CN105044611A - 一种野外放养动物监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种野外放养动物监测系统，包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板，太阳能充电板通过充电开关对蓄电池进行充电，项圈上还设置有用于监测蓄电池和太阳能充电板电压的中心处理单元，中心处理单元控制GPS模块和GPRS模块的工作状态，中心处理单元包括累加器。野外放养动物监测方法，实时监测太阳能充电电压和蓄电池工作电压，合理的对太阳能极板和蓄电池进行控制，使电源系统在各种天气情况下都能合理工作；根据当时的天气情况来判断太阳能充电板的工作状态，进而决定电源管理系统的工作状态，具有一定的冗余性，使蓄电池不会因天气的突变而不停的在各种状态间转换，保证了蓄电池的寿命。
Description
技术领域
本发明属于监测设备技术领域，涉及一种野外放养动物监测系统，本发明还涉及利用该系统对野外放养动物进行监测的方法。
背景技术
牛羊肉由于其丰富的营养价值受到多数人的喜欢，为了让牛羊肉新鲜，经常要在大草原上散养放牧。为了很好的对牛羊进行管理，我们需要对牛羊进行监控，目前人们往往是在放牧区域安放监测设备对动物监测，通过这种设备监测记录动物活动信息。但现存动物监测设备存在耗电量大、供电模式单一、持续工作能力不强、环境适用性差等弊病，所以提出了在牛羊身上加GPS定位系统和GPRS(GeneralPacketRadioService)通用分组无线服务技术，这样可以实时对牛羊进行监控，但GPS定位和GPRS都需要电池供电，而通常的草原放牧需要长达数天或数月的户外活动，这就需要电池能够长时间持续供电，保证监测设备能长时间运行。
蓄电池在实际应用中所遇到的最大问题是其使用寿命达不到设计寿命。本应寿命在10～15年的蓄电池，在实际使用中大都在3～5年便损坏，这就影响了整个系统的可靠性。蓄电池的使用寿命由多方面的因素决定的，包括蓄电池本身的物理性能、使用环境、监控管理方式和充放电制度等。其中最主要的因素是由于充放电控制不合理而造成的，频繁对蓄电池充电和长期让电池处于亏电状态都会使电池使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的是提供一种野外放养动物监测系统，通过对野外放养动物监测系统中的太阳能充电板和蓄电池电压的监测，解决了蓄电池由于充放电控制不合理而造成寿命短的问题。
本发明的另一目的是提供利用上述监测系统进行野外放养动物监测的方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种野外放养动物监测系统，包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板和蓄电池，项圈上还设置有用于监测蓄电池和太阳能充电板电压的中心处理单元，中心处理单元分别与GPS模块和GPRS模块连接，还包括与GPRS模块无线连接的外部接收器。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
中心处理单元的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板连接，P6.2A0引脚与蓄电池连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块连接，所述MSP430上还设置有累加器。
本发明所采用的第二种技术方案是，野外放养动物监测方法，采用一种野外放养动物监测系统，其结构为，包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板和蓄电池，项圈上还设置有用于监测蓄电池和太阳能充电板电压的中心处理单元，中心处理单元分别与GPS模块和GPRS模块连接，还包括与GPRS模块无线连接的外部接收器；
中心处理单元的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板连接，P6.2A0引脚与蓄电池连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块连接；
具体按照以下步骤实施：
首先对蓄电池进行供电；其次GPS模块采集野外放养动物的位置信息，通过GPRS模块无线发送到外部接收器，同时中心处理单元实时监控太阳能充电板和蓄电池的电压，控制GPS模块和GPRS模块的工作状态。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
对蓄电池进行供电具体按照以下步骤实施：
步骤1：中心处理单元每间隔1-3个小时采集太阳能充电板和蓄电池的电压，分别记为Vsun和Vb；
步骤2：累加器根据步骤1中Vsun与太阳能充电板最小电压Vx的大小关系进行增加或者减小，并且增加或者减小到一定值后，保持不变；
步骤3：中心处理单元根据步骤2中累加器的值判断太阳能充电板的工作状态；
步骤4：中心处理单元根据步骤3中太阳能充电板的工作状态以及步骤1中蓄电池的电压Vb控制GPS模块和GPRS模块的工作状态以及是否对蓄电池进行充电。
步骤2中累加器进行增加或者减小的具体实施方法为：
当Vsun≥Vx时，累加器从初始值5开始自动加1；
当Vsun≤Vx时，累加器从初始值5开始自动减1。
步骤2中累加器增加的上限值为10，减小的下限值为0。
步骤3中中心处理单元根据累加器的值判断太阳能充电板工作状态的具体方法为：累加器的值为acc_reg，
当6≤acc_reg＜10时，太阳能充电板充电良好；
当2＜acc_reg＜6时，太阳能充电板电压不足，充电不充分；
当2≤acc_reg＜0时，太阳能充电板无法工作。
中心处理单元实时监控太阳能充电板和蓄电池的电压，控制GPS模块和GPRS模块的工作状态的具体方法为：
当6≤acc_reg＜10且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块和GPRS模块同时工作且充电开关断开；
当6≤acc_reg＜10且3.3V≤Vb＜3.7V时，GPS模块和GPRS模块同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块和GPRS模块同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块，仅GPRS模块工作；
当2≤acc_reg＜0且3.7V≤Vb＜4.2V时GPS模块和GPRS模块同时工作且充电开关闭合；
当2≤acc_reg＜0且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块和GPRS模块；
当Vb＜3.3V时，切断GPS模块和GPRS模块。
本发明的有益效果是：一种野外放养动物监测系统及监测方法，实时监测太阳能充电电压和蓄电池工作电压，合理的对太阳能极板和蓄电池进行控制，使电源系统在各种天气情况下都能合理工作；根据当时的天气情况来判断太阳能充电板的工作状态，进而决定电源的工作状态，具有一定的冗余性，使蓄电池不会因天气的突变而不停的在各种状态间转换，在保证蓄电池寿命的同时为动物监测提供了保证。
附图说明
图1是本发明一种野外放养动物监测系统的系统框图；
图2是本发明野外放养动物监测方法中累加器的值变化的流程图。
图中，1.充电开关，2.太阳能充电板，3.蓄电池，4.中心处理单元，5.GPS模块，6.GPRS模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种野外放养动物监测系统的系统图如图1所示，包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板2和蓄电池3，项圈上还设置有用于监测蓄电池3和太阳能充电板2电压的中心处理单元4，中心处理单元4分别与GPS模块5和GPRS模块6连接，还包括与GPRS模块6无线连接的外部接收器，中心处理单元4的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板2连接，P6.2A0引脚与蓄电池3连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块5连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块6连接，MSP430上还设置有累加器。
野外放养动物监测方法，采用一种野外放养动物监测系统，其结构为：包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板2和蓄电池3，项圈上还设置有用于监测蓄电池3和太阳能充电板2电压的中心处理单元4，中心处理单元4分别与GPS模块5和GPRS模块6连接，还包括与GPRS模块6无线连接的外部接收器，中心处理单元4的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板2连接，P6.2A0引脚与蓄电池3连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块5连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块6连接，MSP430上还设置有累加器；
具体按照以下步骤实施：
首先对蓄电池3进行供电；
供电具体按照以下步骤实施：
步骤1：中心处理单元4每间隔1-3个小时采集太阳能充电板2和蓄电池3的电压，分别记为Vsun和Vb；
步骤2：累加器根据步骤1中Vsun与太阳能充电板2最小电压Vx的大小关系进行增加或者减小，并且增加或者减小到一定值后，保持不变；
具体实施方法为：
当Vsun≥Vx时，累加器从初始值5开始自动加1；
当Vsun≤Vx时，累加器从初始值5开始自动减1；
累加器增加的上限值为10，减小的下限值为0；
步骤3：中心处理单元4根据步骤2中累加器的值判断太阳能充电板2的工作状态；
具体方法为：累加器的值为acc_reg，
当6≤acc_reg＜10时，太阳能充电板2充电良好；
当2＜acc_reg＜6时，太阳能充电板2电压不足，充电不充分；
当2≤acc_reg＜0时，太阳能充电板2无法工作；
步骤4：中心处理单元4根据步骤3中太阳能充电板2的工作状态以及步骤1中蓄电池3的电压Vb控制GPS模块5和GPRS模块6的工作状态以及是否对蓄电池3进行充电；
其次GPS模块5采集野外放养动物的位置信息，通过GPRS模块6无线发送到外部接收器，同时中心处理单元4实时监控太阳能充电板2和蓄电池3的电压，控制GPS模块5和GPRS模块6的工作状态，具体方法为：
当6≤acc_reg＜10且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块5和GPRS模块6同时工作且充电开关断开；
当6≤acc_reg＜10且3.3V≤Vb＜3.7V时，GPS模块5和GPRS模块6同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块5和GPRS模块6同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块5，仅GPRS模块6工作；
当2≤acc_reg＜0且3.7V≤Vb＜4.2V时GPS模块5和GPRS模块6同时工作且充电开关闭合；
当2≤acc_reg＜0且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块5和GPRS模块6；
当Vb＜3.3V时，切断GPS模块5和GPRS模块6。
一种野外放养动物监测系统及监测方法，实时监测太阳能充电电压和蓄电池工作电压，合理的对太阳能极板和蓄电池进行控制，使电源系统在各种天气情况下都能合理工作；根据当时的天气情况来判断太阳能充电板的工作状态，进而决定电源的工作状态，具有一定的冗余性，使蓄电池不会因天气的突变而不停的在各种状态间转换，在保证蓄电池寿命的同时为动物监测提供了保证。
实施例1：长时间阳光充足
给野外放养动物身体佩戴野外放养动物监测系统，进行长时间草原放牧，从早上八点到下午六点每间隔两个小时测量太阳能充电板电压Vsun和蓄电池电压Vb，由于长时间阳光充足，连续测得Vsun分别为：4.81V，5.10V，6.83V，6.27V，5.94V，4.76V，均大于等于4.35V(4.35V是太阳能板的最小充电电压)，这时累加器的值acc_reg从初始值为5一直加1直到累加器acc_reg加到10时保持不变，中心处理单元根据acc_reg的值判断出太阳能充电板充电良好，又根据测量得到的蓄电池电压Vb为4.15V，蓄电池电量充足，GPS模块和GPRS模块同时工作，并断开充电开关，保证电池不过分充电。
实施例2：短时间出现多云天或者野外放养动物暂时休息
给野外放养动物身体佩戴野外放养动物监测系统，进行长时间草原放牧，从早上八点到下午六点每间隔二个小时测量太阳能板电压Vsun和蓄电池电压Vb，由于短时间出现了多云天气，连续测得Vsun分别为：4.81V，5.10V，4.32V，4.30V，4.21V，3.98V，(4.35V是太阳能板的最小充电电压)，这时累加器acc_reg从初始值为5加2减4，累加器acc_reg在3-6之间波动，中心处理单元根据acc_reg的值给出太阳能电压不足，充电不充分，测得蓄电池电压Vb为4.15V，蓄电池电量仍然足够保证GPS模块和GPRS模块同时正常工作，但充电开关闭合。这样不会因为短时间出现多云天或者野外放养动物暂时休息，就让整个电源管理系统不停的在运行和休眠之间相互转化，使监控系统具有很好的冗余性，保护系统更持久的工作。
实施例3：长时间出现阴雨天
给野外放养动物身体佩戴野外放养动物监测系统，进行长时间草原放牧，从早上八点到下午六点每间隔两个小时测量太阳能板电压Vsun和蓄电池电压Vb，由于一整天阴天，连续测得Vsun分别为：2.81V，3.10V，4.12V，3.35V，3.81V，3.17V，(4.35V是太阳能板的最小充电电压)，这时累加器acc_reg的值从初始值5开始连续减1为直至0，中心处理单元根据acc_reg的判断出太阳能充电板无法工作，但当天测得蓄电池电压Vb为4.2V，蓄电池电量仍然足够保证GPS模块和GPRS模块同时正常工作，但太阳能充电板已经无法给蓄电池充电。由于长时间的阴雨天气，累加器acc_reg的值始终为0，太阳能充电板处于一直无法工作的状态，第三天测得蓄电池电压Vb为3.6V，蓄电池电量不是十分充足，且太阳能充电板已经不能给蓄电池充电，则切断GPS模块和GPRS模块工作，主芯片休眠，直到太阳能充电板接收阳光开始充电，这样可以很好的保护电池，提高电池的寿命。
Claims (8)
1.一种野外放养动物监测系统，其特征在于，包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板(2)和蓄电池(3)，所述项圈上还设置有用于监测蓄电池(3)和太阳能充电板(2)电压的中心处理单元(4)，中心处理单元(4)分别与GPS模块(5)和GPRS模块(6)连接，还包括与GPRS模块(6)无线连接的外部接收器。
2.根据权利要求1所述的一种野外放养动物监测系统，其特征在于，所述中心处理单元(4)的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板(2)连接，P6.2A0引脚与蓄电池(3)连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块(5)连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块(6)连接，所述MSP430上还设置有累加器。
3.野外放养动物监测方法，其特征在于，采用一种野外放养动物监测系统，其结构为：包括佩戴在野外放养动物身体上的项圈，项圈上设置有太阳能充电板(2)和蓄电池(3)，所述项圈上还设置有用于监测蓄电池(3)和太阳能充电板(2)电压的中心处理单元(4)，中心处理单元(4)分别与GPS模块(5)和GPRS模块(6)连接，还包括与GPRS模块(6)无线连接的外部接收器；
所述中心处理单元(4)的主芯片型号为MSP430，MSP430的P6.2A2引脚与太阳能充电板(2)连接，P6.2A0引脚与蓄电池(3)连接，P3.6UTXD1引脚与GPS模块(5)连接，P3.5UTXD0引脚与GPRS模块(6)连接，所述MSP430上还设置有累加器；
具体按照以下方法实施：
首先对蓄电池(3)进行供电；其次GPS模块(5)采集野外放养动物的位置信息，通过GPRS模块(6)无线发送到外部接收器，同时中心处理单元(4)实时监控太阳能充电板(2)和蓄电池(3)的电压，控制GPS模块(5)和GPRS模块(6)的工作状态。
4.根据权利要求3所述的野外放养动物监测方法，其特征在于，对蓄电池(3)进行供电具体按照以下步骤实施：
步骤1：中心处理单元(4)每间隔1-3个小时采集太阳能充电板(2)和蓄电池(3)的电压，分别记为Vsun和Vb；
步骤2：累加器根据步骤1中Vsun与太阳能充电板(2)最小电压Vx的大小关系进行增加或者减小，并且增加或者减小到一定值后，保持不变；
步骤3：中心处理单元(4)根据步骤2中累加器的值判断太阳能充电板(2)的工作状态；
步骤4：中心处理单元(4)根据步骤3中太阳能充电板(2)的工作状态以及步骤1中蓄电池(3)的电压Vb决定是否对蓄电池(3)进行充电。
5.根据权利要求4所述的野外放养动物监测方法，其特征在于，所述步骤2中累加器进行增加或者减小的具体实施方法为：
当Vsun≥Vx时，累加器从初始值5开始自动加1；
当Vsun≤Vx时，累加器从初始值5开始自动减1。
6.根据权利要求4所述的野外放养动物监测方法，其特征在于，所述步骤2中累加器增加的上限值为10，减小的下限值为0。
7.根据权利要求4所述的野外放养动物监测方法，其特征在于，所述步骤3中心处理单元(4)根据累加器的值判断太阳能充电板(2)工作状态的具体方法为：累加器的值为acc_reg，
当6≤acc_reg＜10时，太阳能充电板(2)充电良好；
当2＜acc_reg＜6时，太阳能充电板(2)电压不足，充电不充分；
当2≤acc_reg＜0时，太阳能充电板(2)无法工作。
8.根据权利要求3所述的野外放养动物监测方法，其特征在于，所述中心处理单元(4)实时监控太阳能充电板(2)和蓄电池(3)的电压，控制GPS模块(5)和GPRS模块(6)工作状态的具体方法为：
当6≤acc_reg＜10且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块(5)和GPRS模块(6)同时工作且充电开关断开；
当6≤acc_reg＜10且3.3V≤Vb＜3.7V时，GPS模块(5)和GPRS模块(6)同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.7V≤Vb＜4.2V时，GPS模块(5)和GPRS模块(6)同时工作且充电开关闭合；
当2＜acc_reg＜6且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块(5)，仅GPRS模块(6)工作；
当2≤acc_reg＜0且3.7V≤Vb＜4.2V时GPS模块(5)和GPRS模块(6)同时工作且充电开关闭合；
当2≤acc_reg＜0且3.3V≤Vb＜3.7V时，切断GPS模块(5)和GPRS模块(6)；
当Vb＜3.3V时，切断GPS模块(5)和GPRS模块(6)。
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