CN105191817A - 牛用耳标 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种牛用耳标，至少包括穿戴部和标记部，穿戴部将该耳标安装于牛耳上，标记部用于区别并监测牛，该标记部至少包括标记元件、卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块、微控制器和电源模块，其中，卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块分别和微控制器数据连接，电源模块分别与卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器电连接并提供电能。与现有技术相比，该牛用耳标可有效的改善现有放牧模式，保证牛只的健康成长，实现智能放牧。
Description
技术领域
本发明涉及智能畜牧设备，具体说，是涉及一种牲畜耳标，尤其是一种放牧牛用耳标。
背景技术
畜牧养殖业一直在农业生产中占有很重要的比重，然后养殖往往受养殖品种、饲料种类和质量、疫病、生长环境和管理水平等因素的影响，致使我国养殖业一直难以发展强大。所以科学养殖显得尤为重要，将现有各类智能科技与养殖业结合起来，能大为改善我国畜牧业落后现状。目前的智能畜牧设备中最为突出的是将物联网技术与养殖业结合，能让养殖户在第一时间感知到养殖环境及牲畜生长变化，从而及时作出补救。一方面，使牲畜的生长环境一直保持在最佳状态，保证牲畜身体健康生长速度。另一方面，远程监控，自动化控制，大大降低人工成本。基于物联网的畜禽智能养殖系统利用物联网技术，围绕设施化畜禽养殖场生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场环境信息(二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等)，同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现畜禽养殖的智能生产与科学管理。养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，实时掌握养殖厂环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现健康养殖、节能降耗的目的。但此类技术，尤其是实时监测技术集中在圈养畜牧中居多，而我国大范围的放牧型畜牧则不适用。
我国有悠久的养牛历史，但在相当长的时间内养牛的主要目的是役用，实际上牛肉蛋白质含量高，氨基酸组成更接近人体需要，是人们改善膳食结构的重要肉类消费品。随着经济发展，人们对牛肉的需求不断提高。2011年，我国肉牛存栏约为7000万头左右，牛肉年消费量已达600万吨以上。目前，牛肉已成为我国居民消费的第三大肉类食品，仅次于猪肉和禽肉。我国已经形成东北、中原、西北和西南四个肉牛主产区，役用牛时期形成的粗放式生产方式逐渐向舍饲为主、集中育肥的生产方式转变。但随近年来肉牛的需求量急速上升，圈养的劣势逐渐突显，疾病率高等诸多问题导致放养重新回归主要畜牧方式。但传统的放养过程中，因无法及时获得牲畜的实时状态，如地理位置、健康状态等，导致牲畜丢失、走散、饥饿以及疾病等导致肉质不佳等问题。
现有的牲畜用智能设备主要分为：电子耳标、RFID电子耳标和智能耳标等。其中：
1、电子耳标主要用于家畜饲养和防疫治疗。
2、RFID电子耳标主要用于承载牲畜个体信息(包含了牲畜从出生到个终极消费地之间的信息)同时具有非接触、远距离自动识别并测量、计量动物体的特点。
3、智能耳标特点有：超长工作寿命，内置5A级超高精度温度传感器，提供最准确的体温数据，实现24小时不间断的牲畜健康监测。
4、二维码耳标：用激光雕刻条码，采用抗磨损材料，动物身上的二维码成了该动物的一个“身份证”，读取该二维码可以获取这只动物的出生、免疫注射、检疫、运输、屠宰等从生到死的档案信息全部。
综上述目前市场上所存在的耳标，主要是作为统计牲畜的数量、标识防疫信息、动物识别、有个别能够监测牲畜体温数据。但现有耳标均存在如下缺点：功能单一、为一次性用品、不适用于放养型的牧场，而且需要逐个手工获取耳标内信息。
因此，研究开发放养式畜牧专用的安全高效、实时监控、定位精确且数据精度高的牛用耳标，能够实时监控牲畜的健康信息，定位牲畜在牧场的位置，同时能够把这些信息上传到服务器(智能管理平台)，并对其实现进行统计、分析、智能科学管理等多重智能化管理模式是克服现有放养式智能畜牧的关键点所在。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供牛用耳标，以实现实施监控并管理放牧牛的健康状态及放牧环境的状态，智能、安全放牧，从而具备极佳的经济效益和环境效益。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种牛用耳标，至少包括穿戴部和标记部，穿戴部将该耳标安装于牛耳上，标记部用于区别并监测牛，该标记部至少包括标记元件、卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块、微控制器和电源模块，其中，卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块分别和微控制器数据连接，电源模块分别与卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器电连接并提供电能；
其中：
标记元件为唯一标记，用于区别不同的牛；
卫星定位模块获得牛所在地理位置信息并传送至通讯模块；
温度模块获得牛的体温数据，并将温度数据传送至通讯模块；
心率传感器模块获得牛的心率数据，并将温度数据传送至通讯模块；
双运动模块分别独立的检测牛的进食数据和牛的运动数据，并将运动数据传送至通讯模块；
微控制器分别控制卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和电池模块；
通讯模块再将获得数据上传至服务器。继而由服务器将进一步分析处理所得数据，并进行后续处理。
优选地，卫星定位模块采用卫星定位采用高灵敏度微型集成模块，同时利用主板地平面反射信号，全功能模块占用设备重量控制在0.5克以下，模块同时具体星历备份功能，能够快速定位。
为了更进一步获得放养牛的生长状况，该标记部还可监测牛所在周围环境动态，作为一种较佳的实施方式，可通过监测牛所处的环境温度实现，相应的，温度模块为双温度模块，即用于分别独立的监测牛的体温数据和环境温度数据。
作为进一步优选方式，双温度模块包括分别设置在不同位置的两个温度传感器，分别为牛耳温度传感器和环境温度传感器，其中牛耳温传感器与牛耳的间距较环境温度传感器小。
更优选地，双温度模块以牛耳温度传感器为主，通过测量牛耳朵的温度获得牛体温，并通过环境温度传感器修正牛耳温度；传输修正后的牛体温数据，此时的牛体温更为精准，利于及时获知牛健康状况。
优选地，该标记部由至少一个太阳能电池供电。相应地，电源模块包括至少一太阳能电池、一锂电池和电池管理模块，其中太阳能电池将太阳能转化为电能，并储存在锂电池内，用于供电，电池管理模块用于对太阳能电池和锂电池的充放电管理、即对卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器提供电能。
优选地，心率传感器模块选用两个绿色波长的LED光源和一个光敏传感器组成，由LED光源发出绿色光波，光敏传感器可以接收到皮肤反射光并感测光场强度的变化，通过光敏传感器的数据，心率传感器模块计算出并获得牛心率。
优选地，双运动模块包括进食运动传感器和运动传感器，分别用于独立的获得牛的进食和运动数据。
作为一种较佳的实施方式，其中进食运动传感器用于计算牛进食运动量，由于牛在自然条件下进食过程产生的加速度，这些运动可明显的表达于运动传感器上，特别是牛在咬住牧草，抬头拉断的过程中，运动传感器会产生明显的尖峰脉冲，并显现显著的周期性，通过计算周期性脉冲资料，可统计出牛的进食次数，再根据牛的进食分析模型，评估牛的进食情况，获得精确的牛进食数据。
作为一种较佳的实施方式，运动传感器用于计算牛的运动量，该传感器获得的数据为牛每天运动的路程、步数和时间；值得一提的时，关于统计牛的步数，牛是四足动物，步行过程中运动传感器的响应与人步行不同，发明人采用专用的算法，统计牛的步行数，分析牛的运动量。
此外，作为更进一步优选方式，双运动模块以心率传感器的数据作为校正基础，即：在真实情况下，由运动传感器获取的行为信息，即运动传感器记录的信息是心率与行为叠加产生的。
优选地，该微控制器为TI公司生产的MSP430单片机。
优选地，该太阳能电池为2V，100mA。
此外，为了防止牛与牛之间互相咬或舔耳朵而导致耳标受损或失灵等，该牛用耳标还有一壳体，所有电子模块均内设于该壳体内，相应地，卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器内置与该壳体内，作为一种较佳的实施方式，卫星定位模块、通讯模块、环境温度模块、双运动传感器模块和微控制器集成于同一电路板，呈一集成电路板；牛耳温度模块和心率传感器模块位于另一电路板。
更优选地，牛体温传感器设于集成电路板的靠近牛耳处，相应地，环境温度传感器设于集成电路板的远离牛耳处，以更为准确地采集牛体温和环境温度。此外，为保证心率数据的准确性，心率传感器模块也设有集成电路板的靠近牛耳处，作为一种较佳的实施方式，牛体温传感器和心率传感器模块可并排设于集成电路板上。
更优选地，该壳体配合活动连接的一盖体使用，盖体与壳体可密封盖合；太阳能电池内嵌并固定于该盖体上，且盖体设有两个通孔，用于将太阳能电池与锂电池实现电连接。
优选地，穿戴部配合壳体及盖体呈雌雄配合可实现牛耳的穿戴挂设，作为一种较佳的实施方式，穿戴部包括依次相连的穿戴基部、穿戴颈和穿戴头，
更优选地，该穿戴头具有位于穿戴颈顶端的平台部以及锥形体,该锥形体的底面与平台部相连，且锥形体的顶部为金属材质，更利于穿刺牛耳完成穿戴。
相应地，壳体与穿戴部对应位置处设有一内沉孔，穿戴头和穿戴颈可贯穿该内沉孔，完成雌雄配合实现穿戴，不容易脱落，具有连接稳定性强的特点。
值得一提的是，本发明针对健康畜牧的需求，针对性的将该智能牛用耳标设计成一次性穿戴结构，一但取下后，无法再次安装，且会发送相应的警报信号，旨在实现对牛生长过程的唯一、连续、可追溯管理，建立畜牧全过程数据库，为肉类品质管理提供全程追溯平台，为实现该发明目的，本发明的采用的进一步改进技术方案如下：壳体沿内沉孔向壳体内设有一锁扣，该锁扣用于使穿戴部仅可单向向壳体内贯穿而不可反向拔出，为便于穿刺且保证锁紧效果，且该锁扣向壳体向内方向直径递减，且锁扣端部的直径不大于上述平台部直径。
此外，为了进一步增加该牛用耳标的实用价值，降低使用成本，该牛用耳标可采用高价回收方式循环利用，在设备销售时约定，以规定的方式拆卸设备，厂家以成本80％价格回收，只需更换电池和外壳，重新编号后再次投入市场；为实现该发明目的，该牛用耳标外壳和盖体为塑料材料，可实现轻质量高实用性，当牛生长成熟后，可将该牛用耳标取下后，更换该壳体，再重置内部芯片数据及重新编码即可重新使用。
作为一种较佳的实施方式，标记元件可印刷至壳体的侧面，或以不可修改的形式置于壳体上。
与现有技术相比，本发明提供的牛用耳标具有以下优势：
1、内部结构合理紧凑，且所选用的各数码或电子模块均采用超低功耗、高稳定性设计，满足设备微型化和室外长期工作的要求；
2、节能易管理，整体功耗小于0.5毫瓦，尤其是双运动传感器设计，能够节省95％的能量，在没有阳光的条件下，还能续航10天以上，野外稳定工作时间3年以上，期间无须现场管理；
3、总质量小于25克，且穿戴部的有效结构能够方便的安装在牛耳朵上；
4、一次性穿戴结构可以匹配健康畜牧的需求，对牛生长过程的唯一、连续、可追溯管理；
5、环保且廉价，该耳标的主要成本是集成电路板上的功能设备，而且常规基础电路板的使用寿命可达6年以上，而牛的平均放养周期只有2年，因此，本发明提供的耳标可通过更换外壳并刷新数据后即可以极低成本循环使用，每个耳标平均可循环使用3次以上；且随集成电路板的使用寿命进一步发展延长，该耳标的循环使用寿命还可进一步延长。
附图说明
图1为本发明提供的牛用耳标的结构示意图；
图2为本发明提供的牛用耳标的爆炸图；
图3为本发明提供的牛用耳标的智能功能模块拓扑图；
图4为本发明提供的牛用耳标的一次性穿戴结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细、完整地说明。
实施例1
图1和2为该牛用耳标的结构示意图和爆炸图，图3为该耳标各智能功能模板的拓扑图。
如图1所示，该牛用耳标包括将该耳标安装于牛耳上的穿戴部1和用于区别并监测牛的标记部2，以及可密封盖合的壳体21和盖体22。
如图1-图3所示，该标记部2至少包括标记元件23、卫星定位模块24、通讯模块25、温度模块26、心率传感器模块27、双运动传感器模块28、微控制器29和电源模块30，其中，卫星定位模块24、通讯模块25、温度模块26、心率传感器模块27、双运动传感器模块28分别和微控制器29数据连接，电源模30块分别与卫星定位模块24、通讯模块25、温度模块26、心率传感器模块27、双运动传感器模块28和微控制器29电连接并提供电能；其中：标记元件23为唯一标记，用于区别不同的牛，如图1所示，标记元件23可印刷至壳体的侧面，或以不可修改的形式置于壳体上；卫星定位模块24获得牛所在地理位置信息并传送至通讯模块；温度模块26获得牛的体温数据，并将温度数据传送至通讯模块；心率传感器模块27获得牛的心率数据，并将温度数据传送至通讯模块25；双运动传感器模块28分别独立的检测牛的进食数据和牛的运动数据，并将运动数据传送至通讯模块25；微控制器29分别控制卫星定位模块24、通讯模块25、温度模块26、心率传感器模块27和双运动传感器模块28和电池模块30，通过控制电路控制电池模块30中的电池给上述功能模块供电，通讯模块25再将获得数据上传至服务器。继而由服务器将进一步分析处理所得数据，并进行后续处理。
作为一种较佳的实施方式，卫星定位模块24为GPS模块，通讯模块25为GSM模块。该微控制器29为TI公司生产的MSP430单片机。
作为另一种较佳的实施方式，为了更进一步获得放养牛的生长状况，该标记部2还可监测牛所在周围环境动态，作为一种较佳的实施方式，可通过监测牛所处的环境温度实现，相应的，温度模块26为双温度模块，即用于分别独立的监测牛的体温数据和环境温度数据。双温度模块包括分别设置在不同位置的两个温度传感器，分别为牛耳温度传感器261和环境温度传感器262，其中牛耳温传感器261与牛耳的间距较环境温度传感器小。应当注意的时，双温度模块以牛耳温度传感器261为主，通过测量牛耳朵的温度获得牛体温，并通过环境温度传感器262修正牛耳温度；传输修正后的牛体温数据，此时的牛体温更为精准，利于及时获知牛健康状况。
作为另一种较佳的实施方式，心率传感器模块27选用两个绿色波长的LED光源和一个光敏传感器组成，由LED光源发出绿色光波，光敏传感器可以接收到皮肤反射光并感测光场强度的变化，通过光敏传感器的数据，心率传感器模块计算出并获得牛心率。
作为另一种较佳的实施方式，双运动传感器模块28包括进食运动传感器281和运动传感器282，分别用于独立的获得牛的进食和运动数据。其中进食运动传感器281用于计算牛进食运动量，由于牛在自然条件下进食过程产生的加速度，这些运动可明显的表达于运动传感器上，特别是牛在咬住牧草，抬头拉断的过程中，运动传感器会产生明显的尖峰脉冲，并显现显著的周期性，通过计算周期性脉冲资料，可统计出牛的进食次数，再根据牛的进食分析模型，评估牛的进食情况，获得精确的牛进食数据。运动传感器282用于计算牛的运动量，该传感器获得的数据为牛每天运动的路程、步数和时间；值得一提的时，关于统计牛的步数，牛是四足动物，步行过程中运动传感器的响应与人步行不同，发明人采用专用的算法，统计牛的步行数，分析牛的运动量。此外，作为更进一步优选方式，双运动传感器28模块以心率传感器27的数据作为校正基础，即：在真实情况下，由运动传感器282获取的行为信息，即运动传感器282记录的信息是心率与行为叠加产生的。
作为另一种较佳的实施方式，为了防止牛与牛之间互相咬或舔耳朵而导致耳标受损或失灵等，卫星定位模块24、通讯模块25、双温度模块26、心率传感器模块27、双运动传感器模块28和微控制器29内置与该壳体21内；较佳地，卫星定位模块24、通讯模块25、双温度模块26、心率传感器模块27、双运动传感器模块28和微控制器29集成于同一电路板，呈一集成电路板31。其中，牛体温传感器261设于集成电路板31的靠近牛耳处，相应地，环境温度传感器262设于集成电路板31的远离牛耳处，以更为准确地采集牛体温和环境温度。此外，为保证心率数据的准确性，心率传感器模块27也设有集成电路板31的靠近牛耳处，作为一种较佳的实施方式，牛体温传感器261和心率传感器模块27可并排设于集成电路板上。
作为另一种较佳的实施方式，该标记部2由至少一个太阳能电池供电，规格为2V、100mA。相应地，电源模块30包括至少一太阳能电池301、一锂电池302和电池管理模块303，其中太阳能电池301将太阳能转化为电能，并储存在锂电池302内，用于供电，电池管理模块303用于对太阳能电池301和锂电池302的充放电管理、即对各功能模块和微控制器提供电能。相应地，太阳能电池301内嵌并固定于该盖体22上，且盖体设有两个通孔222，用于将太阳能电池301与锂电池302实现电连接。
图4为该牛用耳标一次性穿戴结构示意图，如图4所示，该牛用耳标的穿戴部1配合壳体21及盖体22呈雌雄配合可实现牛耳的穿戴挂设，作为一种较佳的实施方式，穿戴部1包括依次相连的穿戴基部11、穿戴颈12和穿戴头13，该穿戴头13具有位于穿戴颈12顶端的平台部131以及锥形体132,该锥形体132的底面与平台部1311相连，且锥形体132的顶部为金属材质，更利于穿刺牛耳完成穿戴。壳体21和盖体22与穿戴部1对应位置处设有一内沉孔211、221，穿戴头13和穿戴颈12可贯穿该内沉孔211、221，完成雌雄配合实现穿戴，不容易脱落，具有连接稳定性强的特点。值得一提的是，本发明针对健康畜牧的需求，针对性的将该智能牛用耳标设计成一次性穿戴结构，具体如图4所示。一但该耳标的穿戴部1取下后，无法再次安装，且会发送相应的警报信号，旨在实现对牛生长过程的唯一、连续、可追溯管理，建立畜牧全过程数据库，为肉类品质管理提供全程追溯平台，为实现该发明目的，本发明的采用的进一步改进技术方案如下：壳体21沿内沉孔211向壳体21内设有一锁扣212，该锁扣212用于使穿戴部1仅可单向向壳体内贯穿而不可反向拔出，为便于穿刺且保证锁紧效果，且该锁扣212向壳体21向内方向直径递减，且锁扣212端部的直径不大于上述平台部131直径。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种牛用耳标，其特征在于：至少包括穿戴部和标记部，穿戴部将该耳标安装于牛耳上，标记部用于区别并监测牛，该标记部至少包括标记元件、卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块、微控制器和电源模块，其中，卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块分别和微控制器数据连接，电源模块分别与卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器电连接并提供电能；
其中：
标记元件为唯一标记，用于区别不同的牛；
卫星定位模块获得牛所在地理位置信息并传送至通讯模块；
温度模块获得牛的体温数据，并将温度数据传送至通讯模块；
心率传感器模块获得牛的心率数据，并将温度数据传送至通讯模块；
双运动模块分别独立的检测牛的进食数据和牛的运动数据，并将运动数据传送至通讯模块；
微控制器分别控制卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块和双运动传感器模块和电源模块；
通讯模块再将获得数据上传至服务器。
2.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：卫星定位模块采用GPS模块。
3.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：温度模块为双温度模块，即用于分别独立的监测牛的体温数据和环境温度数据。
4.如权利要求3所述的耳标，其特征在于：双温度模块包括牛耳温度传感器和环境温度传感器。
5.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：电源模块包括至少一太阳能电池、一锂电池和电池管理模块，其中太阳能电池将太阳能转化为电能，并储存在锂电池内，用于供电，电池管理模块用于对太阳能电池和锂电池的充放电管理、即对卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器提供电能。
6.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：双运动模块包括进食运动传感器和运动传感器，分别用于独立的获得牛的进食和运动数据。
7.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：所述牛用耳标还有一壳体，所有电子模块均内设于该壳体内。
8.如权利要求17所述的耳标，其特征在于：卫星定位模块、通讯模块、温度模块、心率传感器模块、双运动传感器模块和微控制器集成于同一电路板，呈一体设计。
9.如权利要求23所述的耳标，其特征在于：穿戴部配合壳体及盖体呈雌雄配合可实现牛耳的穿戴挂设。
10.如权利要求1所述的耳标，其特征在于：穿戴部包括依次相连的穿戴基部、穿戴颈和穿戴头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 410000 Room X515, Fifth Floor, Science and Technology Information and IT Building (Innovation Building) No. 2 Lujing Road, Changsha High-tech Development Zone, Hunan Province Applicant after: HUNAN HUANQIU XINSHI TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 411101 Hunan city of Xiangtan Province Center for innovation and entrepreneurship Jiuhua Economic Development Zone Building Room 1005 Applicant before: HUNAN HUANQIU XINSHI TECHNOLOGY CO., LTD. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |