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一头牛身上的“黑科技”,看LoRa 2.4G如何养出“牛坚强”

2017/08/02
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阅读需 19 分钟
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COT 协议栈(SX1280、LoRa 2.4G)在智慧养牛中的应用。

针对前二期的文章《有了这款产品,LoRa 2.4GHz 实现区域窄带物联网的逆袭不是问题?》和《COT LoRa 2.4GHz 能传输多远、定位多准,我们用实测数据说话》,大量读者提出若干问题,现归纳出 3 点进行回答:

1. 为什么要超低功耗,现有的 Zigbee 等技术不是已经超低功耗了吗?
答:在消费类及商业类产品中选用通用廉价电池是非常重要的,目前市场现有的 2.4G 通讯技术是使用纽扣电池通讯距离非常近只有十几米,穿墙后几乎无法通讯。如果使用纽扣电池需要将发射脉冲电流控制在 10-35 毫安内,工作电流控制在 2-5 毫安内,这样大量 CR 系列纽扣电池就可以使用,为外观设计、商品化销售、全球化物流提供了良好基础。而这样的发射电流保证在一栋别墅、一个厂房、一个家庭内无盲区覆盖目前只有 LoRa 2.4G 技术可以做到。

2. LoRa 2.4G 会不会与现有 WIFI 及蓝牙信号冲突?
答:根据读者问题,特意进行了异网共存性、同网邻频共存性测试、测试数据见下表。通过下表可见 LoRa 2.4G 异网与 WIFI、蓝牙、Zigbee 的共存性非常好,抗干扰电平高达 25db,这在实际项目中几乎不会出现这样的情况。同网邻频的隔离度高达 85db。


同网同邻频测试

3. COT-MV1 模组定位到达有多准?
答:COT-MV1 内置定位引擎是使用无线电空中飞行时间+信号强度+信噪比进行定位的。定位精度由锚点密度决定,锚点通常半径 250 米部署一台,在锚点半径 20 米内定位精度较差约 5 米左右,锚点半径 20-250 米定位精度约 2 米左右。

现在回到正题,这一期我们来聊聊智慧养牛:


智慧型养牛是智慧化牧场管理系统的子集,通常涉及以下四个方面:
(1)、动物身份识别
(2)、体征数据上报
(3)、饲养环境监控
(4)、后端大数据分析及工作流协调

系统构架如下:


动物身份识别&体征数据上报
在牛耳挂物联网标签,物联网标签采用双模进行工作(模式 1:甚高频 RFID、模式 2:COT 2.4G),其中


模式 1:解决近场动物身份识别。
模式 2:解决体征状态监测及牛定位。实现日粮自动配给、产量统计分析,疫病监测防控、产品质量控制及动物溯源追踪等。


牛耳物联网标签
内置甚高频 RFID、陀螺仪、高精度气压计、COT-MV2 模组,电池使用寿命大于 12 个月(最大可定制为 36 个月)。可以监测体征数据有:


活动量 1:牛行走步数
活动量 2:牛卧姿时间及牛头活动情况

定位:定位精度 5-15 米


后台可绘制出以 X 轴为时间、Y 轴为活动情况的曲线图,精确的描述牛一天的活动范围、行走步数、站立时间、卧姿时间、卧姿静止时间。


可实现牛 5-15 米精确定位、牛出入栏精度监测、牛站立运动情况监测、牛卧倒牛头运动情况监测。


牛耳物联网标签功耗
物联网标签周期性休眠唤醒,目前设定为每 60 秒,工作 50ms。


休眠电流 1uA、工作电流 35mA。
 

物联网标签每 60 秒采集与发射一次数据,与 LoRa 网关进行交互,交互周期 100 毫秒,使用理论寿命大于 1.13 年,保守寿命大于 12 个月,超长工作时间可以定制。

定位锚点
定位锚点采用太阳能供电、太阳能供电、使用寿命大于 5 年;定位精度:<15m,整机尺寸 220mm*145mm*30mm,IP66 防水等级完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘进入,承受猛烈的雨水冲击或强烈喷水时不致达到有害的影响。
 


物联网网关 COT-AP
物联网网关安装于牛养殖使用场所、支持 5-36V 供电(可选配太阳能板)、支持 220V 供电及 POE 供电、可外接充电锂电池电池断电后可连续使用 30 天。网关可以动态接收牧场 2 公里半径范围内物联网标签,具备防碰撞机制,但台最大扫描数量可达 5000 个。

COT-MV1 模组
COT-MV1 模组由 Apollo mcu+SX1280 2.4GHz radio 构成,模组长宽高:18x12x2.7(mm),采用邮票孔封装,提供了一路 SPI/I2C、一路 UART(最高波特率可达 921600bps)、一路 SWD 接口(支持 SWIO 调试)、32 路可编程的通用输入输出接口(GPIO

主要特性


模组引脚分布图


模组引脚图(顶视图)


模块封装


推荐钢网尺寸图(单位:毫米)


机械尺寸
    
    


机械结构尺寸图(单位:毫米)


COT-MV1 开发套件
基于 COT-MV1 模组系列开发套件提供一个开箱即用的窄带物联网解决方案,可帮助快速、安全地进行区域窄带物联网产品开发。套件包括 COT-MV1 模块转接板、开发底板、单极化天线、圆极化天线、编程器转接板、USB 转串口线各二套及快速应用开发 SDK,SDK 内置 COT 协议栈及大量实用 API 和例程。
 

COT-M SDK


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资深无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)专家、从事该领域近13年、拥有丰富的实践经验与理论基础,涉及链式WSN网络协议栈研制、LORA协议栈产品研制与开源。联系方式:support@cotiot.com 微信号cotiot