基于卫星定位和电子地图的远程放牧系统

郑力铭

【摘 要】 设计了一种基于卫星定位和电子地图的远程放牧系统，这是一种结构简单，设计巧妙，能够进行远程监视、干预牧群动向，降低牧人劳动量的基于卫星定位和电子地图的远程放牧系统。本系统将无线通信技术应用于畜牧业领域，实现智能化放牧，不仅增加了牧羊人便利性，同时也减少了由于意外而造成的羊群陷险事件的发生，并且还减少了羊群对庄稼的损害。从而大大促进了畜牧业的发展。

【关键词】 卫星定位 远程放牧

引 言

目前，畜牧业一直采用传统的人工放牧，这种人工放牧的方式效率低，而且安全性差，极易发生各种事故。以羊群为例，羊群是一种很散乱的“组织”，平时在一起也是盲目地左冲右撞，但一旦有一只头羊动起来，其他的羊也会不假思索的一哄而上，所以有了“羊群效应”一说，所以一般有个200-400只羊的羊群，牧羊人只需训练出一只领头羊即可。由此，本系统在牧羊、牧马等放牧活动中领头牲畜的作用重大，通过对领头牲畜的地理位置进行远程监控不仅可以有效避免放牧活动中的悬崖、深坑等地形地貌对放牧牲畜危害的发生，还可以较少牧人的劳动强度与劳动时间，对现有的畜牧业来说具有重大意义。

随着北斗卫星的快速发展以及日益完善，使其被广泛的应用在交通运输、生产生活中的各个方面[1]。北斗卫星导航系统是中国自主研发的三维卫星定位与通信系统，是继美国GPS与俄罗斯GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。目前已經可以实现在中国以及周边地区提供全天候全天时定位、导航以及授时服务[2]。

1 主要工作过程：

首先需要进行放牧范围输入和危险地点标记，如图1。在牧群的（以羊为例）头羊脖子处连接牲畜佩戴模块，而牧人则在远端手持牧人佩戴模块进行远程放牧，如图2为系统工作原理图来实现牲畜定位并将定位数据传给牧人；

牲畜卫星定位模块实时地将头羊所处的地理位置信息通过主控模块发送给牲畜移动通信模块，并由牲畜移动通信模块通过无线网络发送给牧人佩戴模块的牧人移动通信模块中，牧人主控模块将牧人移动通信模块传来的信号处理后，通过触摸电子屏模块进行实时的画面显示，这样牧人就可以随时掌握羊群当前所处位置，一旦头羊向着电子屏幕上显示的危险地带活动系统就会自动警报，这时牧人就可以通过牧人麦克风向牲畜佩戴模块发送语音信息，牲畜佩戴模块上的牲畜扬声器将牧人的指令发送出来，头羊听到主人的吆喝声后会习惯性的留在安全区域内，以达到远程高效安全放牧的目的。

3 系统总体结构设计：

本系统由牲畜佩戴模块和牧人佩戴模块两部分组成如图3，其中牲畜佩戴模块包括牲畜主控模块，牲畜主控模块与牲畜卫星定位模块、牲畜移动通信模块相连，同时牲畜主控模块还与牲畜麦克风和牲畜扬声器相连。牧人佩戴模块则包括牧人主控模块、牧人主控模块与触摸电子屏模块和牧人移动通信模块相连，同时牧人主控模块还与牧人麦克风和牧人扬声器相连，上述的牲畜移动通信模块与牧人移动通信模块通过无线网络相连。

3.1主控模块电路

本远程放牧系统由STM32为主控单元，自身具有功耗低，成本低，集成度高，处理速度快，性能强大等特点[3]。设计一款具有获取、提取、转化定位信息，语音信息，以及实现电子屏显示等功能的系统。

3.2硬件设计需求概述

本系统依靠意法半导体公司开发的STM32为内核，依赖于它低成本、低功耗、高性能的特点，特别适合本系统的低功耗，集成高的手持系统设计要求。

3.3卫星定位模块

采用的主要芯片UM220-III NL，功耗低仅有120mW并且是双规定位，尺寸小仅为16.0*12.2*2.4mm，其采用的GNSS多系统融合及卡尔曼滤波等优化算法，在各种复杂环境下保持出色的捕获跟踪能力和可靠的连续定位结果，并将定位结果发送到主控模块，主控模块经过处理发送到终端设备。用于对牲畜佩戴设备进行实时定位地理位置。

3.4移动通信模块

移动通信模块采用STM32模块连接控制ATK-SIM900A模块，实现放牧预报警，以及牧人向牲畜发布放牧口令等功能。ATK-SIM900A支持从1200bps～115200bps大范围的通信速率以及工作电压为5-24V，电流45mA左右的超低功耗。实现自动语音通话功能，能将牲畜周围环境的声音传输给牧人，能接收牧人的放牧语音指令并播放给牲畜。

3.5触摸电子屏显示模块

本系统选用TFTLCD电容触摸屏模块，工作原理简单、价格低廉、设计电路简单。具备电子地图显示和操作功能，能完成牲畜地理位置标记和放牧监控参数设置。

4 结论

本文中的远程放牧系统，能够将牲畜的地理信息实时的发送给牧人，并用电子地图的方式显示在牧人佩戴模块上，同时本系统能够根据牧人预先设定的放牧参数，完成潜在的危害点的搜索和地图的标记，同时依据牧群的地理位置信息自动判定危险以及发出警报；同时本系统还能够在牲畜和牧人之间建立语音连接，牧人可以实施监听牲畜所处环境的声音，以判断牲畜的状态，此外语音连接还可以直接向牲畜发出放牧过程中的一系列口令，实现远程高效安全放牧。因此可以说它具备诸多优点，特别适合于在本领域中推广应用，其市场前景十分广阔。

【参考文献】

[1] 杜永兴，张志伟，李宝山，秦岭.基于BD/GPRS高续航能力的远程放牧监控系统.现代电子技术 2016，6.15.39（12）.

[2] 司端国，王海涛，张明哲，北斗导航系统的应用现状与发展建议[C]//第三届中国卫星导航学术年会电子文集.北京：中国研究院总体部，2012.

[3] 李宁. 基于MDK的STM32处理器开发应[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.