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基于ZigBee的奶牛个体识别与定位系统设计

作　者: 周文罕
导　师: 汪小旵
学　校: 南京农业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: ZigBee CSMA/CA 定位 RSSI 偏度-峰度检验法
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要


我国现已经成为世界上的奶牛饲养大国,随着单个奶牛场养殖规模越来越大,对奶牛的现代化管理和精确饲养就显得越来越重要。由于近年来计算机和电子技术的发展,可以实现对奶牛个体进行识别,而将无线识别和个体定位结合起来对奶牛养殖过程进行监控尚未见报导。本文提出了基于ZigBee的奶牛个体信息识别及定位系统,设计了一套监控软件来采集和校正数据。通过安装在奶牛身上的带有64位的永久地址的定位节点,可以完成奶牛个体识别；并通过基于RSSI的无线网络定位技术完成对奶牛的精确定位。经过大量试验并应用偏度-峰度检验法和数据拟合技术,使定位精度提高了1m以上。本文的研究内容和相关结论如下：(1)系统采用CC2430单片机作为参考节点和协调器,采用带有定位引擎功能的CC2431作为定位节点,为定位系统搭建了一个可靠的硬件平台。(2)以ZigBee协议栈为基础,开发了协调器、参考节点、定位节点通信程序。为了实现可视化定位效果,分析了上位机功能需求,在Vi sualC++6.0环境下,开发了基于串口通信的上位机监控软件。(3)总结了个体识别中的防信息冲突方法,在opnet软件下,对CSMA/CA算法进了仿真试验研究,分析了CSMA/CA算法的性能,并得到在节点数为20,包长度为100字节时,信息防冲突算法CSMA/CA性能达到最佳。(4)系统实现后,进行了大量的实验。提出了运用偏度-峰度检验法来剔除异常值的方法,并运用数据拟合的方法对试验数据进行校正,使定位精度提高了1m以上。(5)对定位算法进行了研究,总结了现在较实用的定位算法,并通过试验分析了基于RSSI/LQI的定位算法,应用数据拟合技术分别建立了RSSI-d, LQI-d的拟合公式,提出了运用LQI来校正RSSI的定位算法。

全文目录


摘要  7-8ABSTRACT  8-10第一章 绪论  10-14  1.1 引言  10  1.2 国内外研究状况  10-13    1.2.1 国外研究现状  10-12    1.2.2 国内研究现状  12-13  1.3 本文主要研究目的与内容  13-14    1.3.1 研究目的  13    1.3.2 研究内容  13-14第二章 ZigBee技术  14-21  2.1 ZigBee概述  14-17    2.1.1 ZigBee技术特点  14-15    2.1.2 ZigBee技术与其他无线通讯技术的比较  15-17    2.1.3 ZigBee技术应用  17  2.2 ZigBee协议栈  17-18  2.3 ZigBee网络构成  18-20    2.3.1 ZigBee网络设备类型  18-19    2.3.2 ZigBee网络拓扑结构  19-20  2.4 本章小结  20-21第三章 基于ZigBee网络的定位系统软硬件设计  21-36  3.1 定位系统硬件设计  22-28    3.1.1 无线通信芯片CC2430/CC2431  22-24    3.1.2 CC2431定位引擎  24-26    3.1.3 RS-232串口通信接口电路  26-27    3.1.4 USB转串口电路  27-28  3.2 定位系统节点软件设计  28-32    3.2.1 协调器软件设计  30-31    3.2.2 参考节点软件设计  31-32    3.2.3 定位节点软件设计  32  3.3 上位机软件设计  32-35    3.3.1 上位机软件操作过程  32-34    3.3.2 基于串口通信的软件实现方法  34-35  3.4 本章小结  35-36第四章 奶牛个体识别中的信息防冲突算法仿真试验研究  36-48  4.1 载波监听多路访问/冲突检测  36-38  4.2 CSMA/CA仿真过程  38-43    4.2.1 OPNET网络仿真软件  39    4.2.2 CSMA/CA仿真场景  39-40    4.2.3 节点模型  40-41    4.2.4 进程模型  41-43  4.3 CSMA/CA性能仿真分析  43-47    4.3.1 仿真参数  43-44    4.3.2 仿真环境设置  44    4.3.3 仿真结果及分析  44-47      4.3.3.1 节点数的影响  44-46      4.3.3.2 包长度的影响  46-47  4.4 本章小结  47-48第五章 定位系统试验研究  48-65  5.1 试验条件与环境  48-50    5.1.1 试验条件  48-49    5.1.2 试验环境  49-50  5.2 试验结果与分析  50-56    5.2.1 试验数据  50-51    5.2.2 偏度-峰度检验法  51-54    5.2.3 数据拟合  54-55    5.2.4 结果分析  55-56  5.3 RSSI定位算法  56-64    5.3.1 三边测量法  56-58    5.3.2 基于RSSI定位算法的试验研究  58-64      5.3.2.1 RSSI理论模型  58-62      5.3.2.2 基于LQI的定位算法  62-63      5.3.2.3 基于LQI校正RSSI的定位算法  63-64  5.4 本章小结  64-65第六章 结论与展望  65-67  6.1 本文主要完成的工作及成果  65  6.2 今后研究展望  65-67参考文献  67-70附录  70-76致谢  76-78攻读研究生期间发表的论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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