一种动物呼吸无线监测鼻环及方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,具体而言,涉及一种动物呼吸无线监测鼻环及方法。
背景技术
在动物的养殖环节中,呼吸是一项重要的生理指标,对呼吸状态进行实时监测可以反映出当前动物的一些生理状态,同时也能体现疾病的早期征兆。
传统的呼吸监测手段有三种:阻抗式传感法、二氧化碳描记法、热敏式传感法。其中,这些手段都是针对人体所提出的。而目前,真正针对动物设计的实时呼吸监测系统还未出现,多是以人用呼吸测量装置来替代使用,这些人用呼吸测量装置往往体积过于庞大而造价昂贵,并且所采用的传统测量方法费工费时,所以不能应用在快速高效的智能信息时代。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种动物呼吸无线监测鼻环及方法,旨在有效改善上述问题。
本发明实施例是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供了一种动物呼吸无线监测鼻环,包括鼻环本体,所述鼻环本体内设置呼吸传感装置、微处理器、存储装置、通信装置和电源,所述存储装置、所述通信装置、所述呼吸传感装置均与所述微处理器相连,所述呼吸传感装置和所述微处理器均连接于所述电源,所述呼吸传感装置用于感知动物的呼吸并将其转变为电压信号,所述微处理器用于对所述电压信号进行分析处理,得到监测结果,所述通信装置用于将所述监测结果发送给上位机。
所述动物呼吸无线监测鼻环具有集成度高、性能稳定、体积小以及制造成本低廉等优点。
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第一种可能实施方式,其中,所述呼吸传感装置包括第一电阻串、第二电阻串、运算放大器、分压电阻和稳压二极管,所述第二电阻串一端与所述第一电阻串相串联、另一端连接至所述运算放大器的输出端,所述第一电阻串和所述第二电阻串的连接处设有第一抽头,所述第一抽头连接至所述运算放大器的反相输入端,所述第一电阻串和所述第二电阻串均包括多个电阻值不等且互相串联的电阻,所述电阻之间设有第二抽头,所述运算放大器的输出端连接至所述微处理器。
结合第一方面的第一种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式,其中,所述第一电阻串和所述第二电阻串中的电阻数量相同,所述第一电阻串和所述第二电阻串中的各电阻关于所述第一抽头对称设置,所述第一电阻串和所述第二电阻串中关于所述第一抽头对称的两两电阻的电阻值相等。
结合第一方面的第二种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第三种可能实施方式,其中,所述第一电阻串和所述第二电阻串中的各电阻间满足,相邻的两个电阻间后一电阻的电阻值是前一电阻的电阻值的二倍。
结合第一方面的第三种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第四种可能实施方式,其中,所述呼吸传感装置设有由柔性材料制造而成的外套,所述第一电阻串和所述第二电阻串均贴附于所述外套内。
结合第一方面的第四种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第五种可能实施方式,其中,所述外套与所述呼吸传感装置一体成型。
这样设置的目的是提高所述呼吸传感装置的感知灵敏度。
结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第六种可能实施方式,其中,所述鼻环本体包括第一圆弧、第二圆弧和围成所述鼻环本体下半部的半圆环,所述半圆环的一端通过阻挡块与所述第一圆弧相连、另一端通过阻挡块与所述第二圆弧相连,所述第一圆弧和所述第二圆弧的未与所述半圆环相连的一端分别设有磁性吸合部件,所述微处理器、所述存储装置、所述通信装置和所述电源均安装于所述半圆环的内壁中,所述呼吸传感装置分别设于所述第一圆弧和所述第二圆弧的外壁上。
结合第一方面的第六种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第七种可能实施方式,其中,所述鼻环本体还包括拉线,所述拉线与所述第一圆弧和所述第二圆弧一体成型,所述拉线用于控制所述第一圆弧和所述第二圆弧的吸合。
这样设置的目的是能有效地固定所述动物呼吸无线监测鼻环,并且能顺利地控制所述动物呼吸无线监测鼻环的吸合。
第二方面,本发明实施例提供了一种动物呼吸无线监测方法,包括鼻环本体,所述鼻环本体内设置呼吸传感装置、微处理器、存储装置、通信装置和电源,所述存储装置、所述通信装置、所述呼吸传感装置均与所述微处理器相连,所述呼吸传感装置和所述微处理器均连接于所述电源,所述呼吸传感装置用于感知动物的呼吸并将其转变为电量信号,所述微处理器用于对所述电量信号进行分析处理,得到监测结果,所述通信装置用于将所述监测结果发送给上位机,所述方法包括:
所述微处理器接收所述呼吸传感装置输出的电压信号Vo;
判断所述电压信号Vo与预设的参考电压2Vd的大小关系;
若电压信号Vo大于参考电压2Vd,则判断为呼气的状态,并计算呼气过程中(Vo-2Vd)/(Vo-Vd)的变化,将单次过程中计算的结果最大值作为呼气的强度;
反之,则判断为吸气的状态,并计算吸气过程中(2Vd-Vo)/Vd的变化,将单次过程中计算的结果最大值作为吸气的强度。
结合第二方面,本发明实施例提供了第二方面的第一种可能实施方式,其中,所述方法还包括:
记录单次呼吸时,呼气最强的时刻与吸气最强的时刻的时间间隔T;
计算1/T,得到呼吸频率f=1/T。
本发明实施例提供的动物呼吸无线监测鼻环及方法,摒弃了现有技术中以人用呼吸测量装置替代使用的现象,结合动物的生理特征,所述动物呼吸无线监测鼻环结构简单、体积大大减小、制造成本较低以及集成度高,同时采用所述监测方法,大大提高了测量的方便性和精确度,从而适应快速高效的畜牧养殖的智能信息时代。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应该看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种动物呼吸无线监测鼻环的系统结构框图;
图2为本发明实施例提供的一种呼吸传感装置的的电路连接示意图;
图3为本发明实施例提供的一种动物呼吸无线监测鼻环的整体结构示意图;
图4为本发明实施例提供的一种动物呼吸无线监测方法的流程图;
图5为本发明实施例提供的另一种动物呼吸无线监测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
实施例1
传统的呼吸监测手段有三种:阻抗式传感法、二氧化碳描记法、热敏式传感法。其中,这些手段都是针对人体所提出的。而目前,真正针对动物设计的实时呼吸监测系统还未出现,多是以人用呼吸测量装置来替代使用,这些人用呼吸测量装置往往体积过于庞大而造价昂贵,并且所采用的传统测量方法费工费时,所以不能应用在快速高效的智能信息时代。
基于上述研究,本发明实施例公开了一种动物呼吸无线监测鼻环,包括鼻环本体,所述鼻环本体内设置呼吸传感装置103、微处理器101、存储装置102、通信装置105和电源104,所述存储装置102、所述通信装置105、所述呼吸传感装置103均与所述微处理器101相连,所述呼吸传感装置103和所述微处理器101均连接于所述电源104,所述呼吸传感装置103用于感知动物的呼吸并将其转变为电压信号,所述微处理器101用于对所述电压信号进行分析处理,得到监测结果,所述通信装置105用于将所述监测结果发送给上位机106。
其中,所述电源104优选为锂电池,所述电源104主要为所述微处理器101和所述呼吸传感装置103提供电能,所述微处理器101接收所述呼吸传感装置103输出的电压信号,通过对所述电压信号进行分析处理,计算出最终的监测结果,同时所述微处理器101控制所述通信装置105将所述监测结果发生给上位机106,所述通信装置105包括蓝牙装置、Zigbee装置和WiFi装置。
所述动物呼吸无线监测鼻环具有集成度高、性能稳定、体积小以及制造成本低廉等优点。
进一步地,所述呼吸传感装置103包括第一电阻串201、第二电阻串202、运算放大器204、分压电阻205和稳压二极管206,所述第二电阻串202一端与所述第一电阻串201相串联、另一端连接至所述运算放大器204的输出端,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202的连接处设有第一抽头203,所述第一抽头203连接至所述运算放大器204的反相输入端,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202均包括多个电阻值不等且互相串联的电阻,所述电阻之间设有第二抽头,所述运算放大器204的输出端连接至所述微处理器101。
其中,所述第一抽头203的作用是将所述第一电阻串201和所述第二电阻串202的连接处的电压输入到所述运算放大器204的反相输入端,而所述分压电阻205和所述稳压二极管206相串联,优选所述分压电阻205与所述稳压二极管206的阴极相连,同时所述分压电阻205和所述稳压二极管206的连接处的电压通过导线连接至所述运算放大器204的同相输入端,由于所述稳压二极管206的稳压作用,所述运算放大器204的同相输入端为一个稳定的电压,并将所述稳定的电压作为参考电压。所述第一电阻串201和所述第二电阻串202均包括多个电阻值不等且互相串联的电阻,由于串联的电阻的电阻值互不相同,根据所述输出电压Vo来判断引具体是哪个电阻的阻值发生变化。
进一步地,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的电阻数量相同,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的各电阻关于所述第一抽头203对称设置,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中关于所述第一抽头203对称的两两电阻的电阻值相等。
作为优选,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的各个电阻为沿垂直方向设置,并且分布在所述第一抽头203的两侧,其中,位于所述第一抽头203两侧相对的两个电阻的电阻值相等,并且到所述第一抽头203的距离相等,所述第一电阻串201中未与所述第一抽头203相连的一端接地。
进一步地,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的各电阻间满足,相邻的两个电阻间后一电阻的电阻值是前一电阻的电阻值的二倍。
作为优选,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的各个电阻的电阻值均采用至上而下的二进制阻值分配原则,这样便能通过所述运算放大器204输出的电压方便地计算出具体是哪个电阻的电阻值因被短路而发生变化。
进一步地,所述呼吸传感装置103设有由柔性材料制造而成的外套,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202均贴附于所述外套内,所述外套与所述呼吸传感装置103一体成型。
作为优选,所述外套为上细下粗的锥形结构,并且所述外套由柔性材料制造而成,另一方面,所述第一电阻串201、所述第二电阻串202及其连接导线均由柔性材料制造而成,同时,所述外套与所述呼吸传感装置103一体成型,这样便于感知动物的呼吸气流。
当呼吸气流向左流动时,必然导致所述外套变形,而所述外套变形又会导致所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的电阻及其导线发生弯曲,从而使得部分电阻与所述第一抽头203接触而短路、另外每个所述电阻间均引出有第二抽头207,所述第二抽头207弯曲会导致所述第二抽头207间的电阻发生短路,由于外套为上细下粗的锥形结构,能很好地感知呼吸的强弱,气流小时外套细的部分弯曲,气流大时外套粗的部分弯曲,同时在不同的部位,所述第一电阻串201和所述第二电阻串202中的电阻的电阻值不同,所以只要测出电阻的实际大小就能反映出哪个部位弯曲,这样就能通过判断具体哪个部位弯曲得出呼吸气流的强弱和方向。
实施例2
本发明实施例所提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同,为简要描述,装置实施例部分未提及之处,可参考前述实施例中相应内容。
进一步地,所述鼻环本体包括第一圆弧301、第二圆弧302和围成所述鼻环本体下半部的半圆环303,所述半圆环303的一端通过阻挡块304与所述第一圆弧301相连、另一端通过阻挡块304与所述第二圆弧302相连,所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的未与所述半圆环303相连的一端分别设有磁性吸合部件,所述微处理器101、所述存储装置102、所述通信装置105和所述电源104均安装于所述半圆环303的内壁中,所述呼吸传感装置103分别设于所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的外壁上。
作为优选,所述鼻环本体为一个顶部可开口的圆环结构,所述顶部可开口的部分用于嵌入到动物的鼻洞中,所述鼻环本体的下半部分由半圆环303所围成,所述半圆环303的材料为不锈钢,在所述半圆环303的两端上都设置有阻挡块304,而所述阻挡块304还连接有第一圆弧301和第二圆弧302,所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的另一端设有磁性吸合部件,而所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的材质为金属,所述阻挡块304用于防止所述鼻环本体在鼻中的转动,保护所述呼吸传感装置103,同时,在所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的末端还设有推杆,通过所述推杆的助推,能顺利地合上所述顶部可开口的结构,另一方面,所述微处理器101、所述存储装置102、所述通信装置105和所述电源104均安装于所述半圆环303的内壁中,这样的设置也能起到防止所述鼻环本体的转动,而所述呼吸传感装置103分别设于所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的外壁上,并且在所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的外壁上设置有套管,所述套管用于套接所述呼吸传感装置103。
进一步地,所述鼻环本体还包括拉线305,所述拉线305与所述第一圆弧301和所述第二圆弧302一体成型,所述拉线305用于控制所述第一圆弧301和所述第二圆弧302的吸合,拉动所述拉线305即能轻易完成所述顶部可开口结构的分离。
实施例3
本发明实施例还公开了一种动物呼吸无线监测方法,包括鼻环本体,所述鼻环本体内设置呼吸传感装置103、微处理器101、存储装置102、通信装置105和电源104,所述存储装置102、所述通信装置105、所述呼吸传感装置103均与所述微处理器101相连,所述呼吸传感装置103和所述微处理器101均连接于所述电源104,所述呼吸传感装置103用于感知动物的呼吸并将其转变为电量信号,所述微处理器101用于对所述电量信号进行分析处理,得到监测结果,所述通信装置105用于将所述监测结果发送给上位机106,所述方法包括:
S101:所述微处理器101接收所述呼吸传感装置103输出的电压信号Vo;
S102:判断所述电压信号Vo与预设的参考电压2Vd的大小关系;
S103:若电压信号Vo大于参考电压2Vd,则判断为呼气的状态,并计算呼气过程中(Vo-2Vd)/(Vo-Vd)的变化,将单次过程中计算的结果最大值作为呼气的强度;
S104:反之,则判断为吸气的状态,并计算吸气过程中(2Vd-Vo)/Vd的变化,将单次过程中计算的结果最大值作为吸气的强度。
作为优选,以所述呼吸传感装置103向左弯曲定义为呼气、向右弯曲定义为吸气。当呼气时,呼吸气流导致所述呼吸传感装置103向左弯曲,所述第一电阻串201的电阻值将变小,第二电阻串202的电阻值为最大值且不变,有第一电阻串201的电阻值小于第二电阻串202的电阻值,而所述第二电阻串202的两端电压会比所述第一电阻串201两端的电压大,即当判断出电压信号Vo大于参考电压2Vd,可监测出是呼气的状态,且通过计算(Vo-2Vd)/(Vo-Vd),可以判断阻值减少变化的情况,呼气强,气流越大,(Vo-2Vd)/(Vo-Vd)变化也越大,且该值与所述第一电阻串201由于短路而减少的电阻值成比例对应,并将计算的结果作为吸气的强弱。当吸气时,呼吸气流导致所述呼吸传感装置103向右弯曲,所述第二电阻串202的电阻值将变小,所述第一电阻串201的电阻值为最大值且不变,有第二电阻串202的电阻值小于第一电阻串201的电阻值,而所述第一电阻串201的两端的电压比所述第二电阻串202两端的电压大,即当判断出电压信号Vo小于参考电压2Vd时,可监测出是吸气的状态,且通过(2Vd-Vo)/Vd可以判断阻值减少变化的情况,吸气越强,气流越大,(2Vd-Vo)/Vd变化也越大,且该值与所述第二电阻串202因短路而减少的阻值成比例对应,并将计算的结果作为吸气的强度。
进一步地,所述方法还包括:
S201:所述微处理器101接收所述呼吸传感装置103输出的电压信号Vo;
S202:判断所述电压信号Vo与预设的参考电压2Vd的大小关系;
S203:记录单次呼吸时,呼气最强的时刻与吸气最强的时刻的时间间隔T;
S204:计算1/T,得到呼吸频率f=1/T。
作为优选,以所述呼吸传感装置103的自然状态为中间状态,表示无呼吸气流,当所述呼吸气流向右流动时,设为吸气状态,反之,则设为吸气状态,同时记录吸气状态和呼气状态的时间呼气(向左)的时间间隔,通过该时间间隔即能得出呼吸频率。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本发明实施例提供的动物呼吸无线监测鼻环及方法,摒弃了现有技术中以人用呼吸测量装置替代使用的现象,结合动物的生理特征,所述动物呼吸无线监测鼻环结构简单、体积大大减小、制造成本较低以及集成度高,同时采用所述监测方法,大大提高了测量的方便性和精确度,从而适应快速高效的畜牧养殖的智能信息时代。
需要说明的是,在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在上述电路的基础上,本实施例中还连接有部分辅助元器件和连线,用于保证电路的正常运行,这些辅助元器件和连线的使用属于行业通用的电路应用习惯,在此不再赘述。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。