CN103875542A

CN103875542A - 牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置

Info

Publication number: CN103875542A
Application number: CN201410092037.1A
Authority: CN
Inventors: 张万锴; 江杰; 兴安; 李宝山; 李琦; 那日苏; 王立全; 王海; 陈波; 仲伟良
Original assignee: INNER MONGOLIA WUTONG TIANXIA NETWORK TECHNOLOGY Co Ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: INNER MONGOLIA WUTONG TIANXIA NETWORK TECHNOLOGY Co Ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明涉及一种牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，包括控制器、项圈、太阳能板和天线，其特征是：控制器、太阳能板和天线固定于项圈表面外侧，控制器固定于项圈一端，控制器上设有电子密码锁，电子密码锁的信号线在项圈上沿项圈长度方向布置，电子密码锁锁头与项圈另一端链接；天线固定于项圈中部；所述控制器包括微控制器模块、GPS模块、GSM模块、计步模块、存储模块和电源模块；微控制器模块分别连接GPS模块、GSM模块、移动计步模块、存储模块和电源模块。其优点是：为牧民提供牲畜放养跟踪定位、行走信息记录，借助远程监控手段，实现了牲畜运动行为研究、生长环境信息记录、电子围栏管理以及牲畜失踪查找和防盗报警功能。

Description

牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置

技术领域

本发明公开了一种放养跟踪定位装置，特别涉及一种用于牧区牲畜的跟踪定位防盗装置，属于机电技术领域。

背景技术

在广大草原牧区牲畜饲养采取的主要形式是游动放牧，即将草原牧场划分成若干区段，按一定的时间和顺序轮回放牧，这种形式是保障草原生态资源合理利用的必要措施之一。而其带来的弊端是放牧作业范围大、周期长，缺乏对牲畜日常生长情况的跟踪和有效管理。目前，随着城市化进程不断推进，畜牧从业人员正在大量减少，而市场对于畜牧产品的需求并未下降。如何改进畜牧行业管理效率、提升畜产品质量是畜牧产业可持续发展亟待解决的核心问题之一。

市场已有的跟踪定位产品可以实现对移动物体基本定位功能，但是普遍功耗很高，无法满足游动放牧过程中长期使用无法充电的问题。而且，要想得到牲畜运动轨迹信息，前提是必须保证跟踪定位装置绑定于牲畜身体上，而跟踪定位装置其数据是否是脱离牲畜人为产生，现有技术手段无法判别。

草原牧区牲畜（如牛、马、羊）饲养周期长，成本较高，游动放牧过程中牲畜活动范围大且分散，而放牧人员少，时常会有牲畜丢失、被盗事件发生，直接危害牧民经济利益。如何有效防范类似事件发生是目前畜牧业希望解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将移动通信、嵌入式系统和自动检测技术应用于草原牧业生产过程中，包括为牧民提供牲畜放养跟踪定位，行走信息记录，借助计算机远程监控手段还可实现牲畜运动行为研究、生长环境信息记录、电子围栏管理以及牲畜失踪查找和防盗报警功能的牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置。

本发明的目的是是通过以下的技术方案实现的：

本发明的一种牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，包括控制器、项圈、太阳能板和天线，所述控制器、太阳能板和天线固定于项圈表面外侧，控制器固定于项圈一端，控制器上设有电子密码锁，电子密码锁的信号线在项圈上沿项圈长度方向布置，电子密码锁锁头与项圈另一端链接；天线固定于项圈中部；

所述控制器包括微控制器模块、GPS模块、GSM模块、计步模块、存储模块和电源模块；

所述微控制器模块分别连接GPS模块、GSM模块、移动计步模块、存储模块和电源模块；

所述微控制器模块，主控芯片为ARM Cortex-M3内核的32位增强型微控制器STM32F103RBT，用于控制其它模块的工作状态，并接收GPS模块、计步模块的信息，数据经运算处理后存入存储模块；

所述GPS模块，采用ATK-NEO-6M模组，集成高性能无源陶瓷天线，刷新速率5Hz；用于通过天线接收GPS卫星信号，并经串口将经度、纬度、高度和速度信息输出给微控制器模块；

所述GSM模块，采用SIM900A芯片，工作频段：900/1800Mhz，低功耗实现SMS和数据的传输；用于通过GPRS移动通信网络与远程数据中心和放牧人员手机实现信息传输；

所述计步模块，采用振动传感器和加速度传感器采集牲畜运动姿态数据，用于记录牲畜行走信息并传输给微控制器模块；根据机械振动原理，通过检测牲畜运动产生的振幅范围确定牲畜运动情况，测量运动振幅达到设定阀值的频率得出其运动的步数，微处理器再根据牲畜的生理特征模型、GPS信息，并综合运用计步模块的计步数据，获得牲畜的速度进而得到牲畜的行走里程。

所述存储模块，采用EEPROM读写电路，用于将系统采集数据实时存储；

所述电源模块，采用双电源供电，工作时间锂离子电池供电，休眠时间纽扣电池供电；电源模块通过太阳能板为锂离子电池充电，即：太阳能板在自然光照条件满足时将太阳能转换为电能为锂离子电池充电；

所述电子密码锁，将项圈两端链接锁闭固定于牲畜脖颈部位，起到防盗报警和运动轨迹真实性判别作用。

有益效果

本发明可以为牧民提供牲畜放养跟踪定位、行走信息记录，借助计算机远程监控手段，整合相关数据信息还可实现牲畜运动行为研究、生长环境信息记录、电子围栏管理以及牲畜失踪查找和防盗报警功能，可有效提高牧业管理效率，具有很好的实际应用价值和理论研究意义。

附图说明

图1为牧区牲畜跟踪定位防盗装置结构示意图；

图2为牧区牲畜跟踪定位防盗装置控制器系统框图；

图3为牧区牲畜跟踪定位防盗装置微控制器部分电路原理图；

图4为牧区牲畜跟踪定位防盗装置接口模块部分电路原理图。

图中：1、控制器，2、项圈，3、太阳能板，4、GPS天线，5、微控制器模块，6、GPS模块、7、GSM模块，8、计步模块，9、存储模块，10、电源模块，11、电子密码锁，12、GPS卫星，13、远程数据中心，14、手机。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图4所示，本发明的一种牧区牲畜跟踪定位防盗装置，包括：控制器1、项圈2、太阳能板3和天线4；所述控制器1、太阳能板3和天线4固定于项圈2表面外侧，控制器1固定于项圈2一端，在控制器上设有电子密码锁11，电子密码锁的信号线在项圈上沿项圈长度方向布置，其电子密码锁11锁头与项圈2另一端链接；天线4固定于项圈2中部。所述控制器1包括：微控制器模块5、GPS模块6、GSM模块7、计步模块8、存储模块9和电源模块10；

所述微控制器模块5分别连接GPS模块6、GSM模块7、计步模块8、存储模块9、电源模块10和电子密码锁11；

所述微控制器模块5，主控芯片采用ARM Cortex-M3内核的32位增强型微控制器STM32F103RBT，用于控制其它模块的工作状态，并接收GPS模块6、计步模块8的信息，数据经运算处理后存入存储模块9；

所述GPS模块6，采用ATK-NEO-6M模组，集成高性能无源陶瓷天线，刷新速率5Hz；通过天线4接收GPS卫星信号并经串口将经度、纬度、高度和速度信息输出给微控制器模块5；

所述GSM模块7，采用SIM900A芯片，工作频段：900/1800Mhz，低功耗实现SMS和数据的传输；通过GPRS移动通信网络与远程数据中心13实现信息传输；

所述计步模块8，采用振动传感器和加速度传感器采集牲畜运动姿态数据，用于记录牲畜放养行走信息并传输给微控制器模块1；

所述存储模块9，采用EEPROM读写电路，用于将系统采集数据实时存储；

所述电源模块10，为整个装置提供电源，采用双电源供电，工作时间锂离子电池供电，休眠时间纽扣电池供电。太阳能板3向锂离子电池充电。

所述电子密码锁11，将项圈两端链接锁闭固定于牲畜脖颈部位。

工作原理及过程如下：

装置上电后，微控制器模块开始工作，首先对各模块、及内部资源进行初始化。初始化完成后，启动GPS模块开始接收GPS数据，等接收到经纬度信息定位成功后，启动GSM模块并连接数据中心，成功建立连接后，将经纬度信息、时间信息等发送到远程数据中心。数据发送成功后，系统进入休眠模式，电源模块切换至纽扣电池供电以降低功耗。如果，微控制器模块连接远程数据中心失败，则将数据以SMS短信的形式发送到一固定手机号上，然后进入休眠模式。如果多次（初始值设为6次）连接数据中心失败，控制器将经纬度信息、时间等信息整合后保存到存储模块中，并暂时停止连接远程数据中心，等过一定时间后（1小时）再试图去连接数据中心；连接成功后，将保存的定位信息一次性发往数据中心。存储的数据也可通过GSM模块传送到手机、PDA等手持设备。

进入休眠模式后，可通过以下2种方式唤醒：（1）定时唤醒，定时时间可调，初始设置为10分钟。（2）数据中心随机唤醒，数据中心可在任意时刻发送一任意数据去唤醒微控制器模块。

为了降低功耗提高工作效率，GPS模块工作模式设置为1小时自动搜星并定位一次，这样，GPS模块始终处在温启动状态，可在较短（20—30秒）时间内实现快速定位。GSM模块只有在需要和远程数据中心通信时才进入工作状态并连接到远程数据中心，其余时刻处在待机模式以降低功耗。

记步模块启动后，自动采集传感器数据，分析处理后生成牲畜行走步数信息，并累计记录后定期发送给微处理器，微处理器再根据牲畜的生理特征模型、GPS信息，综合运用计步数据，获得牲畜的速度进而得到里程、速度信息，与GPS信息一起打包发送到远程数据中心，实现对牲畜行走信息记录功能。

远程数据中心将接收到的数据并综合其它方面数据，建立牧群信息档案，可实现更广泛的应用。如利用牲畜放牧过程记录的经度、纬度和时间信息可以在电子地图上描绘出牲畜运动轨迹；利用牲畜运动里程信息可以辅助放牧人员记录牲畜运动量大小，可作为判断其肉质优劣重要参考因素。

借助电子密码锁可以对远程数据中心采集到的牲畜运动轨迹数据真实性进行判别。本装置由工作人员安装佩戴于牲畜脖颈部位，电子密码锁正常锁闭，装置开启运行，则采集到的数据判定为真实有效；否则，为无效数据。

若已知牲畜所在牧场范围坐标，还可以实现电子围栏功能，即若牲畜所在位置超出牧场范围，系统发出警告提示信息给放牧人员手机，放牧人员收到信息后驱赶牲畜群返回牧场区域。

若牲畜丢失，借助本装置发出的GPS位置信息，可以快速查询到其位置，帮助放牧人员尽快找到丢失的牲畜。牲畜丢失后，若装置上的电子密码锁被非正常卸除，则系统会立即发出报警，同时向放牧人员手机发送短信，报告其当前所在位置，提醒放牧人员注意。

Claims

1.一种牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，包括控制器、项圈、太阳能板和天线，其特征是：所述控制器、太阳能板和天线固定于项圈表面外侧，控制器固定于项圈一端，控制器上设有电子密码锁，电子密码锁的信号线在项圈上沿项圈长度方向布置，电子密码锁锁头与项圈另一端链接；天线固定于项圈中部；所述控制器包括微控制器模块、GPS模块、GSM模块、计步模块、存储模块和电源模块；微控制器模块分别连接GPS模块、GSM模块、移动计步模块、存储模块和电源模块；微控制器模块，用于控制其它模块的工作状态，并接收GPS模块、计步模块的信息，数据经运算处理后存入存储模块；所述GPS模块，用于通过天线接收GPS卫星信号，并经串口将经度、纬度、高度和速度信息输出给微控制器模块；所述GSM模块，用于通过GPRS移动通信网络与远程数据中心和放牧人员手机实现信息传输；所述计步模块，采用振动传感器和加速度传感器采集牲畜运动姿态数据，用于记录牲畜行走信息并传输给微控制器模块。

2.根据权利要求1所述的牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，其特征是：所述电源模块，采用双电源供电，工作时间锂离子电池供电，休眠时间纽扣电池供电。

3.根据权利要求2所述的牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，其特征是：电源模块通过太阳能板为锂离子电池充电。

4.根据权利要求1所述的牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，其特征是：计步模块通过检测牲畜运动产生的振幅范围确定牲畜运动情况，测量运动振幅达到设定阀值的频率得出其运动的步数。

5.根据权利要求4所述的牧区牲畜放养跟踪定位防盗装置，其特征是：微处理器根据牲畜的生理特征模型、GPS信息，并综合运用计步模块的计步数据，获得牲畜的速度，得到牲畜的行走里程。