CN107318694B - 奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法，包括采集每一头奶牛体征信息的可穿戴设备；还包括奶牛养殖管理云端服务器，用于记录每一头奶牛的档案；接收并保存每一头奶牛配备的可穿戴设备提供的运动、体温、咀嚼数以及心率，计算出奶牛的运动步数、体温、平均咀嚼数和心率随时间变化的曲线；根据上述数据和曲线给出针对该奶牛的养殖操作指示；移动手持设备，接收并显示所述云端服务器的操作指示，同时接收输入的现场信息并上传到所述奶牛养殖管理云端服务器，所述奶牛养殖管理云端服务器更新相关奶牛的档案。本发明把可穿戴设备与手持移动设备的性能优势结合起来，实现了大型养殖场的自动化和科学化管理，具有较高的可靠性和可操作性。

Description

奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法

技术领域

本发明涉及奶牛的可穿戴设备，以及养殖管理系统和方法。

背景技术

随着人民生活水平的提高，牛奶成为日常生活的必须品，提高奶牛的产奶量，扩大奶牛养殖场的规模，增加奶农收入，是非常现实的社会需求。

大规模养殖场的经营管理不可能通过人工的方式凭经验管理奶牛，需要自动采集奶牛的各种生理参数，再通过电脑或者移动终端根据所采集的生理参数实时监护奶牛的健康状况、管理奶牛的生殖周期等，并且利用不断更新的专家系统在需要的时候及时发布健康预警等信息。

可穿戴设备是穿戴在身上、直接接触穿戴者身体的小型化便携式设备，是软硬件结合的高度集成化装置，往往以嵌入式系统为核心，能够独立计算，并以无线发送的方式直达管理者，是实现大型养殖场的自动化和科学化管理的必备技术。经过查阅相关文献及报道，以及实地调研国内大型奶牛养殖场发现，现存的一些奶牛可穿戴设备及其管理系统存在功能较单一、智能化程度不高、性价比不突出的问题。急需更好的整体解决方案。

发明内容

本发明提出了一种奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法。

本发明公开的一种奶牛的养殖管理系统，包括奶牛养殖管理云端服务器，用于记录每一头奶牛的档案；还包括：

采集奶牛体征信息的可穿戴设备，按照预定的时间周期采集奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率，并上传到所述奶牛养殖管理云端服务器；

移动手持设备，接收并显示来自所述云端服务器的操作指示，同时上传操作结果到所述奶牛养殖管理云端服务器，所述奶牛养殖管理云端服务器根据收到的数据更新相关奶牛的档案；

所述奶牛养殖管理云端服务器分析奶牛的运动频度、体温、咀嚼数和心率随时间的变化；进行养殖作业自动排期，并发送到所述移动手持设备上。

在所述的养殖管理系统的一个实施例中，所述奶牛养殖管理云端服务器还记录每一件可穿戴设备的档案，同时接收所述移动手持设备上传的相关穿戴、充电信息，并结合收到的该可穿戴设备提供的数据判断其工作状态是否正常，并根据该判断结果发送相关操作指示到所述移动手持设备。

在所述的养殖管理系统的实施例中，还包括有二维码编码的防伪牛奶罐，所述防伪牛奶罐的瓶盖设有只能闭合与开启一次的防盗圈和NFC芯片；所述的可穿戴设备的唯一RFID编号附着在防伪牛奶罐上；在产奶时间通过所述移动手持设备写入区块链中，从而建立牛奶原料的溯源信息。

本发明还公开了一种奶牛的养殖管理方法，给每一头奶牛配备可穿戴设备采集其体征信息，包括如下步骤：

为每一头奶牛建立档案，记录其年龄、生殖、采奶信息，和健康数据；

收集并记录每一头奶牛配备的可穿戴设备提供的运动、体温、咀嚼数以及心率数据，计算出奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间变化的曲线；

根据奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间变化的曲线判断奶牛的健康状态，给出针对该奶牛的养殖操作指示。

在所述的奶牛的养殖管理方法的一个实施例中，还通过移动手持设备接收养殖操作指示和作业指导，记录奶牛的饲料添加、采奶相关数据，并发送添加到该奶牛的档案中。

在所述的奶牛的养殖管理方法的一个实施例中，还通过移动手持设备记录所述可穿戴设备的穿戴和充电信息，用于结合该可穿戴设备提供的数据判断其工作状态是否正常。

在所述的奶牛的养殖管理方法的一个实施例中，还在所生产的牛奶的容器上附着所述可穿戴设备的唯一RFID编号；并结合产奶时间写入区块链中，用于该牛奶的溯源。

本发明还公开了一种奶牛的可穿戴设备，包括多个运动传感器，分别固定于奶牛的下颚位置，和奶牛的耳标上，以及固定于奶牛四肢中的至少一肢；还包括智能控制盒；所述智能控制盒通过所述移动传感器获取奶牛的运动步数、和咀嚼数，并按照预定的时间间隔发送到奶牛养殖管理云端服务器。

在所述的奶牛的可穿戴设备的一个实施例中，还包括检测奶牛内耳温度的温度传感器，和/或检测奶牛心率的传感器，和/或检测奶牛呼吸的传感器，所述智能控制盒通过所述温度传感器获取奶牛的体温数据，再按照预定的时间间隔发送到奶牛养殖管理云端服务器；所述智能控制盒通过所述心率传感器获取奶牛的心率数据，再按照预定的时间间隔发送到奶牛养殖管理云端服务器；所述呼吸传感器获取奶牛的呼吸数据，再按照预定的时间间隔发送到奶牛养殖管理云端服务器。

在本发明公开的奶牛的可穿戴设备的一个实施例中，所述智能控制盒还发送所述可穿戴设备的自身状态到所述奶牛养殖管理云端服务器。

本发明公开的奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法，通过可穿戴设备采集奶牛的体征数据，在养殖管理云端服务器中建立大数据模型，更准确的判断奶牛的健康状况和生理周期，从而发出明确的养殖操作指示；通过智能手机等移动手持设备接收养殖操作指示，同时记录上传管理可穿戴设备(控制盒)的工作状态，以及添加记录每头牛喂养、挤奶、人工授精和生育状况等信息；本发明把可穿戴设备与手持移动设备的性能优势结合起来，实现了大型养殖场的自动化和科学化管理，具有较高的可靠性和可操作性。

附图说明

图1是可穿戴设备的电路原理模块结构示意图。

图2是奶牛养殖管理方法使用的奶牛档案的结构示意图。

图3是奶牛养殖管理系统模块结构示意图。

图4是奶牛养殖管理方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

奶牛和良种公牛(种牛)都是经济价值很高的牲畜。提高奶牛的牛奶产出、提高牛的繁育能力，过去主要是依靠增加人工投入或提高农户个人经验水平来实现。为了提高对这些大牲畜的管理水平，减少患病率，使用牲畜用可穿戴设备，仅仅判断动物日常运动量和体温变化，不足以判断牛类动物的身体健康情况和代谢信息，也不足以判断牛类动物的发情周期。本发明通过在牛类动物身上加装智能化可穿戴设备，采集牛类动物的运动数据、体温变化，以及心率等体征信息，自动进行智能化汇总分析，用以提高信息化和智能化管理水平，为饲养员和管理人员的养殖决策提供帮助。

本发明公开的奶牛的可穿戴设备及其养殖管理系统和方法，也适用于其它大型家畜的养殖和管理。

如图1所示是可穿戴设备的电路原理模块结构示意图，包括接收所述各种传感器发送的数据的智能控制盒，该智能控制盒中包括控制芯片、无线网卡、存储器、RFID芯片、蓝牙芯片，以及作为电源供电的电池；包括多个运动传感器、心率传感器和温度传感器；在本发明的一个实施例中，所述智能控制盒根据各个运动传感器和温度传感器获得的数据，计算出奶牛的平均运动步数、咀嚼平均数，并按照预定的时间间隔发送到奶牛养殖管理云端服务器。

在本发明的一个具体实施例中，我们给每头牛配备多个运动传感器，分别在牛的四肢(具体位置是膝关节以下，蹄子以上部位)中的至少一肢(至多四肢)、至少固定一个运动传感器(其外观类似运动手环)，用于获取奶牛的运动步数；另外在牛的下颚部分至少固定一个运动传感器，用于获取奶牛的咀嚼数量；在牛的耳标上至少固定一个运动传感器。在牛的耳标上同时配有一个红外温度传感器，用于测定牛的内耳体温。智能控制盒设置在牛的头顶部位，它带有控制芯片、存储器、RFID芯片、心率传感器，以及无线网卡和蓝牙芯片。并配有可更换电池或充电电池。

控制芯片是可穿戴设备智能控制盒中的中央处理器，通过时钟控制和协调智能控制盒的运行；无线网卡用于连接奶牛养殖管理云端服务器，发送智能控制盒采集的各个传感器的数据到云端服务器；存储器用于存储和管理各个传感器的数据采集；RFID芯片包含了该可穿戴设备的唯一编码；蓝牙芯片用于近距离连接手持式移动设备，或者奶牛栏位的其它管理设备。

智能控制盒依托牛角，结合头部绳套，将控制盒戴在牛角与颈部之间的后脑部分，即使奶牛打架也不会导致控制盒脱落。智能控制盒每隔一段时间与戴在牛的下颌及四肢上的3D运动传感器同步一次，结合牛的体温、心率数据进行汇总分析后，按照预设的时间间隔通过无线网络与云端服务器进行数据同步；控制盒与该头牛的其它运动传感器之间的通讯采用NB-IOT或Zigbee等低功耗物联网方式进行联网通讯。

上述可穿戴设备供平时正常穿戴，运动传感器的电池通常可以支持两年以上不用充电或更换。对于控制盒及运动传感器出现电量不足的情形，通常是在牛进入各自栏位休息的时候，由管理员根据系统反馈来查找电量不足的运动传感器，可以取下来插入充电孔内。在一个实施例中，牛入栏位休息期间，也是控制盒与服务器之间进行数据同步的时间。

在一个实施例中，饲养员和农场管理员直接与牛类动物的可穿戴系统智能控制盒进行信息交互。饲养员在投料喂养和挤奶等生产作业前，用智能手机扫描牛身上的二维码或用NFC方式读取牛舍或牛身上的(如耳标或智能控制盒中)RFID标签信息后，在智能手机的APP上手工记录投料量、投料时间、采奶量和采奶时间。智能手机的APP也可以是其它具有类似智能手机功能的专用移动手持设备。

奶牛身上佩戴的智能控制盒也可以在被触发时发送数据到奶牛养殖管理云端服务器；通过饲养员的智能手机与智能控制盒内信息同步(可以通过智能控制盒内的蓝牙芯片实现信息同步)，由智能手机APP与云端服务器进行数据同步，把奶牛的运动信息、体温变化和心率信息等体征信息传送到养殖管理云端服务器。

智能控制盒内电池及3D运动传感器的剩余电量信息可由饲养员等用手机APP读取并在剩余电量不足时给出警示信息。饲养员或管理员可以更换电池，或将上述可穿戴设备从牛身上取下来充电。充好电后可再次装回到牛身上。通常情况下，运动传感器自带的电池可以满足1～2年的用电需求，可以在到期时统一更换。

在一个实施例中，可穿戴设备的智能控制盒也发送自身的状态到奶牛养殖管理云端服务器，主要是传感器和智能控制盒中电池的续航时间，在云端服务器会结合可穿戴设备上传的数据的情况以及根据电池的续航时间判断可穿戴设备的工作状态是否正常，在需要的时候发送操作指示到手持式智能移动终端设备。例如在运动传感器没有电的情况下，相关奶牛的运动步数为零，或者咀嚼数为零，或者温度传感器的电池没电，发送到云端服务器的体温超出正常范围……等这些情况，云端服务器都可以判断出可穿戴设备的工作不正常。

可穿戴设备至少采集动物的以下体征数据，即：体温、心率、呼吸、活动度(运动量)。

在本发明的一个实施例中，可穿戴设备的智能控制盒每隔四个小时与养殖管理云端服务器同步一次，把这四个小时内传感器采集的平均体温、平均心率、平均呼吸次数、和平均步数发送到云端服务器。在另一个实施例中，智能控制盒是把这四个小时内传感器采集的平均体温、总心跳次数、总呼吸次数、和总步数全部发送到云端服务器。以上两个实施例中，智能控制盒可以每隔一个预设的时间把每一个传感器读取一次，也可以根据不同的预设时间周期分别读取不同传感器的数据。

例如，研究人员对多种动物的体温进行联系检测和对比发现，感染疾病的动物的体温曲线和正常的动物体温曲线存在明显差异，依据可穿戴设备提供的数据建立大数据模型，不断更新专家系统，在养殖管理云端服务器可帮助饲养员快速辨别患病的动物，得出明确的操作指示，并对饲养员的工作进行合理排期，在适当的时候发送到对应的手持式移动设备上。

在具体的实施例中，分离型可穿戴设备各组件自身的剩余电量或者续航时间用指示灯显示。

牛类动物呼吸频率及心率检测方法通过可穿戴设备来检测。

发情期与孕期的判断方法，是根据体温、平均步数、心率随时间的变化曲线来判断。

预产期及小牛性别判断方法，是根据数据库中的资料计算并发出预告，生产后由工作人员通过手持式移动设备输入上传到养殖管理云端服务器。

可穿戴设备提供的数据在养殖管理云端服务器中经过计算和分析，能够协助进行作业自动排期，即通过服务器智能化的适时把需要的养殖工作安排具体的工作人员(通过具体的手持移动设备)。实现更少的员工管理更多数量的动物(如饲喂、挤奶、人工授精、接生等)。

本发明提供一种牛类可穿戴设备(控制盒)均自带一个唯一编号的RFID芯片。可以用于牛奶的产品溯源。

同样原理，农场主可以该唯一的RFID芯片的编号建立母牛与小牛的关系。记录每头母牛的孕育周期信息和小牛的出生时间、性别、体重等数据信息。

本发明可为农场建立与每头牛有关的大数据，并依托这些大数据，对每头牛进行全生命周期的溯源分析，包括它的分阶段产奶量、累计产奶量、生育周期、饲料消耗变化、运动量变动曲线、体温变动曲线等。农场可以基于这些信息用于汇总分析，继而对整个奶牛养殖场的养殖技术和财务核算等量化管理。

在一种奶牛可穿戴设备的实施例中，其智能控制盒上配有锁具。通过该锁具将智能控制盒固定在牛角上或头部的绳具上。该锁具只能由饲养员或管理员用智能手机APP进行开锁，从而记录每次开锁和上锁的时间；一旦锁定，则该智能控制盒上的RFID编号即刻与特定的牛建立了捆绑关系。

在一种奶牛可穿戴设备的实施例中，可以记录每头牛的日常运动数据、体温变化、心率变化。由智能控制盒对采集的数据进行汇总分析后上传到云端服务器。

在一个实施例中，饲养员和管理员可以用智能手机与牛身上的可穿戴设备进行信息互动，如扫码后由人工在APP上记录针对每头牛的投食量、挤奶量、作业时间，以及记录受精、怀孕状态等信息。

如图2所示是奶牛养殖管理方法使用的奶牛档案的结构示意图。对应的奶牛编号可以和其可穿戴设备的RFID编码相对应；该头奶牛的档案信息包括身份信息、曾经有过的发情、怀孕和所产小牛的性别等信息；来自可穿戴设备的传感器采集的原始数据；该奶牛佩戴的可穿戴设备的型号、数量、佩戴位置等相关信息；来自移动手持设备输入的信息；奶牛养殖专家系统通过分析上述数据给出的该奶牛的健康状态，以及发布的当前养殖操作提示。

如图3所示是奶牛养殖管理系统模块结构示意图，包括奶牛养殖管理云端服务器、可穿戴设备、防伪牛奶罐和手持式移动设备；云端服务器用于存储、维护奶牛档案，接收可穿戴设备采集并上传的奶牛体征数据；云端服务器还接收手持式移动设备上传的现场操作的数据，云端服务器也发布操作指示到手持式移动设备。防伪牛奶罐在采收牛奶的时候使用，生产牛奶的奶牛穿戴的可穿戴设备的RFID编码会附着在防伪牛奶罐上，用于牛奶质量的溯源管理。

当农场工人将牛奶灌入容器后，只需用智能终端(如智能手机)扫描容器上张贴的二维码标签，并靠近控制盒读取RFID编码信息，该容器中的牛奶是来自哪头牛以及具体的产奶时间，通过智能终端自动写入区块链中，待装有牛奶的容器(瓶盖设有防盗圈和NFC芯片，只能合法的闭合与开启各一次)到达牛奶加工厂后，加工厂可再次扫描容器上的二维码，与区块链上的牛奶采集信息进行比对，校验无误后即可建立牛奶原料的溯源信息。NFC的全称是Near Field Communication，即近场通讯技术，是一种非接触式识别互联技术，可以在移动设备、PC和智能设备间进行近距离无线通信。

在一个奶牛养殖管理系统的实施例中，养殖管理云端服务器判断奶牛健康存在异常情况时，会发出报警信息，通过手持移动设备及时通知饲养员或农场管理员加以处理。

在一个奶牛的养殖管理系统的实施例中，云端服务器可进行牛类动物的全生命周期的信息管理，记录发情、交配(或人工受精)、怀孕和产小牛等日期信息。

在一种奶牛养殖管理系统的实施例中，通过自动记录的牛的咀嚼次数、运动步数、体温变化和心率变化等信息，根据专家系统判断牛的进食状况、健康状况，以及是否处于发情期和怀孕期等生理阶段。并对母牛的配种期和小牛的预产期进行自动提示，在需要操作的时候自动排期到手持式移动设备上，同时推送操作指导书来具体指导养殖场工人的工作。

如图4所示是奶牛养殖管理方法示意图，包括为每一头奶牛建立档案，记录其年龄、生殖、采奶信息，和健康数据；作为健康数据的一部分，收集并记录每一头奶牛配备的可穿戴设备提供的运动、体温、咀嚼数以及心率方面的原始数据，在一个具体实施例中再计算出奶牛的平均运动步数、平均体温、平均咀嚼数和平均心率随时间变化的曲线；根据奶牛的平均运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间变化的曲线判断奶牛的健康状态，给出针对该奶牛的养殖操作指示。

在一种奶牛的养殖管理方法的实施例中，饲养员或管理员可以针对每头牛建立详细的档案信息，如性别信息、父母信息、出生日期、各阶段的照片、体重及健康状况，上述信息存储在养殖管理云端服务器中，可通过手机APP进行查询和浏览。

本发明的奶牛养殖管理系统和方法，一方面根据可穿戴系统采集动物体征信息进行智能判断，加上饲养员和管理员的手机APP或者其他移动手持设备对动物饲养、挤奶、人工授精、动物孕育与生产信息进行交互式记录，可有效加强农场管理。

本发明的一个实施例中，利用智能手机来读出牛类可穿戴设备(控制盒)内的数据信息；完整的数据和个体档案存放在云服务器上，奶牛身上佩戴的可穿戴设备只保存当前一段时间的采集数据。饲养员可以用手机APP记录每头牛的挤奶量、人工授精情况和生育信息补充到养殖管理云端服务器的奶牛档案中；还可以用手机APP打开锁具后，从牛身上取下可穿戴设备进行更换，或者仅仅更换电池或者充电。

本发明的奶牛养殖管理系统和方法，可以依托大数据模型，结合人工智能技术，从而更准确的判断牛类动物的健康状况和生理周期，具有较高的可靠性。

Claims (4)

1.一种奶牛的养殖管理系统，包括奶牛养殖管理云端服务器，用于记录每一头奶牛的档案；还包括：

采集奶牛体征信息的可穿戴设备，按照预定的时间周期采集奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率，并上传到所述奶牛养殖管理云端服务器；

移动手持设备，接收并显示来自所述奶牛养殖管理云端服务器的操作指示，同时上传操作结果到所述奶牛养殖管理云端服务器，所述奶牛养殖管理云端服务器根据收到的数据更新相关奶牛的档案；

所述奶牛养殖管理云端服务器分析奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间的变化；进行养殖作业自动排期，并发送到所述移动手持设备上；

其特征在于，所述奶牛养殖管理云端服务器还记录每一件可穿戴设备的档案，同时接收所述移动手持设备上传的相关穿戴、充电信息，并结合收到的该可穿戴设备提供的数据判断其工作状态是否正常，并根据判断结果发送相关操作指示到所述移动手持设备。

2.根据权利要求1所述的养殖管理系统，其特征在于，还包括有二维码编码的防伪牛奶罐，所述防伪牛奶罐的瓶盖设有只能闭合与开启一次的防盗圈和NFC芯片；所述的可穿戴设备的唯一RFID编号附着在防伪牛奶罐上；在产奶时间通过所述移动手持设备将该防伪牛奶罐中的牛奶是来自哪头牛以及具体的产奶时间写入区块链中，从而建立牛奶原料的溯源信息。

3.一种奶牛的养殖管理方法，为每一头奶牛建立档案，记录其年龄、生殖、采奶信息，和健康数据，包括如下步骤：

给每一头奶牛配备可穿戴设备采集其体征信息；

收集并记录每一头奶牛配备的可穿戴设备提供的运动、体温、咀嚼数以及心率数据，计算出奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间变化的曲线；

根据奶牛的运动步数、体温、咀嚼数和心率随时间变化的曲线和历史档案判断该奶牛的健康状态，给出针对该奶牛的养殖操作指示；

通过移动手持设备接收养殖操作指示和作业指导，记录奶牛的饲料添加、采奶相关数据，并发送添加到该奶牛的档案中；

其特征在于，还通过移动手持设备记录所述可穿戴设备的穿戴和充电信息，用于结合该可穿戴设备提供的数据判断其工作状态是否正常。

4.根据权利要求3所述的奶牛的养殖管理方法，其特征在于，在所生产的牛奶的容器上附着所述可穿戴设备的唯一RFID编号；该容器中的牛奶是来自哪头牛并结合产奶时间写入区块链中，用于该牛奶的溯源。

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