CN104007140A - 一种奶牛隐性乳房炎检测仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及畜牧业中具备无线通信功能的牲畜疾病检测仪器设计领域，具体为一种奶牛隐性乳房炎检测仪及其使用方法。检测人员只需手持该检测仪，将探头置入采样牛奶中，硬件电路就会将电导率转化为模拟电压值输入到MSP430芯片中。MSP430利用内部ADC对外部电压进行AD转换后，与设定阈值进行比较，并将比较的结果显示在LCD1602液晶屏上。若超出安全范围，将以异步串行通信的方式将告警信息传送给PTR2000无线收发一体模块A。该模块以无线发送的方式将检测结果发送给PC端的PTR2000无线收发一体模块B，之后，信息通过RS232结构送入PC机。PC端人员接收到警告信息后，利用“无线通信报警系统”通过GSM网络向负责人发送报警短信，完成由实地检测到实时通知的整个过程。

Description

一种奶牛隐性乳房炎检测仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及畜牧业中具备无线通信功能的牲畜疾病检测仪器设计领域，具体为一种奶牛隐性乳房炎检测仪及其使用方法。 

背景技术

近年来，无线通信技术发展迅速。由于该项技术减少了架设通信线路的人力与财力，极大降低了数据传输的成本，因此在各个领域都取得了广泛的应用，如无线对讲技术、无线键盘鼠标、远程定位以及农业数据采集传输等。进入21世纪，农业作为我国的基础产业，经历了一个发展的“黄金期”，并向着自动化、信息化、网络化方向谋求更加快速的发展。无线通信技术无疑会加快现代化农业发展的步伐，因此对这一方向的深入研究与产品开发是极具时代意义的。然而，目前为止，无线通信技术还很少在农业领域中使用，导致数据传输需要借助电缆或光缆等完成，消耗了大量的人力财力。因此，基于无线通信的畜牧业检测与控制设备的研发势在必行。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

目前市面上的奶牛乳房炎检测装置大多体型庞大，技术难度大，购置成本高，且无法进行远程通信。基于PTR2000和GSM的奶牛隐性乳房炎检测系统的检测与通信同时进行，一旦检测出乳牛患病，能够实时向用户发送警报，以便及时采取解决措施。 

(二)技术方案 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种奶牛隐性乳房炎检测仪，所述奶牛隐性乳房炎检测仪由手持检测仪、信息接收装置和短信发送装置组成；所述手持检测仪由奶质检测模块和无线通信模块组成； 所述奶质检测模块包括：主控芯片、液晶显示屏、探头及其硬件电路；所述无线通信模块包括无线收发一体数传模块A、天线及其硬件电路；所述信息接收装置包括无线收发一体数传模块B和天线；所述信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连；所述PC机预装“无线通信报警系统”软件。 

优选地，所述无线收发一体数传模块A和无线收发一体数传模块B均为PTR2000。 

优选地，所述主控芯片为MSP430F149。 

优选地，所述短信发送装置为TC35模块。 

优选地，所述探头为现有二相插头及其接线构成。 

优选地，测量阈值为5*105/mL时的电导率，测量电导率高于所述测量阈值时判定奶牛患隐性乳房炎。 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用所述奶牛隐性乳房炎检测仪进行检测的方法，所述方法包括如下步骤： 

通过串口通信的方式，同时将信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连； 

运行“无线通信报警系统”软件，弹出PC机与GSM模块对话框； 

取一绝缘容器，倒入一定量的待检测牛奶； 

按下检测开关5预热所述探头； 

将所述探头8插入盛牛奶的容器中； 

查看手持设备的显示屏3上出现的检测结果； 

手持检测仪的无线通信模块通过异步串行通信的方式无线发送数据； 

所述信息接收装置将所述数据传送给PC机； 

所述PC机在“无线通信报警系统”软件信界面上显示测量的结果； 

如果测量的结果表明此奶牛换有隐性乳房炎，则短信发送装置通过发送短信的方式通知用户，否则继续监控。 

(三)有益效果 

无线通信技术无疑会加快现代化农业发展的步伐。然而，目前为止，无线通信技术还很少在农业领域中使用，导致数据传输需要借助电缆或光缆等完成，消耗了大量的人力财力。因此，基于无线通信的检测与控制设备的研发势在必行。本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪基于PTR2000和GSM，具有超低功耗，检测速度快，无线通信抗干扰能力强等特点本发明包含了从检测主控芯片到无线通信模块，从硬件电路到通信软件，实现了从实地检测到实时数据传输的功能，大幅度提高了对隐性乳房炎检测这一工作的效率，具有可观的发展前景。 

检测人员只需手持该检测仪，将探头置入采样牛奶中，硬件电路就会将电导率转化为模拟电压值输入到MSP430芯片中。MSP430利用内部ADC对外部电压进行AD转换后，与设定阈值进行比较，并将比较的结果显示在LCD1602液晶屏上。若超出安全范围，将以异步串行通信的方式将告警信息传送给PTR2000无线收发一体模块A。该模块以无线发送的方式将检测结果发送给PC端的PTR2000无线收发一体模块B，之后，信息通过RS232结构送入PC机。PC端人员接收到警告信息后，利用“无线通信报警系统”通过GSM网络向负责人发送报警短信，完成由实地检测到实时通知的整个过程。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的系统总体示意图； 

图2是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的手持检测仪外观示意图； 

图3是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的手持检测仪电路图； 

图4是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的手持检测仪结构示意图； 

图5是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的信息接收模块电路图； 

图6是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的信息接收模块结构示意图； 

图7是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的牛奶体细胞数与电导率5次拟合曲线； 

图8是根据本发明一种奶牛隐性乳房炎检测仪一个实施例的检测电路电路图。 

图中：1、封装外壳；2、LED数据收发指示灯；3、液晶显示屏；4、电源适配器接口；5、电源开关；6、供电电池盒；7、绝缘连接线；8、金属探头；9、发射天线。 

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。 

图1所示，奶牛隐性乳房炎检测仪由手持检测仪、信息接收装置和短信发送装置组成；所述手持检测仪由奶质检测模块和无线通信模块组成；所述奶质检测模块包括：主控芯片、显示器、探头及其硬件电路；所述无线通信模块包括无线收发一体数传模块A、天线及其硬件电路；所述信息接收装置包括无线收发一体数传模块B和天线；所述信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连；所述PC机预装“无线通信报警系统”软件。 

本实施例中的奶质检测模块：主要包含MSP430F149主控芯片、 LCD1602液晶显示屏、PTR2000A无线发送模块。由于牛奶的电导率能直接反映出乳牛健康状况，因此检测人员只需手持该检测仪，将探头置入采样牛奶中，硬件电路就会将电导率转化为模拟电压值输入到MSP430芯片中。MSP430利用内部ADC对外部电压进行AD转换后，与设定阈值进行比较，并将比较的结果显示在LCD1602液晶屏上。若超出安全范围，将以异步串行通信的方式将告警信息传送给PTR2000无线发送模块A。该模块以无线发送的方式将检测结果发送给PC端接收设备。 

本实施例中的PC端无线设备：主要包括：包含PTR2000B的信息接收装置和包含TC35模块的短信发送装置。PTR2000B模块接收到来自手持检测设备发来的数据之后，信息通过RS232结构送入PC机。PC端人员接收到警告信息后，利用“无线通信报警系统”通过GSM网络向负责人发送报警短信，完成由实地检测到实时通知的整个过程。 

图2所示，本发明手持检测仪外观示意图。发射天线9位于封装外壳1顶部；封装外壳1正面装有LED数据收发指示灯、2液晶显示屏3、开关5、和通过绝缘连接线7与封装外壳1相连的探头8。封装外壳1下方设置有电源适配器4和电池盒6。 

图3所示，为本发明手持检测仪内部电路图，按照该图描述，将奶质检测模块和无线通信模块连接在封装外壳1内。奶质检测模块和无线通信模块结构示意图如图4所示。 

图5所示，为本发明接收模块内部电路图，按照该图描述，将无线收发一体数传模块PTR2000B和天线连接在接收模块的外壳内。接收模块结构示意图如图6所示。 

应用本发明进行检测的原理： 

研究表明，患有隐性乳房炎的奶牛的体细胞数与正常奶牛相比明显增多，而牛奶体细胞数又与电导率这一电学物理量有着一定的联系，正如表1中的牛奶体细胞数与电导率的关系数据所示。 

表1 

为了直观体现牛奶体细胞数与电导率二者的关系，我们利用Matlab的曲线拟合算法处理数据，绘制出反映二者关系的5次拟合曲线，如图7所示。 

可以看出，随着牛奶体细胞数的增加，电导率呈上升趋势；而且，国际标准中，若奶牛体细胞含量在5*105/mL以上时，则认为该头奶牛患有隐性乳房炎。那么，可以取拟合曲线上牛奶体细胞数为5*10⁵/mL时的电导率为测量阈值，若某牛奶电导率高于此阈值，我们就可以断定牛奶所出自的奶牛患有隐性乳房炎，根据此原理，即可检测出患有隐性乳房炎的奶牛并发出警告信息。 

检测电路的设计： 

目前市面上尚缺少可由单片机控制的电导率传感器，而本系统又并不需要测出电导率的数值，只需要将奶样的电导率与设定的阈值相比较即可判断奶牛是否健康，利用电学物理量之间的相互转化就可以找到一种更加简便准确的方法来解决这一问题。电导率的k计算公式为 

$k=\frac{1}{\mathrm{\ρ}}=\frac{L}{\mathrm{RS}}$ ② 

其中：ρ为电阻率；L为两电极间距；S为电极表面积；R为电极间电阻值。 

为测量电极间的电阻值R，检测电路采用电阻串联分压的方法将 电阻值转化为可作为单片机输入信号的电压值。实现电路如图8所示。 

设分压电阻阻值为R_L，供电电压为V_CC，输出电压为V_OUT，由分压电路可列出方程 

$\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{R}=\frac{V_{\mathrm{CC}}-V_{\mathrm{OUT}}}{R_L}$ ③ 

由上述方程可以得出 

$k=\frac{L}{\mathrm{RS}}=\frac{L(V_{\mathrm{CC}}-V_{\mathrm{OUT}})}{R_L{\mathrm{SV}}_{\mathrm{OUT}}}$ ④ 

显然，当电极固定不变时，方程④即可化为电导率k与单片机输入电压V_OUT唯一相关的函数。 

为满足这一条件，本系统采用日常电器的两项插头作为电极，其绝缘层以及固定电极保证了方程④中两电极间距L与电极表面积S固定，确保了测量的稳定性。 

系统选取MSP430F149的P6.0引脚模拟输入通道，将模拟输入电压，即检测电路的输出电压V_OUT进行单通道多次转换，与内部产生的参考电压进行多次比较，并在ADC中断服务程序中用多次平均法计算出16进制表示的模拟电压值。 

其中，转换公式为： 

$\mathrm{NADC}=\frac{4095*(V_{\mathrm{in}}-V_{R^{-}})}{V_{R^{+}}-V_{R^{-}}}$ ① 

转换完成后，MSP430F149单片机会将此电压值转换为十进制后与既定阈值比较，通过数据外部数据总线，将比较结果以字符串的形式显示在LCD1602上。 

应用本发明所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪进行检测的方法，包括如下步骤： 

通过串口通信的方式，同时将信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连； 

运行“无线通信报警系统”软件，弹出PC机与GSM模块对话框； 

取一绝缘容器，倒入一定量的待检测牛奶； 

按下检测开关(5)预热所述探头； 

将所述探头(8)插入盛牛奶的容器中； 

查看手持设备的显示屏(3)上出现的检测结果； 

手持检测仪的无线通信模块通过异步串行通信的方式无线发送数据； 

所述信息接收装置将所述数据传送给PC机； 

所述PC机在“无线通信报警系统”软件信界面上显示测量的结果； 

如果测量的结果表明此奶牛换有隐性乳房炎，则短信发送装置通过发送短信的方式通知用户，否则继续监控。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (7)

1.一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，所述奶牛隐性乳房炎检测仪由手持检测仪、信息接收装置和短信发送装置组成；所述手持检测仪由奶质检测模块和无线通信模块组成；所述奶质检测模块包括：主控芯片、液晶显示屏、探头及其硬件电路；所述无线通信模块包括无线收发一体数传模块A、天线及其硬件电路；所述信息接收装置包括无线收发一体数传模块B和天线；所述信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连；所述PC机预装“无线通信报警系统”软件。

2.根据权利要求1所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，所述无线收发一体数传模块A和无线收发一体数传模块B均为PTＲ2000。

3.根据权利要求2所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，所述主控芯片为MSP430F149。

4.根据权利要求3所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，所述短信发送装置为TC35模块。

5.根据权利要求4所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，所述探头为现有二相插头及其接线构成。

6.根据权利要求5所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪，其特征在于，测量阈值为5*10⁵/mL时的电导率，测量电导率高于所述测量阈值时判定奶牛患隐性乳房炎。

7.一种应用权利要求1～6项任一项所述的一种奶牛隐性乳房炎检测仪进行检测的方法，所述方法包括如下步骤：

通过串口通信的方式，同时将信息接收装置和短信发送装置与PC机的两个串口相连；

运行“无线通信报警系统”软件，弹出PC机与GSM模块对话框；

取一绝缘容器，倒入一定量的待检测牛奶；

按下检测开关(5)预热所述探头；

将所述探头(8)插入盛牛奶的容器中；

查看手持设备的显示屏(3)上出现的检测结果；

手持检测仪的无线通信模块通过异步串行通信的方式无线发送数据；

所述信息接收装置将所述数据传送给PC机；

所述PC机在“无线通信报警系统”软件信界面上显示测量的结果；

如果测量的结果表明此奶牛换有隐性乳房炎，则短信发送装置通过发送短信的方式通知用户，否则继续监控。