BR102019027649A2

BR102019027649A2 - herd tracking and location system

Info

Publication number: BR102019027649A2
Application number: BR102019027649-5A
Authority: BR
Inventors: Gustavo Fraidenraich; Patrick De Carvalho Tavares Rezende Ferreira; Marcelo Barsam
Original assignee: Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-07-06

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema de monitoramento de animais em grandes áreas que compreende RFID para identificação em animais, dispositivo para leitura e envio de informação em campo, como áreas pecuniárias, e dispositivo de recebimento. O sistema desenvolvido se insere na área de eletrônica e biológica, mais especificamente em veterinária e pecuária, para monitoramento remoto e acompanhamento em tempo real de cada indivíduo(animal) registrado, principalmente rebanho, em áreas muito grandes, no qual dispositivo para leitura está presente no campo, como uma central de fazenda, e pode ficar a quilômetros da área a ser monitorada, como pasto em fazendas, sem cabeamento entre eles, podendo haver comunicação com a rede mundial de computadores (internet).

The present invention refers to a system for monitoring animals in large areas comprising RFID for identifying animals, a device for reading and sending information in the field, such as pecuniary areas, and a receiving device. The developed system is in the electronic and biological area, more specifically in veterinary and livestock, for remote monitoring and real-time monitoring of each registered individual (animal), especially herd, in very large areas, in which a reading device is present in the field, as a farm central, and it can be miles from the area to be monitored, such as pasture on farms, with no cabling between them, and communication with the world wide web (internet) may be possible.

Description

HERD MONITORING AND LOCATION SYSTEM

field of invention

[1] A presente invenção se refere a um sistema de monitoramento de animais em grandes áreas que compreende RFID para identificação em animais, dispositivo para leitura e envio de informação em campo, como áreas pecuniárias, e dispositivo de recebimento.[1] The present invention refers to a system for monitoring animals in large areas comprising RFID for identifying animals, a device for reading and sending information in the field, such as pecuniary areas, and a receiving device.

[2] O sistema desenvolvido se insere na área de eletrônica e biológica, mais especificamente em veterinária e pecuária, para monitoramento remoto e acompanhamento em tempo real de cada indivíduo(animal) registrado, principalmente rebanho, em áreas muito grandes, no qual dispositivo para leitura está presente no campo, como uma central de fazenda, e pode ficar a quilômetros da área a ser monitorada, como pasto em fazendas, sem cabeamento entre eles, podendo haver comunicação com a rede mundial de computadores (internet).[2] The developed system is in the electronic and biological area, more specifically in veterinary and livestock, for remote monitoring and real-time monitoring of each registered individual (animal), mainly herd, in very large areas, in which device to reading is present in the field, as a farm central, and can be miles from the area to be monitored, such as pasture on farms, with no cabling between them, and communication with the world wide web (internet) may be possible.

Fundamentals of Invention

[3] O monitoramento de grandes rebanhos no pasto sempre foi uma tarefa que demanda um grande contingente de pessoas e que, notavelmente, está sujeita a frequentes falhas. Com a grande oferta de dispositivos wireless presentes no mercado, surge a oportunidade de se aplicar técnicas de automação que facilitem e ampliem a confiabilidade deste tipo de serviço. Os sistemas de Internet das Coisas (do inglês, Internet of Things - IoT), cada vez mais presentes no cotidiano das pessoas, apresentam uma proposta compatível com esta demanda, de forma que os dados coletados em tempo real no campo podem ser disponibilizados tanto para os funcionários, quanto para os proprietários que desejam ter mais controle sobre seus bens.[3] Monitoring large herds in the pasture has always been a task that requires a large number of people and, notably, is subject to frequent failures. With the wide range of wireless devices on the market, the opportunity arises to apply automation techniques that facilitate and increase the reliability of this type of service. The Internet of Things systems (Internet of Things - IoT), increasingly present in people's daily lives, present a proposal compatible with this demand, so that the data collected in real time in the field can be made available both for employees as well as owners who want more control over their assets.

[4] A maior parte das propostas para este tipo de monitoramento tem se baseado em navegação GPS e redes LTE[2], o que atende à demanda por rastreamento de alto alcance mas apresenta um alto consumo energético - módulos GPS consomem, em média, até 100mA, enquanto transceptores 2G/3G demandam cerca de 130mA, também em média. Para baterias de funcionamento embarcado, as quais conhecidamente não superam alguns milhares de miliamperes-hora, esta é uma demanda energética inviável para operação em regime, pois a substituição deste componente em rebanhos com centenas ou até milhares de espécimes em períodos inferiores a 1 ano torna a logística do processo desinteressante para a maioria dos agricultores e pecuaristas. É necessário, portanto, fazer uso de dispositivos que promovam a comunicação em longo alcance sob um consumo energético mínimo.[4] Most proposals for this type of monitoring have been based on GPS navigation and LTE networks[2], which meets the demand for high-range tracking but has a high energy consumption - GPS modules consume, on average, up to 100mA, while 2G/3G transceivers demand around 130mA, also on average. For on-board operating batteries, which are known to not exceed a few thousand milliamperes-hour, this is an unfeasible energy demand for steady-state operation, as the replacement of this component in herds with hundreds or even thousands of specimens in periods of less than 1 year makes the logistics of the process uninteresting for most farmers and ranchers. It is therefore necessary to make use of devices that promote long-range communication with minimal energy consumption.

[5] O documento de patente UY37429 refere-se a um dispositivo portátil manual que opera em radiofrequência para ler dispositivos RFID de animais, voltado ao controle de gado, tal dispositivo possui uma tela e um teclado, pode agir de forma autônoma ou como parte de uma plataforma web e/ou servidor próximo, pode capturar informações, armazená-las e transmiti-las para um servidor próximo ou diretamente para a plataforma da web. Está previsto o uso de LoRa para a transmissão dos dados ao servidor. O dispositivo não realiza o acompanhamento em tempo real, tendo alguns procedimentos manuais, sendo imprescindível a presença de pessoa responsável no local. Diferentemente, a presente invenção é um sistema de antenas que fazem a leitura das etiquetas RFID no rebanho de forma automática, simultânea e em tempo real, além de ser focada em detectar a geolocalização de cada indivíduo no pasto, embora também promova acompanhamento com dados do gado.[5] The patent document UY37429 refers to a handheld handheld device that operates in radio frequency to read animal RFID devices, aimed at livestock control, such device has a screen and a keyboard, it can act autonomously or as part from a web platform and/or nearby server, it can capture information, store it and transmit it to a nearby server or directly to the web platform. It is planned to use LoRa to transmit data to the server. The device does not perform real-time monitoring, having some manual procedures, being essential the presence of a responsible person on site. In contrast, the present invention is an antenna system that reads RFID tags in the herd automatically, simultaneously and in real time, in addition to being focused on detecting the geolocation of each individual in the pasture, although it also promotes monitoring with data from the cattle.

[6] O documento de patente US2013092099 se refere a dispositivos e um método de monitoramento de animais em que é definido um limite de área onde alarmes e notificações são realizadas para reportar a presença, ausência, proximidade, status ou movimento de uma etiqueta ou colar de animal e para notificar as partes responsáveis sobre falhas, status ou alterações de status de tais sistemas. Contudo, os objetivos da invenção estão direcionados para o acompanhamento de animais domésticos e possui curto alcance (pois é limitado ao sinal do RFID), além de requerer um complexo arranjo de componentes em cada animal (processadores, transceptores e sensores em cada indivíduo), o que também requer uma manutenção muito mais frequente do que a tecnologia proposta. Diferentemente, a presente invenção proposta possui longo alcance de detecção proporcionado pela hibridização da tecnologia LoRa (Long Range) com o RFID, além de colocar apenas uma etiqueta (tag) RFID em cada animal, diminuindo muito a complexidade de monitoramento por indivíduo acrescentado.[6] Patent document US2013092099 refers to devices and a method of monitoring animals in which an area boundary is defined where alarms and notifications are carried out to report the presence, absence, proximity, status or movement of a tag or necklace and to notify responsible parties of failures, status, or status changes of such systems. However, the objectives of the invention are directed to the monitoring of domestic animals and has a short range (since it is limited to the RFID signal), in addition to requiring a complex arrangement of components in each animal (processors, transceivers and sensors in each individual), which also requires much more frequent maintenance than the proposed technology. Differently, the present invention proposed has a long detection range provided by the hybridization of LoRa (Long Range) technology with RFID, in addition to placing only one RFID tag (tag) on each animal, greatly reducing the complexity of monitoring per added individual.

[7] O documento de patente ES2655544 se refere a um sistema de monitoramento (com possibilidade de uso tanto para animais quanto em pessoas) em que é utilizado dispositivos de sensoriamento IoT para fornecer informações a um servidor onde é informado padrões de comportamento individual, coletivo e social dos seres monitorados. O sistema para monitorar pessoas ou animais com eficiência utiliza sensores que acompanham o animal e um GPS em cada animal para fornecer sua localização, tornando esta tecnologia complexa e menos portátil que a hibridização do LoRa com RFID. Diferentemente, a presente invenção a geolocalização do indivíduo através da hibridização entre LoRa e RFID, acrescentando apenas uma etiqueta RFID em cada indivíduo do rebanho. Desta forma, a invenção proposta obtém a geolocalização do rebanho através de uma tecnologia diferente, nova e muito mais simples e fácil de aplicar nos indivíduos do rebanho, como aplicação de um brinco RFID em cada animal.[7] Patent document ES2655544 refers to a monitoring system (with the possibility of use for both animals and people) in which IoT sensing devices are used to provide information to a server where individual and collective behavior patterns are informed and social of the beings monitored. The system to effectively monitor people or animals uses sensors that track the animal and a GPS on each animal to provide its location, making this technology complex and less portable than LoRa's RFID hybridization. Differently, the present invention geolocation of the individual through the hybridization between LoRa and RFID, adding only one RFID tag to each individual in the herd. Thus, the proposed invention obtains the geolocation of the herd through a different technology, new and much simpler and easier to apply to individuals in the herd, such as the application of an RFID earring to each animal.

[8] O documento de patente US10242547 refere-se a um sistema de monitoramento voltado para monitoramento de gado em que é usado uma etiqueta RFID em cada animal, um ou mais dispositivos de ponto de acesso que coletam as informações dos animais e transmite (com possibilidade da transmissão ser LoRa) para um servidor, onde o servidor fornece as informações a um usuário. Contudo, o sistema faz uso de um complexo sistema para monitoramento do rebanho, envolvendo GPS, satélites e até drones para fazê-lo. O sistema citado apresenta a possibilidade de localização de cada animal por triangulação do seu sinal e também disponibiliza um sinal LoRa do dispositivo colocado na coleira de cada animal. Desta forma, utiliza um sistema complexo e que requer manutenção (baterias, componentes e afins), envolvendo um sistema de GPS para obter a geolocalização do rebanho.[8] Patent document US10242547 refers to a monitoring system aimed at monitoring livestock in which an RFID tag is used on each animal, one or more access point devices that collect the information from the animals and transmit (with possibility of transmission being LoRa) to a server, where the server provides the information to a user. However, the system makes use of a complex system for monitoring the herd, involving GPS, satellites and even drones to do it. The aforementioned system presents the possibility of locating each animal by triangulation of its signal and also provides a LoRa signal from the device placed on each animal's collar. Thus, it uses a complex system that requires maintenance (batteries, components and the like), involving a GPS system to obtain the geolocation of the herd.

[9] Diferentemente, a presente invenção utiliza a hibridização entre LoRa e RFID e coloca 1 etiqueta RFID em cada animal para obter a geolocalização do rebanho, o que torna a obtenção da geolocalização incomparavelmente mais simples de implementar (aplica-se uma simples etiqueta RFID em cada indivíduo) e de manter (as etiquetas duram anos sem bateria e não requerem satélites para funcionar).[9] In contrast, the present invention uses the hybridization between LoRa and RFID and places 1 RFID tag on each animal to obtain the geolocation of the herd, which makes obtaining geolocation incomparably simpler to implement (a simple RFID tag is applied in each individual) and maintain (the tags last for years without a battery and do not require satellites to function).

[10] O protocolo criado na presente invenção monitora o gado através de antenas localizadas próximas aos bebedouros do pasto que leem tags RFID (Radio-Frequency Identification) previamente fixadas nas orelhas de cada um dos bois, enviando essas informações para uma central computacional através dos rádios LoRa[1], dispositivos de rádio de longo alcance que promovem baixo consumo energético através do uso de diversas técnicas combinadas. O microcontrolador utilizado para operação em conjunto das antenas foi o ESP32 e a central responsável por gerenciar todas as informações e disponibilizá-las para consulta web é hospedada em um Raspberry Pi 3B+.[10] The protocol created in the present invention monitors the cattle through antennas located near the drinking fountains of the pasture that read RFID (Radio-Frequency Identification) tags previously fixed in the ears of each one of the oxen, sending this information to a computer center through the LoRa radios[1], long-range radio devices that promote low energy consumption through the use of several combined techniques. The microcontroller used to operate the antennas together was the ESP32 and the central responsible for managing all the information and making it available for web consultation is hosted on a Raspberry Pi 3B+.

Brief description of the invention

[11] A presente invenção se refere a um sistema de monitoramento de animais em grandes áreas que compreende RFID para identificação em animais, dispositivo para leitura e envio (com antena, Raspberry Pi, ESP32, rádio LoRa, bateria e painel solar) e dispositivo de recebimento (com Raspberry Pi, ESP32 e LoRa).[11] The present invention refers to an animal monitoring system in large areas comprising RFID for animal identification, device for reading and sending (with antenna, Raspberry Pi, ESP32, LoRa radio, battery and solar panel) and device (with Raspberry Pi, ESP32 and LoRa).

Brief description of the figures

[12] Na Figura 1 apresenta-se o ESP32 em conjunto com antena e transceptor LoRa.[12] In Figure 1, the ESP32 is presented together with an antenna and a LoRa transceiver.

[13] Na Figura 2 apresenta-se o exemplar do dispositivo Raspberry Pi 3 B+ utilizado.[13] Figure 2 shows the example of the Raspberry Pi 3 B+ device used.

[14] Na Figura 3 apresenta-se um exemplar das etiquetas RFID utilizadas.[14] Figure 3 shows an example of the RFID tags used.

[15] Na Figura 4 apresenta-se o fluxo de informações e esquemático de conexões do sistema, onde há, como materiais atuando no pasto, antena RFID (A), microcomputador Raspberry Pi (B), microcontrolador ESP32 (C), rádio transceptor LoRa (D) e bateria (E) com painel solar (F). Como itens de recepção presentes na sede do recinto, há um microcomputador Raspberry Pi (G), um microcontrolador ESP32 (G) e um rádio LoRa (I).[15] Figure 4 shows the information flow and schematic of system connections, where there are, as materials acting in the pasture, RFID antenna (A), Raspberry Pi microcomputer (B), ESP32 microcontroller (C), radio transceiver LoRa (D) and battery (E) with solar panel (F). As reception items present at the venue's headquarters, there is a Raspberry Pi microcomputer (G), an ESP32 microcontroller (G) and a LoRa radio (I).

Detailed description of the invention

[16] A presente invenção se refere a um sistema de monitoramento de animais em grandes áreas que compreende RFID para identificação em animais, dispositivo para leitura e envio (com antena, Raspberry Pi, ESP32, rádio LoRa, bateria e painel solar) e dispositivo de recebimento (com Raspberry Pi, ESP32 e LoRa).[16] The present invention refers to a system for monitoring animals in large areas comprising RFID for identification in animals, device for reading and sending (with antenna, Raspberry Pi, ESP32, LoRa radio, battery and solar panel) and device (with Raspberry Pi, ESP32 and LoRa).

[17] O sistema de monitoramento de animais em grandes áreas compreende:
a. Programa de computador com alarmes automáticos para fuga e migração de animais cadastrados, além de painel para consulta de dados de acompanhamento de cada um dos indivíduos registrados no sistema, onde todas as funcionalidades são editáveis e configuráveis pelo usuário;
b. etiqueta RFID para identificação em animais;
c. dispositivo para leitura e envio:

i. Antena RFID;
ii. Microcomputador Raspberry Pi;
iii. Microcontrolador ESP32;
iv. Rádio LoRa;
v. Bateria e painel solar);

d. dispositivo de recebimento:

i. Microcomputador Raspberry Pi;
ii. Microcontrolador ESP32; e
iii. Rádio LoRa.

[17] The large-area animal monitoring system comprises:
The. Computer program with automatic alarms for the escape and migration of registered animals, in addition to a panel for consulting the monitoring data of each individual registered in the system, where all functionalities are editable and configurable by the user;
B. RFID tag for animal identification;
ç. device for reading and sending:

i. RFID antenna;
ii. Raspberry Pi Microcomputer;
iii. ESP32 microcontroller;
iv. Radio LoRa;
v. Battery and solar panel);

d. receiving device:

i. Raspberry Pi Microcomputer;
ii. ESP32 microcontroller; and
iii. Radio LoRa.

Radio Transceiver - LoRa

[18] Para a transmissão dos dados de etiquetas lidas pela antena RFID para a sede da fazenda e posterior publicação no servidor, é necessário um radiotransmissor de longo alcance e baixo consumo de potência. Qualquer dispositivo que opere sob uma tensão de alimentação entre 3.3V e 12V, com taxa de transmissão superior a 50kbps e alcance mínimo de 1km atende à demanda de transmissão requeridas para o funcionamento do sistema. Para a implementação, foram utilizados, mas de maneira não limitante, transceptores LoRa (Long Range), que atendem às demandas aqui descritas para comunicação de longo alcance sob baixa potência elétrica. Os dispositivos LoRa utiliza um protocolo de comunicação robusto, de longo alcance e que consumisse o mínimo de energia possível. Sua taxa de transferência não é tão rápida quanto o protocolo WiFi (Wireless Fidelity), 50kbps vs 10mbps+, por exemplo, mas seu consumo é mais de 6 vezes menor. O alcance dos transceptores LoRa também é consideravelmente alto, superando os 10km sem requerer modificações de hardware, enquanto que dispositivos WiFi costumam se valer de 15 metros de cobertura, no máximo, quando em campo aberto.[18] For the transmission of tag data read by the RFID antenna to the headquarters of the farm and subsequent publication on the server, a long-range radio transmitter with low power consumption is required. Any device that operates under a supply voltage between 3.3V and 12V, with a transmission rate greater than 50kbps and a minimum range of 1km meets the transmission demand required for the system to function. For the implementation, LoRa (Long Range) transceivers were used, but in a non-limiting way, which meet the demands described here for long-range communication under low electrical power. LoRa devices use a robust, long-range communication protocol that consumes as little energy as possible. Its transfer rate is not as fast as the WiFi (Wireless Fidelity) protocol, 50kbps vs 10mbps+, for example, but its consumption is more than 6 times lower. The range of LoRa transceivers is also considerably high, exceeding 10km without requiring any hardware modifications, while WiFi devices tend to take advantage of a maximum of 15 meters of coverage when out in the open.

[19] A configuração utilizada no presente invento LoRaP2P é um protocolo muito simples, incluindo somente funções de configuração de banda, transmissão e recepção dos dados, onde fica a cargo do desenvolvedor implementar suas próprias táticas de verificação de retransmissão de informações em caso de falha. A opção foi por utilizar o LoRa sob a configuração P2P, implementando as próprias rotinas de verificação de integridade da informação e retransmissão, em caso de falha.[19] The configuration used in the present invention LoRaP2P is a very simple protocol, including only bandwidth configuration functions, data transmission and reception, where it is up to the developer to implement their own tactics of verification of information retransmission in case of failure . The option was to use LoRa under the P2P configuration, implementing its own routines for checking the integrity of information and retransmission, in case of failure.

Microcontroller - ESP32 Series

[20] Utiliza-se o microcontrolador para fazer a interface entre o transceptor de rádio (no caso, utilizado o LoRa) e o microcomputador Raspberry. Pode-se utilizar qualquer microcontrolador com alimentação na faixa de 3.3V a 12V e que implemente os protocolos serial RS-232 e SPI, para fim de se implementar a interface citada. Foi utilizado o ESP32 para a presente invenção, não havendo necessidade de se utilizar especificamente este modelo ou marca de dispositivo.[20] The microcontroller is used to interface between the radio transceiver (in this case, LoRa is used) and the Raspberry microcomputer. Any microcontroller with power supply in the 3.3V to 12V range and that implements the RS-232 and SPI serial protocols can be used, in order to implement the mentioned interface. ESP32 was used for the present invention, with no need to specifically use this model or brand of device.

[21] ESP32 representa uma série de microcontroladores de baixo consumo, projetados especificamente para aplicação em IoT, com Bluetooth e WiFi integrados e processadores, em maioria, de 2 núcleos. Apresenta robustez, desempenho e bom suporte oferecido por sua fabricante (Expressif Systems), que fornece um bom SDK (System Development Kit) implementando, inclusive, o sistema operacional embarcado de tempo real FreeRTOS.[21] ESP32 represents a series of low-power microcontrollers, specifically designed for IoT application, with integrated Bluetooth and WiFi and mostly 2-core processors. It presents robustness, performance and good support offered by its manufacturer (Expressif Systems), which provides a good SDK (System Development Kit) including the real-time embedded operating system FreeRTOS.

[22] A placa de suporte do ESP32 montada pelo fornecedor possui um suporte específico para o chipset do LoRa, como na Figura 1, deixando o sistema mais compacto e imune a falhas estruturais. Este conjunto fica junto da antena de RFID e é responsável por transmitir as leituras de etiquetas (tags) realizadas.[22] The ESP32 support board assembled by the vendor has specific support for the LoRa chipset, as shown in Figure 1, making the system more compact and immune to structural failures. This set is next to the RFID antenna and is responsible for transmitting the performed tag readings.

Microcomputer - Raspberry Pi 3B+

[23] É necessário um modelo de microcomputador capaz de realizar a comunicação com o microcontrolador de interface para o rádio e também capaz de implementar a comunicação nos protocolos HTTP/TCP para acesso à web e transferência de dados para o site onde há o acesso dos clientes. Além disso, o microcomputador escolhido deve ser capaz de executar um sistema operacional de propósito geral baseado no kernel UNIX. Novamente, dadas as exigências de baixo consumo de potência da presente invenção, é necessário que a alimentação deste dispositivo se dê entre 3.3V e 12V. Dadas as especificações demandadas, utilizou-se o Raspberry Pi 3B+, sendo que não há necessidade de se utilizar especificamente este modelo ou marca.[23] A microcomputer model capable of communicating with the radio interface microcontroller and also capable of implementing communication in HTTP/TCP protocols for web access and data transfer to the site where there is access to the customers. In addition, the chosen microcomputer must be able to run a general purpose operating system based on the UNIX kernel. Again, given the low power consumption requirements of the present invention, it is necessary that the power supply of this device is between 3.3V and 12V. Given the required specifications, the Raspberry Pi 3B+ was used, and there is no need to specifically use this model or brand.

[24] O Raspberry Pi [5] (figura 2) hospeda o banco de dados e disponibiliza as informações via web por ter a capacidade de executar um sistema operacional e trabalhar com qualquer linguagem de programação, sem limitações do fabricante.[24] The Raspberry Pi [5] (figure 2) hosts the database and makes the information available via the web as it has the ability to run an operating system and work with any programming language, without manufacturer limitations.

[25] Este dispositivo recebe as informações do pasto com um receptor LoRa e as armazena devidamente um banco de dados implementado para armazenamento das leituras. As informações são tratadas e disponibilizadas para acesso via internet, sendo que alarmes são gerados sempre que uma das etiquetas (tags) não é detectada há mais de 24h ou é detectada num pasto diferente daquele em que foi cadastrada - a fim de indicar bois que tenham trocado irregularmente de pasto.[25] This device receives pasture information with a LoRa receiver and stores it properly in a database implemented to store the readings. The information is processed and made available for access via the internet, and alarms are generated whenever one of the tags (tags) is not detected for more than 24 hours or is detected in a different pasture than the one in which it was registered - in order to indicate oxen that have irregularly changed pasture.

Solar Panel and Battery

[26] Os equipamentos disponibilizados em campo precisam, evidentemente, de uma fonte de energia. Para suprir tal demanda, é utilizado um painel solar com potência de 150W e uma bateria de 12V com carga de 70Ah. O sistema é alimentado e recarregado pelo painel durante o dia, enquanto que a bateria promovia a manutenção do mesmo ao longo da noite.[26] The equipment available in the field obviously needs an energy source. To meet this demand, a solar panel with a power of 150W and a 12V battery with a load of 70Ah is used. The system is powered and recharged by the panel during the day, while the battery maintained it throughout the night.

RFID antenna and tags

[27] A antena utilizada no pasto para a detecção das etiquetas RFID (Figura 3) possui faixa de operação entre 860MHz e 915MHz, ganho de 8dBi ou maior, polarização circular e proteção de nível IP67 ou superior. As etiquetas utilizadas nos animais deve ser para a faixa de operação na frequência da antena (860MHz a 915Mhz).[27] The antenna used in the pasture to detect RFID tags (Figure 3) has an operating range between 860MHz and 915MHz, gain of 8dBi or greater, circular polarization and protection level IP67 or higher. The tags used on animals must be for the operating range at the antenna frequency (860MHz to 915Mhz).

Operation of the invention

[28] O sistema visa realizar o monitoramento e acompanhamento em tempo real do rebanho, mais especificamente gado, mas não se restringe a isso (Figura 4). Para tal, cada animal é equipado apenas com um brinco possuindo uma tag RFID, que é um dispositivo passivo, possuindo um código único que é atribuído ao animal no momento da aplicação e que refletirá o sinal enviado pela antena RFID+LoRa para indicar a geolocalização do respectivo animal.[28] The system aims to carry out real-time monitoring and follow-up of the herd, more specifically cattle, but it is not restricted to that (Figure 4). To this end, each animal is equipped only with an earring having an RFID tag, which is a passive device, having a unique code that is assigned to the animal at the time of application and that will reflect the signal sent by the RFID+LoRa antenna to indicate the geolocation of the respective animal.

[29] O dispositivo para leitura e envio (antena, Raspberry Pi, ESP32, rádio LoRa, bateria e painel solar) é colocado em campo para realizar a leitura das Tags RFID nos animais. A antena RFID é um dispositivo que emite ondas de rádio que refletem em cada etiqueta RFID no pasto e retorna o código de identificação presente em cada uma delas. O Raspberry Pi é um microcomputador que recebe as leituras diretamente do driver da antena e as processa. O LoRa é um rádio que utiliza o protocolo de comunicação LoRa para longo alcance e que foi utilizado pelos inventores para amplificar o alcance da antena RFID - por permitir um maior distanciamento da mesma em relação ao receptor LoRa (que não necessita de cabos) - além de também fazer a comunicação com a sede da fazenda. O ESP32é um microcontrolador responsável por fazer a interface de comunicação entre Raspberry e LoRa, por simplificar as conexões envolvidas. A bateria e o painel solar visam apenas dar autonomia ao sistema, armazenando a energia fornecida durante o dia para que o sistema não necessite de alimentação da rede elétrica.[29] The device for reading and sending (antenna, Raspberry Pi, ESP32, LoRa radio, battery and solar panel) is placed in the field to read the RFID Tags on animals. The RFID antenna is a device that emits radio waves that reflect on each RFID tag in the pasture and returns the identification code present in each one of them. The Raspberry Pi is a microcomputer that receives readings directly from the antenna driver and processes them. LoRa is a radio that uses the LoRa communication protocol for long range and was used by the inventors to amplify the range of the RFID antenna - by allowing a greater distance between it in relation to the LoRa receiver (which does not require cables) - in addition to also communicate with the headquarters of the farm. ESP32 is a microcontroller responsible for making the communication interface between Raspberry and LoRa, simplifying the involved connections. The battery and the solar panel are only intended to give autonomy to the system, storing the energy supplied during the day so that the system does not need power from the mains.

[30] O dispositivo de recebimento (Raspberry Pi, ESP32 e LoRa) é colocado na sede da fazenda - que pode ficar a quilômetros do pasto sem cabeamento algum - para realizar a comunicação com a internet. A função deste conjunto é receber as informações de geolocalização do rebanho que são enviadas do kit em campo - via LoRa - para a sede da fazenda. A informação chega via LoRa, é enviada para ser decodificada no ESP32 e repassada ao Raspberry Pi, o qual entra em contato com o servidor via Web para salvar as informações e disponibilizá-las no site para os clientes. O site permite que os clientes verifiquem a geolocalização de cada animal etiquetado dentro dos limites de sua propriedade e o histórico com informações associadas a cada um deles.[30] The receiving device (Raspberry Pi, ESP32 and LoRa) is placed at the farm's headquarters - which can be miles from the pasture without any cabling - to communicate with the internet. The function of this set is to receive the geolocation information of the herd that is sent from the kit in the field - via LoRa - to the farm's headquarters. The information arrives via LoRa, is sent to be decoded in ESP32 and forwarded to the Raspberry Pi, which contacts the server via the web to save the information and make it available on the website for customers. The site allows customers to check the geolocation of each tagged animal within their property boundaries and the history with information associated with each of them.

[31] Os animais no pasto são constantemente rastreados e possuem uma ficha de acompanhamento confeccionada no ato de cadastramento. Os dados são enviados para o servidor na web. Para o usuário, é disponibilizado acesso a um site, no qual é possível realizar o monitoramento de cada um dos indivíduos cadastrados no pasto, em tempo real e com todas as informações pertinentes de cada um.[31] The animals in the pasture are constantly tracked and have a follow-up form made at the time of registration. Data is sent to the web server. For the user, access is provided to a website, where it is possible to monitor each individual registered in the pasture, in real time and with all the relevant information about each one.

[32] A grande vantagem técnica desta invenção foi o resultado da pesquisa sobre como realizar a hibridização de RFID e LoRa, utilizando a identificação proveniente da primeira com o longo alcance da segunda. Esta hibridização não é dominada por nenhuma outra empresa no mercado e possibilita-nos oferecer este serviço a um preço muito mais acessível que qualquer um dos poucos concorrentes.[32] The great technical advantage of this invention was the result of research on how to perform the hybridization of RFID and LoRa, using the identification from the first with the long range of the second. This hybridization is not dominated by any other company in the market and allows us to offer this service at a much more affordable price than any of the few competitors.

Claims

Animal monitoring system in large areas characterized by comprising the following components:
The. Computer program;
B. RFID tag for animal identification;
ç. device for reading and sending:

d. receiving device:

i. Raspberry Pi Microcomputer;
ii. ESP32 microcontroller; and
iii. Radio LoRa.