基于微慣性傳感器的豬只姿態(tài)檢測(cè).pdf

1、姿態(tài)檢測(cè)是行為分析的重要組成部分，而行為分析又是福利養(yǎng)殖、健康養(yǎng)殖的重要研究方向?，F(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)自動(dòng)化研究從群體監(jiān)控逐步轉(zhuǎn)向個(gè)體行為特征的分析，本論文使用微慣性傳感器作為研究手段，提出豬只姿態(tài)識(shí)別方法，組合利用多個(gè)傳感器檢測(cè)豬只姿態(tài)，設(shè)計(jì)硬件電路以及軟件算法，并提出基于姿態(tài)檢測(cè)的異常行為分析方法，有助于提高養(yǎng)殖場(chǎng)自動(dòng)化水平，減少人力資源需求，輔助飼養(yǎng)人員更好的預(yù)防各種疾病以及疫情的發(fā)生。
　　本論文首先介紹了當(dāng)前國內(nèi)外畜禽異常行為

2、檢測(cè)的研究現(xiàn)狀和研究方法，在傳感器技術(shù)、圖像處理、聲音檢測(cè)這三種檢測(cè)手段中選取傳感器技術(shù)作為研究方向。分析豬只常見姿態(tài)尋找各姿態(tài)對(duì)應(yīng)特征，提出姿態(tài)檢測(cè)方法，研究常用微慣性傳感器的檢測(cè)原理，對(duì)常見坐標(biāo)系與姿態(tài)角的三種表示方法做了詳細(xì)闡述。
　　其次進(jìn)行硬件選型，設(shè)計(jì)豬只姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，選用微慣性傳感器MPU6050（加速度傳感器+陀螺儀）與HMC5883L（地磁傳感器）作為檢測(cè)傳感器，利用CC2530組建Zigbee通訊網(wǎng)絡(luò)，在STM

3、32上完成姿態(tài)解算，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行異常分析。檢測(cè)系統(tǒng)分為信息發(fā)射單元、信息接收單元、上位機(jī)三部分，針對(duì)前兩部分設(shè)計(jì)原理圖和所需擴(kuò)展電路，制作PCB電路板。
　　在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，分析各傳感器誤差產(chǎn)生原因與校準(zhǔn)方法，研究單獨(dú)使用陀螺儀以及加速度傳感器+地磁傳感器進(jìn)行姿態(tài)解算的局限性，提出互補(bǔ)濾波和卡爾曼濾波兩種數(shù)據(jù)融合算法，綜合使用三種傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)解算。系統(tǒng)使用時(shí)首先完成初始化，對(duì)各傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，然后采集陀螺儀角

4、速度數(shù)據(jù)，利用加速度傳感器與地磁傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，通過四元數(shù)進(jìn)行姿態(tài)解算，綜合各傳感器特點(diǎn)得到姿態(tài)角，利用姿態(tài)角和速度變化設(shè)計(jì)針對(duì)豬只的姿態(tài)檢測(cè)算法，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行仿真模擬分析。
　　最后根據(jù)檢測(cè)到的姿態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)異常行為分析方法，通過將一天中被測(cè)個(gè)體各姿態(tài)的持續(xù)時(shí)間周圍同種豬只各姿態(tài)持續(xù)時(shí)間、該豬只前10天各姿態(tài)持續(xù)時(shí)間分別進(jìn)行對(duì)比得到異常等級(jí)，綜合分析兩種情況得到警告等級(jí)，評(píng)價(jià)豬只的異常狀況，該方法能夠適應(yīng)多種環(huán)境，綜合考