CN103284759A - 一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统 - Google Patents

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高万林
罗璇
张晗
肖颖
韩孟
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China Agricultural University
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Abstract

本发明涉及一种基于超声波的、可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统，所述物联网终端控制系统包括主控模块、声波发射器、声波接收器、电源模块、按键模块、显示模块、射频识别模块、网络传输模块。该装置可提供满足人们对测量猪脂肪厚度的需求，并可以对不同猪的生长情况进行跟踪记录，进而对不同品种、不同年龄、不同性别的猪进行分析比较。养殖场可以通过信息系统随时了解所有畜禽的现实状况，保障健康安全的养殖和生产管理。

Description

一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统
技术领域
本发明涉及超声波探测、无线通信以及嵌入式控制领域。 
背景技术
声波技术目前已经很成熟了，但是在畜牧养殖方面的应用还不尽如人意，而射频识别技术和无线传输技术近年来应用在农业物联网上也越来越广泛，为了更高效地对猪场进行管理，本发明将电子技术、声波技术、射频识别技术以及无线传输技术有效地结合起来，对畜牧业养殖具有很大的促进意义。 
猪体内大部分的脂肪都是皮下脂肪层，这和猪体内总脂肪含量是高度相关的。本世纪六十年代在欧洲发展起来的超声波猪脂肪厚度测量技术可以对猪皮下脂肪的厚度进行比较准确的测量，进而可以估算出猪体内总的脂肪含量，那么猪体内瘦肉的含量也可以相应的计算出来。 
发明内容
为了克服现有的脂肪厚度测量装置笨重、成本高、使用复杂的不利因素，本发明提供一种方便快捷、使用简单，成本低廉的装置，该装置能够有效地对猪体脂肪进行厚度测量，并方便测量数据的传输汇总到用户设备终端，以通过信息系统随时了解所有畜禽的现实状况。 
本发明提供了一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统，包括用于控制整个系统的主控制模块、对该系统进行供电的电源模块、将测试出来的脂肪层厚度进行直观显示的显示模块以及对具体操作进行控制的按键模块和无线传输模块，所述控制系统还包括超声波探测装置，用来探测猪活体脂肪厚度。 
所述超声波探测装置包括用来发射超声波的超声波发射器，以及用来接收 反射回来的超声波的超声波接收器；所述物联网终端控制系统还包括射频识别模块，该射频识别模块对猪耳标进行识别，将识别数据传输给所述主控制模块，所述主控制模块记录耳标识别数据；所述物联网终端控制系统还包括网络传输模块，用以将超声波探测数据和射频识别数据传送至设备终端。 
所述超声波发射器包括超声波发射传感器UCM40T和超声波发射电路，超声波发射电路将从主控制模块接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路，用其输出信号驱动CMOS管，将所述方波脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大，使幅值增加后，将放大的方波脉冲信号施加到超声波换能器上，从而产生频率为125kHz的超声波，并将其发射出去。 
所述超声波接收器包括与超声波发射传感器UCM40T配对的UCM40R接收传感器以及接收放大电路；所述接收放大电路包括由OP37构成的两级运放电路、由TL082构成的二阶带通滤波电路以及由LM393构成的比较电路。 
该两级运放电路的第一级放大100倍，第二级放大50倍；所述由TL082构成的二阶带通滤波电路，用来对回波信号放大后再进一步滤波；滤波后的信号输入到由LM393构成的比较器的反相输入端，与基准电压相比较，并对其比较输出电压进行限幅，再将比较输出电压接至D触发器，从而整形出方波信号，再将整形得到的方波信号传送至FPGA，再启动接收模块计数，达到脉冲串设定值时，关闭计时计数器停止计数。 
所述按键模块包括电源总开关按键、开始测量（发射超声波）按键以及系统复位按键。 
所述显示模块通过串口连接并驱动控制两个七段高亮数码管，并进行移位显示。 
网络传输模块通过存储器先将数据进行存储，再通过蓝牙将采集到的数据传 送到终端设备。也可以通过串口通讯模块将数据传输到上位机。 
所述终端设备为手机，该手机通过GSM网络或无线互联网相互连接。 
附图说明：
图1是本发明的硬件系统电路原理图； 
图2是超声波发射电路； 
图3是超声波接收电路； 
图4是物联网终端控制系统的实施结构图。 
具体实施方式
为使本发明实施目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 
本发明的物联网终端控制系统包括主控制模块、超声波发射器、超声波接收器、电源模块、按键模块、显示模块、射频识别模块以及网络传输模块。 
主控制模块采用PIC16F872单片机。 
超声波探测装置以UCM-40K系列压电陶瓷超声波传感器为核心元件，还包括相应的放大、滤波、整形电路。整体硬件系统电路原理图如图1所示。 
所述超声波发射器包括超声波发射传感器UCM40T和超声波发射电路，电路如图2所示，超声波发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路，用其输出信号驱动CMOS管，接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大，使幅值增加后，将放大的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为125kHz的超声波并将其发射出去。 
超声波接收器包括与发射传感器UCM40T配对的UCM40R传感器以及接收放大电路，如图3所示。接收放大电路由OP37构成的两级运放电路、TL082构成 的二阶带通滤波电路以及LM393构成的比较电路三部分组成。因本系统频率较高，回波信号非常弱，为毫伏级，因此设计成两级放大电路，第一级放大100倍，第二级放大50倍，共放大5000倍左右。考虑到要适应各种复杂的工作环境，因此设计了由TL082构成的高精度带通滤波电路，以供回波信号放大后进行进一步滤波，将滤波后的信号输入到LM393构成的比较器反相输入端，与基准电压相比较，并且对其比较输出电压进行限幅，将其电压接至D触发器，比较器将经过放大后的交流信号整形出方波信号，将其接至微控制器PIC16F872的P2.4口，进行信号接收处理。 
PIC16F872单片机执行一段程序后在P2.3端口产生的脉冲信号通过放大电路驱动超声波发射头(即超声波发射传感器)UCM40T工作。超声波接收传感器UCM40R将由发射传感器发出的经反射后的超声波脉冲转变为微弱的交流信号，通过滤波、整形、放大电路将接收到的信号传至单片机P2.4口，用以计算猪活体背膘厚度。 
按键直接通过上拉电阻以中断的方式接到单片机的I/O口上，按键模块包括三个按键——电源总开关按键，开始测量（发射超声波）按键以及系统复位按键。 
电源采用5V直流电压供电。 
显示终端通过串口连接驱动控制两个七段高亮数码管，进行移位显示。 
射频识别模块通过对猪耳上的电子标签进行识别，通过单片机进行处理。 
网络传输模块通过存储器先将数据进行存储，再通过串口通讯模块，如RS-232模块，将数据传输到上位机，同时也可以通过蓝牙将采集到的数据传送到其他终端设备，例如手机，终端设备可以通过GSM网络或无线互联网络再将数据传送到其他终端设备中。 
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

Claims (9)

1.一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统，其特征在于包括用于控制整个系统的主控制模块、对该系统进行供电的电源模块、将测试出来的脂肪层厚度进行直观显示的显示模块以及对具体操作进行控制的按键模块，所述控制系统还包括超声波探测装置，用来探测猪活体脂肪厚度。 
2.如权利要求1所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述超声波探测装置包括用来发射超声波的超声波发射器，以及用来接收反射回来的超声波的超声波接收器；所述物联网终端控制系统还包括射频识别模块，该射频识别模块对猪耳标进行识别，将识别数据传输给所述主控制模块，所述主控制模块记录耳标识别数据；所述物联网终端控制系统还包括网络传输模块，用以将超声波探测数据和射频识别数据传送至设备终端。 
3.如权利要求2所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述超声波发射器包括超声波发射传感器UCM40T和超声波发射电路，超声波发射电路将从主控制模块接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路，用其输出信号驱动CMOS管，将所述方波脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大，使幅值增加后，将放大的方波脉冲信号施加到超声波换能器上，从而产生频率为125kHz的超声波，并将其发射出去。 
4.如权利要求2所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述超声波接收器包括与超声波发射传感器UCM40T配对的UCM40R接收传感器以及接收放大电路；所述接收放大电路包括由OP37构成的两级运放电路、由TL082构成的二阶带通滤波电路以及由LM393构成的比较电路。 
5.如权利要求4所述的物联网终端控制系统，其特征在于，该两级运放电路的第一级放大100倍，第二级放大50倍；所述由TL082构成的二阶带通滤波电路，用来对回波信号放大后再进一步滤波；滤波后的信号输入到由LM393构 成的比较器的反相输入端，与基准电压相比较，并对其比较输出电压进行限幅，再将比较输出电压接至D触发器，从而整形出方波信号，再将整形得到的方波信号传送至FPGA，再启动接收模块计数，达到脉冲串设定值时，关闭计时计数器停止计数。 
6.如权利要求2所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述按键模块包括电源总开关按键、开始测量（发射超声波）按键以及系统复位按键。 
7.如权利要求2所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述显示模块通过串口连接并驱动控制两个七段高亮数码管，并进行移位显示。 
8.如权利要求2所述的物联网终端控制系统，其特征在于，网络传输模块通过存储器先将数据进行存储，再通过串口通讯模块将数据传输到上位机，最后通过蓝牙将采集到的数据传送到终端设备。 
9.如权利要求8所述的物联网终端控制系统，其特征在于，所述终端设备为手机，该手机通过GSM网络或无线互联网相互连接。 
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