CN101430202A - 探测动物导航定向的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种探测动物导航定向的装置及方法，通过主控模块预先设置磁场干扰条件如定点干扰、定时干扰及相应的磁场参数，在动物的行为轨迹满足预先设置的干扰条件时，主控模块根据预先设置的干扰条件和磁场参数控制可调磁刺激模块产生对应强度和方向的磁场，干扰追踪目标感知地磁信息，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，从而实现了在追踪动物的行动中能够定点、定时开启或关闭方向和强度均可调磁场干扰，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息。便于深入探究动物的导航机制，特别是磁导航机制。

Description

探测动物导航定向的装置及方法

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种探测动物导航定向的装置及方法。

背景技术

有越来越多的证据表明，磁场可能对鸟类的定位有影响。当地球磁场被扰乱时，刚孵化出的海鸥定位也被扰乱。欧洲人罗宾斯指出一个倾向于自然或者人工的磁场对鸟类的定位有影响的理论。通过在鸽子的背上固定小的磁石解释了最初的感应刺激对定位的影响。但是，由于目前在此领域的研究工具，有很多缺陷，比如在追踪动物的运动轨迹过程中无法调整干扰磁场的参数和干扰时间，不能远程记录动物的运动轨迹等，以至于无法深入研究磁场对动物导航的影响。

因此，如何提供一种能够在追踪动物的运动轨迹过程中可调整干扰磁场的参数和干扰时间，并能够远程记录动物的运动轨迹的技术方案，以便于深入探究动物的导航机制，特别是磁导航机制，是目前研究磁场对动物导航的影响所亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种探测动物导航定向的装置及方法，以实现在追踪动物的行动中能够定点、定时开启或关闭磁场干扰以及调节磁场参数，而且可产生强度和方向均可调的干扰磁场，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息。

为达到上述目的，本发明实施例一方面提供了一种探测动物导航定向的装置，包括：

卫星定位模块，用于接收定位卫星发送的定位信号，根据所述定位信号获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给主控模块；

主控模块，用于将所述地理位置与预先设置的定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断所述追踪目标当前所在的地理位置是否位于所述定点干扰条件指定的地理位置，如果是，则向可调磁刺激模块发送触发指令，并记录所述追踪目标在所述可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，

和/或，根据预先设置的定时干扰条件定时向所述可调磁刺激模块发送所述触发指令，并记录所述追踪目标在所述可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，所述触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间，所述运动轨迹信息至少包括所述追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间；

可调磁刺激模块，用于根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数对所述追踪目标进行磁场干扰；

存储模块，用于存储所述主控模块记录的运动轨迹信息；

电源模块，用于向所述卫星定位模块、所述主控模块、所述存储模块和所述可调磁刺激模块提供直流电。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述可调磁刺激模块，包括：

线圈，用于产生磁场，干扰所述追踪目标感知地磁信息；

强度调节子模块，用于调节所述线圈产生的磁场的磁场强度；

方向调节子模块，与所述强度调节子模块连接，用于根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数调节所述线圈产生的磁场的磁场方向。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述强度调节子模块，进一步包括：

恒压源，用于通过所述方向调节子模块向所述线圈输出电流；

可调电阻，与所述恒压源连接，用于调节所述恒压源输出的电流的大小。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述方向调节子模块为由若干晶体管和若干电阻组成的H桥电路。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述卫星定位模块，包括：

接收天线，用于接收所述定位卫星发送的定位信号；

GPS芯片，与所述接收天线连接，用于将所述定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给所述主控模块。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述主控模块包括单片机芯片及其时钟电路。

本发明实施例的探测动物导航定向的装置，所述存储模块包括SD卡及其上拉电阻或TF卡及其上拉电阻。

另一方面，本发明实施例还提供了一种探测动物导航定向的方法，包括以下步骤：

通过探测动物导航定向的装置设置干扰条件和磁场参数，所述干扰条件包括定点干扰条件和/或定时干扰条件，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间；

将所述装置安装于追踪目标的身上，放飞所述追踪目标，并启动所述装置；

所述装置的卫星定位模块获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给所述装置的主控模块；

所述主控模块将所述地理位置与所述定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断所述追踪目标当前所在的地理位置是否位于所述定点干扰条件指定的地理位置，如果是，则向所述装置的可调磁刺激模块发送触发指令，所述触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间，

或者，所述主控模块根据所述定时干扰条件定时向所述可调磁刺激模块发送所述触发指令；

所述可调磁刺激模块根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数对所述追踪目标进行磁场干扰；

所述主控模块记录所述追踪目标在所述磁场干扰下的运动轨迹信息，并将所述运动轨迹信息存储到所述装置的存储模块，所述运动轨迹信息至少包括所述追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间。

本发明实施例的探测动物导航定向的方法，所述卫星定位模块获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，具体为：

所述卫星定位模块接收定位卫星发送的定位信号，将所述定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息。

本发明实施例的探测动物导航定向的方法，在所述主控模块记录所述追踪目标在所述磁场干扰下的运动轨迹信息，并将所述运动轨迹信息存储到所述装置的存储模块之后，还包括：

在所述追踪目标归巢后，从所述追踪目标归身上的所述装置上取下所述存储模块，获取所述运动轨迹信息，并分析所述运动轨迹信息。

因此，本发明实施例的技术方案可通过主控模块预先设置磁场干扰条件如定点干扰、定时干扰及相应的磁场参数，在动物的行为轨迹满足预先设置的干扰条件时，主控模块根据预先设置的干扰条件和磁场参数控制可调磁刺激模块产生对应强度和方向的磁场，干扰追踪目标感知地磁信息，并记录追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，并将记录的运动轨迹信息存储在存储模块中，从而实现了在追踪动物的行动中能够定点、定时开启或关闭方向和强度均可调磁场干扰，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息。便于深入探究动物的导航机制，特别是磁导航机制。

附图说明

图1为本发明实施例的探测动物导航定向的装置安装于动物身上时的状态示意图；

图2为本发明实施例的探测动物导航定向的装置的电气原理图；

图3为本发明实施例的一种探测动物导航定向的方法流程图；

图4为本发明实施例的另一种探测动物导航定向的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

参考图1，本发明实施例的探测动物导航定向的装置包括：卫星定位模块1、存储模块3、主控模块2、可调磁刺激模块4和电源模块5。其中，L1和L2为线圈，固定安装于动物的头部，而探测动物导航定向的装置的其他部分则固定安装于该动物的背部。其中，主控模块2分别与卫星定位模块1、存储模块3和可调磁刺激模块4连接，而电源模块，分别与卫星定位模块1、存储模块3、主控模块2和可调磁刺激模块4连接，用来为这些模块提供直流电。

其中，卫星定位模块1，用于接收定位卫星发送的定位信号，根据定位信号获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将地理位置和运动状态信息发送给主控模块2。主控模块2，用于将地理位置与预先设置的定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断追踪目标当前所在的地理位置是否位于定点干扰条件指定的地理位置，如果是，则向可调磁刺激模块4发送触发指令，并记录追踪目标在可调磁刺激模块4产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，和/或，根据预先设置的定时干扰条件定时向可调磁刺激模块4发送所述触发指令，并记录追踪目标在可调磁刺激模块4产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，其中，触发指令包括预先设置的磁场参数，磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间，运动轨迹信息至少包括追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间等。可调磁刺激模块4，用于根据主控模块2发送的触发指令和磁场参数对追踪目标进行磁场干扰。存储模块3，用于存储主控模块2记录的运动轨迹信息。

参考图2，本发明实施例的探测动物导航定向的装置，其中，卫星定位模块1，包括：接收天线ANT，用于接收定位卫星发送的定位信号；GPS芯片U2，与接收天线ANT连接，用于将定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将地理位置和运动状态信息发送给主控模块2。该GPS芯片U2为ProGin系列的SR-92。其中接收天线ANT也可以内置于GPS芯片U1上，也可以外接。

其中，主控模块2包括单片机芯片U1及其时钟电路。时钟电路由电容C1、C2和8MHz晶振组成路。而单片机芯片U1为Atmega8，其第2管脚(RXD)PD0与GPS芯片U2的TXD管脚相连，第3管脚(TXD)PD1与GPS芯片U2的RXD管脚相连，这样，单片机芯片U1就可以与GPS芯片U2进行通讯，接收来自GPS芯片U2的发送的追踪目标当前的地理位置和运动状态信息。而单片机芯片U1的第17管脚PB3(MOSI/OC2)分别与SD卡U3的第7管脚D0和电阻R2连接，第18管脚PB4(MOSI)分别与SD卡U3的第2管脚D1和电阻R3连接，第19管脚PB5(SCK)分别与SD卡U3的第5管脚SCLK和电阻R1连接，第25管脚PC2(ADC2)分别与SD卡U3的第1管脚CS和电阻R4连接。这样，当单片机芯片U1的缓存中从GPS芯片U2接收的追踪目标当前的地理位置和运动状态信息达到512字节后，单片机芯片U1就启动SPI总线，向SD卡U3写入这512字节数据，并更新SD卡U3中的文件记录表。

其中，存储模块4包括SD卡U3及其上拉电阻R1～R4，而SD卡U3也可用TF卡代替。

其中，可调磁刺激模块4，包括：线圈43，用于产生磁场，干扰追踪目标感知地磁信息；强度调节子模块41，用于调节线圈43产生的磁场的磁场强度；方向调节子模块42，用于根据主控模块2的单片机芯片U1发送的触发指令和磁场参数调节线圈43产生的磁场的磁场方向。

其中，强度调节子模块41包括恒压源U4、可调电阻R6、电阻R5和晶体管Q1。其中，恒压源U1的第1管脚Vin与电源VCC连接，第2管脚与可调电阻的R6的一端连接，第3管脚Vout与晶体管Q1的集电极连接，第2管脚和第3管脚Vout之间通过电阻R5连接。可调电阻R6的另一端接地。晶体管Q1的集电极分别与方向调节子模块42的晶体管Q4和Q6的集电极连接，晶体管Q1的基极通过电阻R7与单片机芯片U1的第16管脚PB2(SS/OC1B)连接。当单片机芯片U1的第16管脚PB2(SS/OC1B)为高电平时，晶体管Q1导通，恒压源U4的第3管脚Vout输出的电流就可以通过晶体管Q1的集电极流向晶体管Q4或Q6，从而向线圈43输出电流。而通过调节可调电阻R6的阻值可以调节恒压源U4第3管脚Vout输出的电流的大小，实现调节流经线圈43的电流的大小，从而实现调节线圈43产生的磁场的磁场强度。其中，恒压源U4也可用恒流源代替。

其中，方向调节子模块由晶体管Q2～Q7和电阻R8～R11组成的H桥电路构成。其中，电阻R8的一端与电源VCC连接，另一端与晶体管Q2的集电极连接。电阻R9的一端与单片机芯片U1的第15管脚PB1(OC1A)连接，另一端与晶体管Q2的基极连接。电阻R10的一端与电源VCC连接，另一端与晶体管Q3的集电极连接。电阻R11的一端与单片机芯片U1的第14管脚PB0连接，另一端与晶体管Q3的基极连接。晶体管Q2的射极分别与晶体管Q4和晶体管Q7的基极连接。晶体管Q3的射极分别与晶体管Q5和晶体管Q6的基极连接。晶体管Q4的射极与晶体管Q5的集电极连接。晶体管Q6的射极与晶体管Q7的集电极连接。晶体管Q5和晶体管Q7的射极接地。此外，线圈43由线圈L1和线圈L2串联组成，每个线圈均为由漆包线紧密地绕成圆形，直径为2cm～5cm，匝数为100～300匝。线圈43的一端分别与晶体管Q4的射极、晶体管Q5的集电极连接，另一端分别于晶体管Q6的射极、晶体管Q7的集电极连接。这样，在单片机芯片U1的第16管脚PB2(SS/OC1B)为高电平，晶体管Q1导通的情况下，当单片机芯片U1的第15管脚PB1(OC1A)为高电平时，Q2、Q4和Q7导通，电流从线圈L1流向线圈L2，从而产生一干扰磁场，而当单片机芯片U1的第14管脚PB0为高电平时，Q3、Q5和Q6导通，电流从线圈L2流向线圈L1，从而产生另一干扰磁场，由于电流的流向相反，因此线圈L1和线圈L2产生的磁场方向也就相反。需要说明，在同一时刻，第15管脚PB1(OC1A)和第14管脚PB0不同为高电平。

参考图3，本发明实施例的一种探测动物导航定向的方法，具体包括以下步骤：

步骤S301，通过探测动物导航定向的装置设置定点干扰条件和磁场参数。其中，磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间。

步骤S302，将装置安装于追踪目标的身上，放飞追踪目标，并启动该装置。

步骤S303，该装置的卫星定位模块1获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将该信息发送给装置的主控模块2。具体为：卫星定位模块1接收定位卫星发送的定位信号，将定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将该信息发送给装置的主控模块2。

步骤S304，主控模块将地理位置与定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断追踪目标当前所在的地理位置是否位于定点干扰条件指定的地理位置。如果是，执行步骤S305，否则，继续执行步骤S304。

步骤S305，主控模块2向装置的可调磁刺激模块4发送触发指令，该触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间。

步骤S306，可调磁刺激模块4根据主控模块2发送的触发指令和磁场参数对追踪目标进行磁场干扰。其中，干扰磁场的方向、强度和持续时间依据磁场参数而定。

步骤S307，主控模块2记录追踪目标在磁场干扰下的运动轨迹信息，并将运动轨迹信息存储到装置的存储模块3，其中，运动轨迹信息至少包括追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间。

步骤S308，在追踪目标归巢后，从追踪目标归身上的装置上取下存储模块3，获取运动轨迹信息，并分析运动轨迹信息。

参考图4，本发明实施例的另一种探测动物导航定向的方法，具体包括以下步骤：

步骤S401，通过探测动物导航定向的装置设置定时干扰条件和磁场参数。其中，磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间。

步骤S402，将装置安装于追踪目标的身上，放飞追踪目标，并启动该装置。

步骤S403，该装置的卫星定位模块1获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将该信息发送给装置的主控模块2。具体为：卫星定位模块1接收定位卫星发送的定位信号，将定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将该信息发送给装置的主控模块2。

步骤S404，主控模块2根据预先设置的定时干扰条件定时向可调磁刺激模块4发送触发指令，该触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间。

步骤S405，可调磁刺激模块4根据主控模块2发送的触发指令和磁场参数对追踪目标进行磁场干扰。其中，干扰磁场的方向、强度和持续时间依据磁场参数而定。

步骤S406，主控模块2记录追踪目标在磁场干扰下的运动轨迹信息，并将运动轨迹信息存储到装置的存储模块3，其中，运动轨迹信息至少包括追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间。

步骤S407，在追踪目标归巢后，从追踪目标归身上的装置上取下存储模块3，获取运动轨迹信息，并分析运动轨迹信息。

上述实施例的技术方案可通过主控模块预先设置磁场干扰条件如定点干扰、定时干扰及相应的磁场参数，在动物的行为轨迹满足预先设置的干扰条件时，主控模块根据预先设置的干扰条件和磁场参数控制可调磁刺激模块产生对应强度和方向的磁场，干扰追踪目标感知地磁信息，并记录追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，并将记录的运动轨迹信息存储在存储模块中，从而实现了在追踪动物的行动中能够定点、定时开启或关闭方向和强度均可调磁场干扰，记录并保存追踪目标在可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息。便于深入探究动物的导航机制，特别是磁导航机制。因此，能够准确客观评价磁场干扰效果。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1、一种探测动物导航定向的装置，其特征在于，包括：

卫星定位模块，用于接收定位卫星发送的定位信号，根据所述定位信号获取追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给主控模块；

主控模块，用于将所述地理位置与预先设置的定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断所述追踪目标当前所在的地理位置是否位于所述定点干扰条件指定的地理位置，如果是，则向可调磁刺激模块发送触发指令，并记录所述追踪目标在所述可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，

和/或，根据预先设置的定时干扰条件定时向所述可调磁刺激模块发送所述触发指令，并记录所述追踪目标在所述可调磁刺激模块产生的磁场干扰下的运动轨迹信息，所述触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间，所述运动轨迹信息至少包括所述追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间；

可调磁刺激模块，用于根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数对所述追踪目标进行磁场干扰；

存储模块，用于存储所述主控模块记录的运动轨迹信息；

电源模块，用于向所述卫星定位模块、所述主控模块、所述存储模块和所述可调磁刺激模块提供直流电。

2、根据权利要求1所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述可调磁刺激模块，包括：

线圈，用于产生磁场，干扰所述追踪目标感知地磁信息；

强度调节子模块，用于调节所述线圈产生的磁场的磁场强度；

方向调节子模块，与所述强度调节子模块连接，用于根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数调节所述线圈产生的磁场的磁场方向。

3、根据权利要求2所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述强度调节子模块，进一步包括：

恒压源，用于通过所述方向调节子模块向所述线圈输出电流；

可调电阻，与所述恒压源连接，用于调节所述恒压源输出的电流的大小。

4、根据权利要求2所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述方向调节子模块为由若干晶体管和若干电阻组成的H桥电路。

5、根据权利要求1所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述卫星定位模块，包括：

接收天线，用于接收所述定位卫星发送的定位信号；

GPS芯片，与所述接收天线连接，用于将所述定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给所述主控模块。

6、根据权利要求1所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述主控模块包括单片机芯片及其时钟电路。

7、根据权利要求1所述的探测动物导航定向的装置，其特征在于，所述存储模块包括SD卡及其上拉电阻或TF卡及其上拉电阻。

8、一种探测动物导航定向的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过探测动物导航定向的装置设置干扰条件和磁场参数，所述干扰条件包括定点干扰条件和/或定时干扰条件，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间；

将所述装置安装于追踪目标的身上，放飞所述追踪目标，并启动所述装置；

所述装置的卫星定位模块获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，并将所述地理位置和运动状态信息发送给所述装置的主控模块；

所述主控模块将所述地理位置与所述定点干扰条件进行比较，根据比较结果判断所述追踪目标当前所在的地理位置是否位于所述定点干扰条件指定的地理位置，如果是，则向所述装置的可调磁刺激模块发送触发指令，所述触发指令包括预先设置的磁场参数，所述磁场参数包括磁场强度、磁场方向和持续时间，

或者，所述主控模块根据所述定时干扰条件定时向所述可调磁刺激模块发送所述触发指令；

所述可调磁刺激模块根据所述主控模块发送的触发指令和所述磁场参数对所述追踪目标进行磁场干扰；

所述主控模块记录所述追踪目标在所述磁场干扰下的运动轨迹信息，并将所述运动轨迹信息存储到所述装置的存储模块，所述运动轨迹信息至少包括所述追踪目标的地理位置、速度、加速度、高度、航向和记录时间。

9、根据权利要求8所述的探测动物导航定向的方法，其特征在于，所述卫星定位模块获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息，具体为：

所述卫星定位模块接收定位卫星发送的定位信号，将所述定位信号转变成符合NMEA-0183协议要求的数据格式，获取所述追踪目标当前的地理位置和运动状态信息。

10、根据权利要求8所述的探测动物导航定向的方法，其特征在于，在所述主控模块记录所述追踪目标在所述磁场干扰下的运动轨迹信息，并将所述运动轨迹信息存储到所述装置的存储模块之后，还包括：

在所述追踪目标归巢后，从所述追踪目标归身上的所述装置上取下所述存储模块，获取所述运动轨迹信息，并分析所述运动轨迹信息。

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