Toimiva langaton tiedonsiirtojärjestelmä lypysylehmäpihattoon.

Authors

• Mikko Järvinen Itä-Suomen yliopisto, Biotieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio
• Veijo Sutinen Oulun yliopisto, Mittalaitelaboratorio, Teknologiapuisto 127, 87400 Kajaani
• Paula Martiskainen Itä-Suomen yliopisto, Biotieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio
• Jari Rehu VTT, PL 1100, 90571 Oulu
• Marko Korkalainen VTT, PL 1100, 90571 Oulu
• Klaus Känsälä VTT, PL 1100, 90571 Oulu
• Jaakko Mononen Itä-Suomen yliopisto, Biotieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio

DOI: https://doi.org/10.33354/smst.75780

Keywords:

GPS, pseudoliitti, sisätilapaikantaminen, eläinten hyvinvointi, käyttäytyminen

Abstract

Täsmäeläintuotannon (precision livestock farming) keskeinen toiminta-ajatus on tuottaa tietoa eläinten tuotannosta, terveydestä ja hyvinvoinnista. Tietoa saadaan nykyaikaisten eläintuotantotilojen automatiikasta, kuten erilaisista ympäristöä ja eläimiä valvovista sensoreista sekä mm. eläinten kaulapantoihin tai jalkoihin sijoitetuista mittauslaitteista. Tarkoituksenamme on esitellä yhden eläinten liikkeitä ja käyttäytymistä seuraavan järjestelmän kehitystyötä ja toimintaa.
Kehittämämme HÄN-järjestelmän tavoitteena oli mitata lypsylehmien paikkaa, kiihtyvyysliikettä ja pintalämpötilaa eläinten liikkuessa vapaasti pihatossa. Mittausjärjestelmä koostuu mittaus- ja paikannusmoduuleista (MPM), SoC-vastaanottimesta (System-on-Chip), ohjaus- ja tiedonkeruu-PC:sta (OTPC), kahdeksasta pseudosatelliitista sekä pseudosatelliittien synkronointiradioverkosta.
MPM ja akkukotelo sijoitettiin lehmien normaaleihin kaulapantoihin järjestelmää varten suunnitelluissa koteloinneissa. MPM koostuu kahdesta piirikortista (AVR ja ITRAX) ja ulkoisesta GPS-antennista. AVR-kortti toimii mittaus- ja paikannusmoduulin ohjaimena ja viestien välittäjänä ylemmille järjestelmille. AVR-kortilla on lisäksi 3D-kiihtyvyysanturi, lämpötila-anturin liitäntä, muunnin ulkoisille antureille sekä muita oheiskomponentteja. ITRAX-kortti toimii GPS-signaalien vastaanottimena.
Mittaus- ja paikannusmoduulin tehonsyöttö toteutettiin 3,7V Litium-paristopaketilla, joka koostui neljästä 2,4 Ah kennosta. MPM:n keskimääräinen tehonkulutus mittaustilassa oli noin 3 mA ja mittaus- ja paikannustilassa noin 60 mA. Mikäli eläin liikkuu paljon, akku kestää huomattavasti lyhyemmän aikaa kuin vähän liikkuvalla eläimellä, sillä GPS-moduulin ja aktiivisen antennin virrankulutus vaikuttaa merkittävästi akun kestoon. Virran säästämiseksi paikannusmoduuli kytkeytyy pois päältä eläimen ollessa paikoillaan.
HÄN-järjestelmään kuuluvat 45 kaulapantaa tekevät kukin paikka- ja kiihtyvyysmittauksen 100 ms välein ja 10 mittauksen jälkeen lähettävät mittauksista kootun datapaketin SoC-vastaanottimelle. SoC-vastaanotin hoitaa verkonhallinnan, tiedonkeruun lähettimiltä, lähettimien ohjaukset, tiedon paketoinnin ja paketoidun tiedon lähetyksen OTPC:lle. OTPC toimii tiedon varastoijana ja käyttöliittymänä verkossa oleville mittausmoduuleille. Käyttöliittymän avulla säädetään mittausmoduulien parametreja sekä näytetään reaaliaikaisesti mittaustulokset. Ohjelmisto tallentaa mittaustiedot MySQL-tietokantaan sekunnin välein tai asetetun mittausvälin mukaisesti.
Hyvin Älykäs Navetta –hankkeessa kehitettiin radioverkko, joka toimi erinomaisesti tiedon siirrossa pihattonavetassa. Kiihtyvyysanturit ja lämpötila-anturit toimivat luotettavasti. Kiihtyvyysanturin ja älykkäiden laskentamenetelmien avulla pystytään tunnistamaan erilaisia lehmien käyttäytymismuotoja. Sen sijaan laboratorio-olosuhteissa toimiva pseudoliittijärjestelmään perustuva GPS-paikantaminen ei toiminut pihatto-olosuhteissa.