CN107637543A - 一种智能牛项圈以及智能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能牛项圈以及智能检测方法，包括检测盒和能够将检测盒固定到牛颈上的颈带，颈带的两端连接形成牛项圈，在所述检测盒内设置有微处理器和与微处理器信号连接的且用以检测牛在活动时的加速度的加速度传感器，所述微处理器能够根据加速度传感器检测到的牛在活动时的加速度判断牛是否处于发情或者生病的状态以及能够计算牛采食的时长。通过该智能牛项圈和方法能够及时地检测牛的活动状态。

Description

一种智能牛项圈以及智能检测方法

技术领域

本发明涉及牛的活动检测领域，尤其设计一种智能牛项圈以及智能检测方法。

背景技术

繁殖工作是奶牛和肉牛养殖行业的重点工作之一。牛的怀胎280天，通常每年产1胎。对于肉牛养殖场来说，每多产1个牛犊就意味着同样时间内多得到1头牛的收入。对于奶牛养殖场来说，奶牛的产奶高峰期是产犊后的1到6个月，6个月后产奶量和产奶质量都有明显下降，经济效益转负，应尽快让奶牛再次产犊。因此提高奶牛繁殖率，缩短产犊间隔，对于提高肉牛和奶牛生产经济效益具有重要意义。

提高发情揭发率是做好繁殖工作的前提条件。牛的发情周期是21天，每次发情持续时间为4～12小时，错过这个时间只能等待下一次发情才能配种。目前我国大部分规模化奶牛场，奶牛发情揭发靠人工观察来完成，但人工观察无法做到及时和准确，人工观情的发情揭发率在50％到70％之间。

部分牧场采用了计步器辅助观情。目前市场上用得比较多的发情检测系统是在计步器的基础之上发展而来的，通过统计牛运动步数或距离来判断牛发情。但计步器的发情揭发率普遍不高，一般不超过人工观情的发情揭发率。

对牛的健康监控目前依赖人工观察，但人工观察无法做到及时和准确，当人发现牛发病时，牛的疾病已经非常严重，产奶量和产奶质量已经严重下降。尤其严重的是，病牛所产的奶中细菌数和体细胞数很高，少量病牛所产的奶混入奶罐造成整个牧场的奶品质下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种智能牛项圈以及智能检测方法，通过对牛的活动进行自动检测，能够及时地发现牛是否发情、是否有疾病或者吃草时间，减少了人工观察的滞后性，同时也降低了人工成本。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种智能牛项圈，其特征在于，包括检测盒和能够将检测盒固定到牛颈上的颈带，颈带的两端连接形成牛项圈，在所述检测盒内设置有微处理器和与微处理器信号连接的且用以检测牛在活动时的加速度的加速度传感器，所述微处理器能够根据加速度传感器检测到的牛在活动时的加速度判断牛是否处于发情或者生病的状态以及能够计算牛采食的时长。

优选地，所述检测盒的两端分别设置有通孔，所述颈带的一端依次从两个通孔穿过，所述颈带的两端相连的位置能够相对调整。

优选地，在所述检测盒内还设置有与微处理器信号连接的无线通讯模块。

优选地，在检测盒内还设置有与微处理器信号连接的报警装置，所述微处理器能够根据牛处于发情或者生病状态发出警报。

优选地，所述报警装置包括与微处理器信号连接的扬声器。

优选地，所述报警装置包括与微处理器信号连接的LED灯。

本发明还提供了一种检测牛发情的方法，该方法采用上述牛项圈，具体包括如下步骤：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度按照一定的频率进行采样，将采样得到的加速度求平方和；

步骤二：设定计算周期，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量；

步骤三：根据牛的整个发情周期设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D；

步骤四：根据牛每次发情持续的时间设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As；

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D；

步骤六：设定发情揭发阈值K，如果偏差k值超过K，则认为牛开始发情。

本发明还提供了一种检测牛生病的方法，该方法采用上述牛项圈，具体包括如下步骤：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度进行采样，将采样得到的加速度求平方和；

步骤二：设定计算周期t，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量；

步骤三：设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D；

步骤四：设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As；

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D；

步骤六：设定生病阈值K，如果偏差k值超过K，则认为牛生病。

本发明还提供了一种检测牛采食时长的方法，该方法采用上述牛项圈，具体包括如下步骤：

步骤一：通过加速度传感器采集牛头的垂直加速度；

步骤二：设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内垂直加速度的期望值Al；

步骤三：设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内垂直加速度的期望值As；

步骤四：利用Al与As计算垂直轴向与地面垂线的夹角；

步骤五：设定采食阈值K，当垂直轴向与地面垂线的夹角大于K，说明牛在低头吃草；

步骤六：将长期计算周期内获得的每次吃草的时间相加得到该长期计算周期内牛的采时时长。

与现有技术相比，该发明具有一下有益效果：

该智能牛项圈能够及时准确地检测牛的活动状态，并根据牛的活动状态发出警报或者直接将活动状态发送到远端的服务器以便管理人员及时地发现牛的活动状态并做出相应的处理，减少了因为没有及时地发现牛的发情或者生病使得交配时间和治疗时间，带来不必要的损失。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的主视图

图2是根据本发明的一个优选实施例的左视图

图3是根据本发明的一个优选实施例的检测盒的主视图

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1-3所示的一种智能牛项圈，包括检测盒1和能够将检测盒1固定到牛颈上的颈带2，在所述检测盒1的两侧分别设置有供颈带2穿过的通孔11，所述颈带2的一端依次穿过两个通孔11进而使检测盒1可移动地固定在颈带2上。所述颈带2的两端能够选择性的连接进而能够形成圈型以便能够固定在牛颈上。所述颈带2的两端的连接方式可以采用卡扣等现有技术中的方式，并且颈带2两端的连接位置可以调整进而能够改变圈型的大小以适应不同大小牛的使用。

在所述检测盒1中设置有微处理器、加速度传感器和电池，所述加速度传感器与微处理器信号连接，所述微处理器能够根据加速度传感器的信号来判断牛的活动状态，具体地所述微处理器和加速度传感器采用现有技术，此处不再详述。所述电池与微处理器电连接，电池为微处理器提供电量。

在所述检测盒1内还设置有与微处理器信号连接的无线通讯模块，通过无线通讯模块，微处理器能够将牛的活动状态发送到远端的服务器，进而管理人员能够通过服务器查看到每头牛的活动状态。所述无线通讯模块可以采用现有技术中的WIFI模块，也可以采用现有技术中的其他无线通讯模块。服务器也采用现有技术。

在所述检测盒1还设置有与微处理器信号连接的报警装置，所述报警装置包括设置在检测盒1内的扬声器，当检测到牛的活动状态(发情或者有病)时，发出响声，这样一方面能够提醒管理者有牛发情或者有病了，另一方面能够使管理者更加容易地找到对应的牛。所述报警装置还包括设置在检测盒1的盒体上的LED灯，当检测到牛的活动状态(发情或者有病)时，微处理器使LED灯亮起或者闪烁，并且可以使LED灯显示不同的颜色。所述扬声器和LED灯在检测盒1中可以同时存在，也可以只选择其中一个设置。

采用上述智能牛项圈检测牛发情的步骤如下：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度按照一定的频率进行采样，将采样得到的加速度求平方和。频率一般为5HZ-400HZ之间。

如果采用的是三维加速度传感器，可以选择其中一个维度求平方和，也可以将三个维度分别平方再求和。

步骤二：设定计算周期t＝1小时，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量。

步骤三：根据牛的整个发情周期设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D。根据经验，T1的设定范围为4-21天。

步骤四：根据牛每次发情持续的时间设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As。根据经验，Ts的设定范围为4-24小时。

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D。

步骤六：设定发情揭发阈值K＝5，如果偏差k值超过K，则认为牛开始发情。K的值根据经验设定，K＝5表示发生概率为万分之一。

采用上述智能牛项圈检测牛生病的步骤如下：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度进行采样，将采样得到的加速度求平方和。

如果采用的是三维加速度传感器，可以选择其中一个维度求平方和，也可以将三个维度分别平方再求和。

步骤二：设定计算周期t＝1小时，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量。

步骤三：设定长期计算周期Tl＝21天，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D。

步骤四：设定短期计算周期Ts＝24小时，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As。其中，生病情况下的长期计算周期和短期计算周期根据经验确定。

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D。

步骤六：设定生病阈值K＝5，如果偏差k值超过K，则认为牛生病。

所述智能牛项圈按照以下步骤计算牛采食时长：

步骤一：通过加速度传感器采集牛头的垂直加速度。

步骤二：设定长期计算周期Tl＝24小时，滚动计算周期Tl内垂直加速度的期望值Al。

步骤三：设定短期计算周期Ts＝24秒，滚动计算周期Ts内垂直加速度的期望值As。

其中，Ts的取值在1秒到180秒之间。Tl和Ts的值根据经验确定，一般以1天作为长期计算周期。

步骤四：利用Al与As计算垂直轴向与地面垂线的夹角。

步骤五：设定采食阈值K＝30°，垂直轴向与地面垂线的夹角大于K，说明牛在低头吃草。

步骤六：分别按照1小时、4小时、12小时、24小时统计牛低头吃草的时间之和，即在一个统计周期内，计算1小时内、4小时内、12小时内以及24小时内牛低头吃草的时间。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种智能牛项圈，其特征在于，包括检测盒和能够将检测盒固定到牛颈上的颈带，颈带的两端连接形成牛项圈，在所述检测盒内设置有微处理器和与微处理器信号连接的且用以检测牛在活动时的加速度的加速度传感器，所述微处理器能够根据加速度传感器检测到的牛在活动时的加速度判断牛是否处于发情或者生病的状态以及能够计算牛采食的时长。

2.根据权利要求1所述的一种智能牛项圈，其特征在于，所述检测盒的两端分别设置有通孔，所述颈带的一端依次从两个通孔穿过，所述颈带的两端相连的位置能够相对调整。

3.根据权利要求1所述的一种智能牛项圈，其特征在于，在所述检测盒内还设置有与微处理器信号连接的无线通讯模块。

4.根据权利要求1所述的一种智能牛项圈，其特征在于，在检测盒内还设置有与微处理器信号连接的报警装置，所述微处理器能够根据牛处于发情或者生病状态发出警报。

5.根据权利要求4所述的一种智能牛项圈，其特征在于，所述报警装置包括与微处理器信号连接的扬声器。

6.根据权利要求4和5所述的一种智能牛项圈，其特征在于，所述报警装置包括与微处理器信号连接的LED灯。

7.一种基于权利要求1-6所述的智能牛项圈检测牛发情的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度按照一定的频率进行采样，将采样得到的加速度求平方和；

步骤二：设定计算周期，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量；

步骤三：根据牛的整个发情周期设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D；

步骤四：根据牛每次发情持续的时间设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As；

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D；

步骤六：设定发情揭发阈值K，如果偏差k值超过K，则认为牛开始发情。

8.一种基于权利要求1-6所述的智能牛项圈检测牛生病的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：采用加速度传感器对牛活动的加速度进行采样，将采样得到的加速度求平方和；

步骤二：设定计算周期t，将计算周期t内的加速度平方累加，作为该周期内的活动量；

步骤三：设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内周期t的活动量期望值Al和均方差D；

步骤四：设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内周期t的活动量期望值As；

步骤五：计算短期活动量期望值As与长期活动量期望值的偏差k：

k＝(As–Al)/D；

步骤六：设定生病阈值K，如果偏差k值超过K，则认为牛生病。

9.一种基于权利要求1-6所述的智能牛项圈检测牛采食时长的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：通过加速度传感器采集牛头的垂直加速度；

步骤二：设定长期计算周期Tl，滚动计算周期Tl内垂直加速度的期望值Al；

步骤三：设定短期计算周期Ts，滚动计算周期Ts内垂直加速度的期望值As；

步骤四：利用Al与As计算垂直轴向与地面垂线的夹角；

步骤五：设定采食阈值K，当垂直轴向与地面垂线的夹角大于K，说明牛在低头吃草；

步骤六：将长期计算周期内获得的每次吃草的时间相加得到该长期计算周期内牛的采时时长。