基于RFID和ARM嵌入式技术的猪行为自动监测系统设计

论文摘要

信息技术的快速发展正深刻的改变传统的农业生产模式,精确农业已成为提高农业效益和实现农业可持续发展的热门研究领域。嵌入式技术是当今最流行的前沿技术之一。随着嵌入式技术的发展,嵌入式技术越来越广泛地运用于传统的农业生产过程,这对促进我国精确农业发展具有重要意义。本文在总结国内外相关研究的基础上,针对传统养殖业依靠人工观察中费时费力、准确率不高的缺点,利用RFID、GPRS和嵌入式技术对规模养猪场群养猪中的每头猪的采食次数、采食量、生长量等数据进行采集和分析,提出了一种生猪日常行为自动监测的新方法。本文设计的基于RFID、GPRS和ARM嵌入式生猪行为自动监测系统,是以S3C2410 ARM9为主控芯片,并根据实际需要扩展了LCD接口、串口等外围接口,连接了RFID模块、GPRS等模块,构建系统的硬件平台。在此硬件平台上移植Linux操作系统,编写相关的驱动、上层应用软件,采用MiniGUI实现嵌入式人机界面。该系统安装在猪舍进食区,对生猪的进食行为进行全天候监测并采集和存储生猪的采食等行为的数据。根据采集的数据统计出各猪一天的总进食量,当某猪总进食量少于系统设定的阈值时,该猪被确定为疑似病猪,报警数据通过GPRS网络传送至监测中心,其个体身份信息将发送到指定手机。工作人员也可以在现场通过嵌入式设备的LCD显示屏查看系统采集到的数据。利用本系统,可尽早发现生猪进食行为异常,有利于发现病猪或疑似病猪,减少养殖企业的经济损失。同时,通过对采集的数据进行分析可知道生猪的生长情况,尽可能地提高饲料利用率。试验结果表明,该系统能有效实现病猪的自动检测,获取生猪的生长数据,系统的实时性和监测效果均达到了预期的目标。本文所设做的研究工作为智能化精确养殖提供良好的技术支持,所设计的系统有着广阔的应用前景,对提高我国养殖业的自动化与智能化水平进行了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生猪行为自动监测系统的研究背景
• 1.2 国内外精细养殖研究发展现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究内容
• 第二章 自动监测系统总体设计
• 2.1 嵌入式系统简介
• 2.1.1 常见的嵌入式处理器
• 2.1.2 常见的嵌入式操作系统
• 2.2 系统方案设计
• 2.3 自动监测系统硬件概述
• 2.3.1 基于ARM的嵌入式开发平台
• 2.3.2 硬件平台架构
• 2.3.3 自动监测系统主要外设模块
• 2.3.3.1 USB摄像头模块
• 2.3.3.2 GPRS无线模块
• 2.3.3.3 RFID模块
• 2.3.3.4 称重模块
• 2.3.3.5 LCD模块
• 2.4 系统软件概述
• 第三章 自动监测系统开发环境的构建
• 3.1 交叉开发环境的建立
• 3.2 Bootloader的实现
• 3.2.1 Bootloader概述以及具体功能要求
• 3.2.2 VIVI的实现
• 3.3 Linux内核移植和编译
• 3.3.1 Linux内核移植
• 3.3.2 Linux内核编译
• 3.4 构建根文件系统
• 第四章 自动监测系统驱动程序开发
• 4.1 设备驱动程序简介
• 4.1.1 Linux设备的分类
• 4.1.2 Linux设备驱动程序的接口函数
• 4.1.3 Linux下设备驱动的加载方式
• 4.2 A/D驱动程序和触摸屏驱动程序的实现
• 4.2.1 A/D和触摸屏接口电路原理图
• 4.2.1.1 A/D接口电路原理图
• 4.2.1.2 触摸屏接口电路原理图
• 4.2.2 A/D和触摸屏驱动程序
• 4.2.2.1 触摸屏模块驱动工作流程分析及免冲突代码改进
• 4.2.2.2 A/D模块驱动工作流程分析及代码改进
• 第五章 自动监测系统数据采集和报警策略的实现
• 5.1 自动监测系统图像采集模块设计
• 5.1.1 USB摄像头驱动程序加载
• 5.1.2 基于V4L的图像采集程序开发
• 5.2 生猪身份信息的采集
• 5.2.1 RFID技术简介
• 5.2.2 RFID系统组成
• 5.2.3 RFID模块数据采集的实现
• 5.2.3.1 RFID通讯协议结构
• 5.2.3.2 linux下的串口编程
• 5.2.3.3 自动监测系统RFID模块通讯的实现
• 5.3 获取重量信息
• 5.4 自动监测系统的报警策略
• 5.4.1 自动监测系统的监测端数据管理方法
• 5.4.2 自动监测系统报警策略
• 第六章 自动监测系统人机界面的实现
• 6.1 常见的嵌入式GUI介绍
• 6.1.1 Microwindows
• 6.1.2 Qt/Embedded
• 6.2 MiniGUI概述
• 6.2.1 MiniGUI介绍
• 6.2.2 MiniGUI的消息机制
• 6.2.3 MiniGUI的优势
• 6.3 自动监测系统界面的设计
• 6.4 在ARM-Linux环境下运行自动监测系统界面程序
• 第七章 试验结果分析与总结
• 7.1 试验结果分析与总结
• 7.1.1 试验软硬件平台
• 7.1.2 试验结果分析
• 7.1.3 论文工作总结
• 7.2 系统改进展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文