基于5G和北斗衛星定位的林下禽畜放養綜合管理系統研究

摘要：文章提出一種基于5G和北斗定位的林下禽畜放養綜合管理系統，旨在解決傳統放養模式下損耗率高、死亡率高和消費者購買欲低的問題。該系統由集成陀螺儀、北斗模塊、5GNB-IoT模塊和自動充電儲能模塊的跟蹤器、移動終端App和后臺管理系統組成。跟蹤器采集禽畜的運動和位置數據，并通過5GNB-IoT網絡回傳至后臺系統，為消費者提供購買參考，并輔助管理人員實現精細化管理。該系統采用低功耗設計和SoC集成，實現了長時間續航和低成本部署。

關鍵詞：5G模塊；北斗模塊；林下禽畜放養；物聯網；SoC；低功耗；精細化管理

中圖分類號：G710文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）14-0104-03

0引言

林下禽畜放養模式具有發展潛力，但面臨損耗率高、死亡率高和消費者購買欲低等挑戰。傳統管理模式難以有效解決這些問題，亟須利用現代信息技術進行升級改造。本文提出一種基于5G和北斗定位的林下禽畜放養綜合管理系統，旨在實現禽畜位置跟蹤、運動數據采集和精細化管理，為提高養殖效益和消費者信心提供技術支持。本研究整合了北斗定位、5GNB-IoT通信、SoC集成設計等技術，具有較強的創新性和應用價值。

1研究的背景

國家和廣東省大力發展現代農業，推動農業信息化建設[1]。5G和北斗等技術的快速發展為林下禽畜放養管理提供了新的技術手段。然而，現有林下放養管理系統大多功能單一，難以滿足精細化管理需求。本研究結合5G和北斗技術，構建林下禽畜放養綜合管理系統，填補了該領域的空白，具有重要的practi?calsignificance。

2研究的問題

林地低密度放養面臨三大難題：禽畜損耗率高、死亡率高和消費者購買欲低。為解決這些問題，本研究采用5G和北斗定位技術，構建林下禽畜放養綜合管理系統，實現低成本、低能耗、高精度和高可控的管理模式。該系統采用SoC集成設計，降低成本并提高可靠性；利用低功耗NB-IoT通信和自動充電技術，實現數年續航；采用北斗衛星定位，提供精準的位置信息；所有技術和設備均采用國產或自研，保障系統自主可控。

傳統的定價模式僅依賴重量，無法體現優質肉類的價值，導致“劣幣驅逐良幣”現象。本研究提出的系統，通過提供禽畜生長周期、行走步數等數據，支持“生長周期+行走步數+重量”的綜合定價模式，使優質肉類獲得溢價，促進市場良性發展。此外，該系統還能幫助管理人員實現精細化管理，降低損耗率和死亡率，提高養殖效益[2]。

3研究的內容

3.1概述

本研究提出一種“基于5G和北斗定位的林下禽畜放養管理系統”，包括跟蹤器（內含系統級芯片SoC）、移動終端App和后臺管理系統三部分。主要研究內容示意圖，如圖1所示。

1）系統級芯片SoC。

集成陀螺儀傳感器、北斗模塊、5GNB-IoT模塊和自動充電儲能模塊，陀螺儀傳感器感知禽畜的速度和步數，北斗模塊定位禽畜的位置，NB-IoT模塊通過5G網絡向后臺管理系統回傳速度、步數、位置數據，自動充電儲能模塊提供長續航能量輸出[3]。

2）移動終端App，用于消費者和管理人員查看和。

3）后臺管理系統，用于數據的存儲、分析和應用。

3.2數據流程

1）掃描跟蹤器的二維碼

每個跟蹤器印制二維碼，消費者和管理人員掃描后，可獲得禽畜的唯一編號[4]。跟蹤器外形示意圖，如圖2所示。

2）請求生長數據

手機App根據編號向后臺管理系統請求該禽畜的生長數據。

3）跟蹤器定時更新生長數據

跟蹤器按照一定的時間頻率，更新禽畜的入欄時間、疫苗注射時間、速度、步數、位置等，并通過NB IoT網絡上傳到后臺管理平臺。

4）返回生長數據

后臺管理系統對數據進行整理分析后，在手機App展示。

消費者通過該禽畜生長周期的總步數，判斷蛋白質的檔次；通過入欄時間判斷肉質老嫩程度；通過節點回溯，了解禽畜的流通環節。多種量化數據，為消費者選購提供可靠依據，增強購買信心，提升購買欲望。

管理人員可以通過位置數據，對養殖場進行精細化管理；接收越界報警數據，及時采取措施，有效降低養殖損耗率[5]。通過疫苗數據、速度數據統計分析，了解養殖場禽畜的健康態勢，能有效降低放養死亡率。整體數據流程示意圖，如圖3所示。

3.3主控制系統

主控制系統由北斗衛星定位模塊、陀螺儀模塊、NB-IoT通信模塊以及自動充電儲能模塊模塊組成。

1）控制器

使用STM32作為控制器，接收傳感器發送和計算的經緯度、速度和步數等數據，并對這些數據進行處理，分析放養禽畜的運動狀態以及健康情況，數據通過NB-IoT通信模塊發送到后臺管理系統。主控芯片邏輯圖，如圖4所示。

STM32微處理器，擴展性能好[6]，最高可以運行100MHz的頻率信號，有16通道的12位A/D轉換接口，有３個I2C接口，３個USART串行接口、１個SDIO作系統接口[7]。，STM內部有豐富的定時器32布局圖，如圖5所示，可以運行簡易的操。

2）陀螺儀模塊

陀螺儀模塊采用六軸傳感器MPU-6050，帶有三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器，2個I2C接口，利用自帶數字運動處理器硬件加速引擎，輸出９軸姿態融合演算數據。內部的三軸陀螺儀可以檢測運動狀態和計算步數[8]。

3）北斗衛星定位模塊

北斗衛星定位模塊采用ATGM332D-5N31模塊，由北斗有源天線、電源、北斗信號處理芯片等組成，采集北斗定位信息，并輸出最小定位數據格式，即$BDRMC格式數據。芯片接收北斗衛星信號，產生定位數據，信號燈閃爍。芯片的TXD1和RXD1與NB IoT模塊相連，傳輸定位數據及接受主控制器指令。J4是北斗模塊的接收天線部分，在天線的連接電路上設有電感，用于增強抗干擾能力，確保信號傳輸穩定[9]。

4）自動充電儲能模塊

人體動能自動充電儲能模塊采用LUPS-BAT-X7（-H7）模塊，基于電磁感應、壓電效應或摩擦發電等原理。當人體進行運動（如行走、跑步、跳躍等）時，會產生機械能。這些機械能通過特定的轉換裝置（如發電機、壓電材料或摩擦發電裝置）被捕捉并轉換為電能。轉換后的電能經過整流、濾波和穩壓等處理后，被儲存在儲能單元中，以便在需要時為系統供電[10]。

5）NB-IoT通信模塊

NB-IoT通信模塊采用BC95-B5，工作頻段為850MHz，協議棧支持IPV4/IPV6與UDP/COAP，靈敏度為-129dBm，數據的傳輸為100BPS（TBC），功耗在Sleep狀態下為5uA、在Idle狀態下為6mA，接受控制的AT指令有3GPPRel-14以及增強型AT指令[11]。

3.4后臺管理系統設計

包括小程序客戶端和管理員后臺客戶端兩個部分，小程序客戶端主要是為普通用戶和養殖戶提供服務，管理員后臺客戶端具有用戶管理、飼養員管理、禽畜信息管理和禽畜步數管理等功能。

系統架構分為表示層、業務邏輯層和數據訪問層。表示層（用戶界面層），用戶通過該層與系統交互，包括管理員、飼養員和普通用戶，展示禽畜飼養管理的相關信息，如禽畜信息、飼養記錄、健康記錄等。業務邏輯層，處理用戶請求，執行相應的業務邏輯，包含多個功能模塊，如用戶管理、飼養員管理、禽畜信息管理、健康登記管理等。數據訪問層，與數據庫進行交互，執行數據的增刪改查操作，使用持久化框架（如MyBatis）簡化數據庫操作。

主要功能模塊包括用戶管理、飼養員管理和禽畜信息管理等模塊。用戶管理模塊，實現用戶的注冊、登錄、信息修改和刪除等功能。對用戶進行身份驗證和權限管理，確保系統的安全性。飼養員管理模塊：管理飼養員的基本信息，如姓名、性別、年齡、聯系方式等。記錄飼養員的工作進度、日報和健康登記等信息。禽畜信息管理模塊：記錄禽畜的基本信息。展示禽畜的圖片和詳情，方便用戶了解禽畜的情況。健康登記管理模塊，記錄禽畜的健康狀況，包括疫苗接種、疾病治療等信息。提供健康監測和預警功能，及時發現和處理禽畜的健康問題。禽畜步數管理模塊，以分鐘為單位記錄禽畜的行走步數和地理位置。系統管理模塊，對系統進行配置和管理，如設置系統參數、備份和恢復數據等。提供日志管理和權限管理功能，確保系統的穩定性和安全性。

數據庫表主要表包括用戶信息表、飼養員信息表、禽畜信息表、禽畜步數表以及日志表等，用戶與飼養員是同一個主鍵，字段為ID。禽畜信息表主鍵為字段ID。用戶信息表與飼養員信息表是一對一關系，飼養員信息表與禽畜信息表是多對多關系，禽畜信息表與禽畜步數表是多對多關系。

使用的技術包括前端技術、后端技術和數據庫技術。前端使用Vue等前端框架開發用戶界面，提供豐富的交互體驗。使用HTML、CSS和JavaScript等技術實現頁面的布局和樣式。后端使用SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架搭建后端服務，實現業務邏輯的處理和數據的交互。使用Tomcat等服務器容器部署后端服務，提供HTTP接口供前端調用。數據庫使用達夢關系型數據庫存儲系統數據，確保數據的完整性和一致性。使用數據庫連接池等技術提高數據庫訪問的效率和性能。

4結束語

本研究提出的基于5G和北斗定位的林下禽畜放養綜合管理系統，能夠有效解決傳統放養模式下的難題，實現禽畜位置跟蹤、運動數據采集和精細化管理，為提高養殖效益和消費者信心提供技術支持。未來研究將進一步優化系統性能，拓展系統功能，并開展實際應用測試，以驗證系統的有效性和實用性[12]。

參考文獻：

[1]王晶金，李成智.北斗衛星導航系統發展與創新[J].自然科學史研究，2023，42（3）：365-376.

[2]孫良媛，劉濤，張樂.中國規模化畜禽養殖的現狀及其對生態環境的影響[J].華南農業大學學報（社會科學版），2016，15（2）：23-30.

[3]趙華鋒.基于單片機的三軸加速度計步器的設計與實現[J].信息與電腦，2017（20）：115-116.

[4]茅娟莉，高明軍基于RFID技術的智能手環系統設計[J].電子世界，2020（5）：190-194.

[5]史俊波，歐陽晨皓，岳金廣，等.三家北斗地基增強系統的高精度定位服務性能對比分析[J].大地測量與地球動力學，2022，42（7）：712-715，770.

[6]余子濠，劉志剛，李一葦，等.芯片敏捷開發實踐：標簽化RISC-V[J].計算機研究與發展，2019，56（1）：35-48.

[7]石康康.基于SoC的可測性設計的方法與實現[D].成都：電子科技大學，2023.

[8]凌海波，楊靜，周先存.基于手機加速度傳感器的波峰波谷計步算法研究[J].四川理工學院學報（自然科學版），2017，30（3）：21-25.

[9]章夢陽.基于北斗衛星系統精確定位的關鍵技術及其應用研究[D].合肥：合肥工業大學，2020.

[10]MENUA，DUTERTREJM，RIGAUDJB，etal.Single-bitlaserfaultmodelinNORflashmemories：analysisandexploitation[C]//2020WorkshoponFaultDetectionandToleranceinCryptography（FDTC）.September13，2020.Milan，Italy.IEEE，2020：41-48.

[11]盧有亮.基于STM32的嵌入式系統原理與設計[M].北京：機械工業出版社，2014.

[12]金璐.北斗基帶信號的同步技術的研究[D].鄭州：鄭州大學，2013.

【通聯編輯：朱寶貴】