一端与第二电源连接，另一端接地；第44管脚接对地第十五电容（C15)， 第43管脚接对地第十四电容（C14)，第44、43管脚之间并联第二晶振（Y2)，第二晶振（Y2) 的两端分别与第十四电容（C14)、第十五电容（C15)的非接地端连接；第34、32管脚间并联 第一电感（L1);第34管脚与第一电感（L1)的公共端连接一 PCB微波传输线，PCB微波传 输线的另一端与第一电感（L1)的另一端连接，第33管脚经第二电感（L2)与PCB微波传输 线连接，PCB微波传输线与第32管脚的公共端经依次连接的第三电感（L3)、第九电容（C9) 与天线连接。
4. 根据权利要求2所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述饲 料重量采集器包括传感器、信号放大部分和模数转换部分，所述传感器用于采集饲料重量 信息并转换为模拟信号，所核信号放大部分将模拟信号进行放大，放大后的信号经模数转 换部分输入到微处理芯片CC24330中。
5. 根据权利要求4所述的基于ZigBee的奶牛采食量自动记录仪，其特征在于：所述 信号放大部分包括第一运放（U2)、第二运放（U3)、第三运放（U4)、第三电阻（R3)、第四电阻 (R4)、第五电阻（R5)、第六电阻（R6)、第七电阻（R7)、第八电阻（R8)、第i^一电阻（R11)、 第十二电阻（R12)、第十三电阻（R13)、第十四电阻（R14)、第十五电阻（R15)、第一滑动变 阻器（RW3)和第二滑动变阻器（RW4);所述第一运放的反向输入端经第一滑动变阻器与第 二运放的反向输入端连接，第一运放的反向输入端经第三电阻与第一运放的输出端连接， 第二运放的反向输入端经第六电阻与第二运放的输出端连接，第一运放的输出端经第四电 阻与第三运放的反向输入端连接，第二运放的输出端经第七电阻与第三运放的正向输入端 连接，第三运放的反向输入端经第五电阻与第三运放的输出端连接，第三运放的输出端经 第十二电阻与第四运放的反向输入端连接，第四运放的反向输入端经第十三电阻与第四运 放的输出端连接；第四运放的输出端与模数转换部分的输入端连接；第三运放的正向输入 端与第七电阻的公共端接对地第八电阻；第四运放的正向输入端经依次连接的第十五电 阻、第二滑动变阻器的一部分、第十一电阻接电源；第四运放的正向输入端经依次连接的第 十五电阻、第二滑动变阻器的另一部分、第十四电阻接地；所述第一运放的正向输入端、第 二运放的正向输入端接传感器的输出信号。
【文档编号】H04L29/06GK104216316SQ201410399637
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】刘文博, 王涛 申请人:西北民族大学, 刘文博, 王涛
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