CN108469762A - 一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法 - Google Patents

一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法 Download PDF

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CN108469762A CN201810227854.1A CN201810227854A CN108469762A CN 108469762 A CN108469762 A CN 108469762A CN 201810227854 A CN201810227854 A CN 201810227854A CN 108469762 A CN108469762 A CN 108469762A
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蒋峰
冯鹤鑫
张辰永
杨铭
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Abstract

本发明公开了一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法，所述的智能宠物环包括环体，还包括设置在环体上的主控模块、电源模块、定位模块、通信模块和检测模块；所述的电源模块、定位模块、通信模块和检测模块均与主控模块相连；主控模块为Android主控模块，用于处理数据；电源模块用于为主控模块、定位模块、通信模块和检测模块供电；定位模块用于获取定位数据；通信模块用于环体与云服务器进行无线通信和紧急通信；检测模块用于检测宠物的身体体征。本发明的智能宠物环、宠物监控系统及监控方法，易于实施，能实时监控宠物的位置和生命体征，且与手机APP相结合，功能完善。

Description

一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法
技术领域
本发明涉及一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法。
背景技术
随着我国经济实力和生活质量不断的提高，很多民众开始饲养宠物。目前市场上的缺乏对宠物实施智能监控的产品和体系，完全无法满足消费者对宠物实施监控的需求。并且，针对宠物的突发情况的处理和宠物丢失等问题并没有得到很好的解决，因此，有必要设计一种智能宠物监控装置、宠物监控系统及监控方法。
因此，有必要设计一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能宠物环、宠物监控系统及监控方法，该智能宠物环、宠物监控系统及监控方法易于实施，能实时监控宠物的位置和生命体征。
发明的技术解决方案如下：
一种智能宠物环,包括环体，还包括设置在环体上的主控模块、电源模块、定位模块、通信模块和检测模块；
所述的电源模块、定位模块、通信模块和检测模块均与主控模块相连；
主控模块为Android主控模块，用于处理数据；
电源模块用于为主控模块、定位模块、通信模块和检测模块供电；
定位模块用于获取定位数据；
通信模块用于环体与云服务器进行无线通信；
检测模块用于检测宠物的身体体征。
检测模块包括心率检测单元和体温检测单元。
心率检测单元为MAX30102心率传感器，体温检测单元为MLX90614ESF非接触-红外温度传感器，通信模块为SIM7600CE(4G)通信模块和LORA通信模块；定位模块为GPS/北斗双模定位模块。
通信模块还包括应急通信模块，应急通信模块用于与智能手机应急通信。在正常的3G、4G和5G信号不良时，启动应急通信。因而通信更有保障，主控模块采用AndroidAndroid TPLORA主控板。
通过监控宠物的心率和体温判断宠物的健康状态，并在亚健康状态和生病状态下，启动报警；
如果检测到宠物当前的心率和温度均在预设健康值范围内，则判定宠物处于健康状态；
如果有一指标或两指标预设的亚健康值范围，则判定宠物处于亚健康状态；
如果有一指标或两指标不在健康值范围且偏离亚健康状态，则判定宠物处于生病状态。
突发情况报警。通过对宠物身体体征数据不断的实时采集，我们不仅可以判断宠物的身体健康状况，还可以判断突发情况的发生。当实时数据发生急剧的变化，比如心率突然的升高或降低，温度突然的升高或降低都可判断宠物处于非正常的环境中。若有该情况的发生，APP中也会出现警报提示。
环体上印刷二维码或固定有二维码标识牌(如卡片等)，智能手机扫描二维码能获知宠物主人信息；
(1)体温检测电路采用MLX90614ESF传感器，该传感器为非接触型温度测量传感器，MLX90614ESF传感器的VDD端接电源，GND接地，采用I2C总线与控制器通信输出体温信号；SDA是双向数据线,SCL是时钟线，SDA和SCL分别通过电阻R1和R2(上拉电阻)接VDD。
(2)心率检测电路采用MAX30102芯片和2个电源芯片，MAX30102为心率传感器2个电源芯片中，一个用于产生1.8V电压，一个用于产生3.3V电压；2个电压芯片为MAX30102中的内置LED供电。MAX30102通过I2C总线输出信号到控制器(主控芯片)。
一种宠物监控系统，包括云服务器、智能手机和前述的智能宠物环；
智能宠物环与云服务器无线通信连接；智能手机与云服务器无线通信连接。
智能宠物环的通信模块还包括应急通信模块，应急通信模块用于智能宠物环与智能手机应急通信。
一种宠物监控方法，采用前述的宠物监控系统；基于该宠物监控系统，实施以下监控：
(1)宠物智能定位；宠物主人通过智能手机能实时追踪宠物的位置；
(2)电子围栏监控：监控宠物的活动范围，超过设定的范围后启动报警；
(3)宠物体征监控；通过实时检测宠物的体温和心率数据判断宠物的健康状态；
(4)突发情况报警：实时检测宠物的体温和心率数据，若体温和心率发生突变[体温变化在1分钟内(保证容错率的同时避免因判断时间过长而耽误应急措施的实施)超过正负4摄氏度，心率变化超出健康状态时正常平均心率的正负35％，并且持续1—2分钟或仍有向非正常方向变化的趋势时]，启动报警。
基于宠物监控系统还实现云端数据共享。
有益效果：
本发明的智能宠物环、宠物监控系统及监控方法，充分利用传感技术、物联网、大数据等相关的软硬件技术，能实现宠物定位、电子围栏、宠物体征检测、突发事件报警等功能，为越来越多的宠物饲养人群提供一个更加人性化的饲养环境和平台。
本发明的智能宠物环、宠物监控系统及监控方法，易于实施，能实时监控宠物的位置和生命体征，且与手机APP相结合，功能完善，适合推广实施。
附图说明
图1为宠物监控系统的总体结构示意图；
图2为定位流程图；
图3为体征检测示意图；
图4为安全防范示意图；
图5为手机终端功能示意图；
图6为智能化功能示意图；
图7为主控板功能示意图；
图8为定位模块及其外部电路原理图；
图9为MLX90614ESF及其外围电路图示意图；
图10为MAX30102模块原理图；
图11为主控板程序流程图；
图12为LORA主控板程序流程图；
图13为数据上传流程图
图14为APP操作流程图；
图15为电子围栏实现示意图；
图16为信息录入及匹配示意图；
图17为数据查看示意图；
图18为恒流充电示意图。
图19为温度传感器测量实验结果示意图(温度为35℃时对应的测量数据)。
图20为温度传感器测量实验结果示意图(温度为38℃时对应的测量数据)。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：针对宠物丢失，突发情况发生以及消费者对饲养要求的不断提高等方面提出相关的应对技术，智能宠物环具体功能包括：
①：宠物智能定位：消费者可以利用该功能对宠物随时随地进行精准定位。既可以防止宠物丢失，也可以方便地进行寻找。
②：电子围栏：消费者可以利用该功能设定宠物的最大活动范围。若宠物活动超出范围会向消费者进行警报提醒。若没有开启定位模式则自动开启定位。
③：信息匹配：相当于宠物的专属证件。可以通过扫描二维码得到消费者(宠物主人)的部分信息和联系方式以及宠物的相关信息。
④：身体体征实时检测：消费者可以实时查看宠物的心率，温度指标，以此来判断宠物的身体健康情况。
⑤：突发情况报警：通过对宠物心率，温度等指标的分析判断，如果宠物遇到突发情况则自动触发警报提醒消费者。
⑥：云端数据共享：宠物专属的社交平台，消费者可以在APP中发表文字、照片、视频等与其他消费者进行交流。以将照片，视频上传到云端进行保存。
为了使项目功能稳定地实现与运行，系统具有三个层次：
a.检测感知层：
该项目的硬件部分主要包含MAX30102心率传感器、MLX90614ESF非接触-红外温度传感器、GPS/北斗模块以及Android主控系统和LORA通信装置。其中Android主控系统包括主控制板、LTE(SIM7600CE)通信模块、传感器部分，实时采集相关数据。LORA通信模块硬件主要包括Android TPLORA主控板、GPS/BD2模块和DX-BT05-A4.0蓝牙模块。
b.传输层：
检测感知层采集数据后，传给Android主控系统。LTE(SIM7600CE)通信模块负责将Android主控板收集到的数据通过LTE(4G)网络发送至云端，云端将处理后的数据进行存储，并可通过手机APP端查看。LORA模块为应急通信部分，在网络不通畅的情况下可将突发情况的报警信号及时传输给消费者。
c.终端应用层：
在移动终端设计APP，可以查看传感器采集和分析后的数据，可以接收警报信号，可以在“宠物圈”中发动态，与其他消费者交流分享。
总体方案：
系统的总体结构包括ATGM332D定位模块，心率检测模块，温度红外检测模块，主控板，LTE(SIM7600CE)通信模块，LORA通信模块，云端，手机端APP。主控板部分负责接收用户下达的指令和底层传感器采集的数据并实现相应的控制功能。LTE(SIM7600CE)通信模块负责将采集的数据上传至OneNet云平台，手机APP获取云平台上的数据。LORA模块为应急通信部分，主要在移动通信网络不通畅信号不好的情况下实现应急通信。总体规划结构图如图1所示。
1宠物定位：
智能宠物环定位系统硬件部分集成了LTE(SIM7600CE)模块和GPS/BD2模块，通过双模定位模式可以提高定位系统的精度。北斗定位本身又可以提升定位系统的通信能力。通过GPS/BD2模块获取的位置信息通过LTE(4G)网络上传至Onenet云平台，Onenet云平台的数据在app中体现出来，用户可以通过APP获取宠物实时位置。
软件部分APP是以Onenet云平台为基础编写的，内部集成了高德地图，获取位置数据后可以直接在高德地图上体现出来，参见图2。
2身体体征实时检测：
如图3，心率、温度检测：
智能宠物环具有检测宠物心率的功能。通过传感器来检测宠物实时的心率，将数据上传云端，消费者可以在APP中放便查看，随时关注宠物的身体情况。
健康状况
智能宠物环除了能够实时观测宠物身体体征数据以外，还可以与健康状况下正常的数据范围做对比，得出宠物身体的健康情况。可分为三种情况：健康；亚健康；生病。例如，一般的中型犬种的心率在每分钟90次左右(不同品种会有细微的差别)，犬种越大，心率越低，反之则心率越高；通常狗的正常体温介于37.7到39.2摄氏度之间。(其他宠物也有正常的指标范围)如果相同品种的宠物狗心率和温度检测指标在正常范围内则为健康状态；如果有一指标或两指标都处于正常范围附近且不是突然变化还保持一定时间则为亚健康状态；如果有一指标或两指标都偏离正常范围较多且不是突然变化还保持一定时间则为生病状态。消费者可通过对宠物身体指标的掌握，根据指标的异常情况在APP社交平台咨询兽医资深的养宠专家，也可以去宠物医院进行检查以免身体状况进一步的恶化。保证对宠物健康情况的随时检测，使宠物达到最佳的饲养状态。
3安全防范：
(1)电子围栏
电子围栏是基于宠物定位的一个扩张功能，主要利用软件技术实现。可以由用户在APP中自行设定合适的范围。在户外活动时，开启该项功能，设定好安全范围的电子围栏，如果宠物超出了该范围则会在APP上出现警报提示。
(2)突发情况
通过对宠物身体体征数据不断的实时采集，我们不仅可以判断宠物的身体健康状况，还可以判断突发情况的发生。根据动物生理学和兽医临床诊断学相关知识可知，宠物在健康状态下，正常环境中体温和心率都会维持在一定范围内，例如小型犬的体温在37.7-39.2摄氏度之间，浮动范围不大；心率维持在90-160次/min,此时可以记录算出心率的平均值(不同物种不同体型有所差异)。节律紊乱时，例如狗的心率最高可至360次/min，最低可至50次/min。当实时数据发生类似急剧的变化，心率和温度的突然升高或降低，超出之前所统计正常情况下数据的一定范围(体温变化在1分钟内内超过正负4摄氏度，心率变化超出正常平均心率的正负35％)并且持续1—2分钟或仍有向非正常方向变化的趋势时，都可判断宠物处于非正常的环境中。若有该情况的发生，APP中也会出现警报提示。
(3)信息匹配
该项功能是基于二维码的信息录入及保存。消费者提前在APP中填入相关信息，包括联系方式，宠物品种，年龄，性别等基本信息。通过扫描二维码的方式可以查看。根据录入的信息可以在信息库中查找不同品种，不同年龄，不同性别的宠物在健康情况下的体征指标，方便对宠物的身体情况做出较为准确的判断。在宠物走失的情况下也方便联系到用户。
(4)LORA通信
在网络不畅状态下，宠物环所携带的LORA便携式设备上的GPS模块会获取GPS数据，解析之后通过LORA通信技术向消费者发送该GPS数据，并通过蓝牙上传至APP，在无GSM等网络的条件下实现宠物的定位，提高通信的可靠性。
具体参见图4。
终端功能：参见图5，包括以下部分：
(1)消费者可以在APP上查看传感器收集到的宠物的心率，温度的实时数据以及数据分析后的健康情况。
(2)可以在APP上设定电子围栏的有效范围。
(3)APP中集成了高德地图，可以在地图上显示宠物的当前位置。
(4)当发生突发情况时APP可接收报警信号。
(5)APP可将消费者录入的信息进行存储，也可将传感器和定位模块收集的数据进行存储，放便消费者之后查看。根据输入宠物的信息可以和数据库匹配，找出该宠物类型正常的身体体征数据，还可以提供一些正确的具体宠物类型的饲养方法。
(6)APP是以Onenet云平台为基础编写，各个项目功能的数据上传云平台，可以直接在APP中进行实时检测和查看。用户可以将关于宠物的视频照片上传云端保存，也可以与其他用户交流分享，建立一个专属宠物的社交平台。
硬件组成
1硬件架构
参见图,6，智能宠物环的硬件部分包括ANDROID主控系统和LORA通信装置以及底层的GPS/BD2定位模块、心率检测模块和温度检测模块。
2ANDROID主控板
主控制板采用ANDROID MEGA2560。ANDROID MEGA2560是一块以ATmega2560为核心的微控制器开发板，本身具有54组数字I/O端(其中15组可做PWM输出)，16组PWM输入端，4组UART，使用16MHz进口晶振。其工作电压为5V，输入电压的范围为6-20V。Mega 2560有256K的闪存。
3通信系统
3.1SIM7600CE
SIM7600CE模块是一块支持LTE(4G)全网通的通信开发模块，同时还支持3G(EV_DO/HSPA+)、3G(WCDMA)、2.5G(EDGE)、2G(GSM/GPRS)通信。支持LTECAT4(下行速度为150Mbps)、支持USB通讯供电、、可选MIFI/WIFI模块、采用NANO—SIM卡掀盖卡槽、支持语音功能，板子TF卡槽。外接5V供电。板载锂电池充电电路，可接3.7V-4.2V锂电池。性能稳定，可以低功耗实现SMS和数据信息的传输。
3.2LORA通信模块
如图7，LORA通信模块硬件主要包括ANDROID TPLORA主控板、GPS/BD2模块和DX-BT05-A4.0蓝牙模块。
(1)DX-BT05-A4.0蓝牙模块是专为智能无线数据传输而打造，采用美国TI公司的CC2541芯片，配置256Kb空间，遵循V4.0BLE蓝牙规范。支持AT指令。本模块支持UART接口，并支持SPP蓝牙串口协议。工作电压为3.3V。
(2)GPS/BD2模块采用ATGM332D模块，模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在EEPROM，工作电压为3.3V/5V，模块自带可充电后备电池，可以掉电保持星历数据。默认波特率为9600。
(3)ANDROID TPLORA主控板，在基础ANDROID开发版的基础上加装由安信可公司生产的LORA通信模块，通信距离为5000米(理想条件下)。功耗低，工作在433MHZ频段。通信接口为SPI。可在-30-60℃的条件下正常工作。
定位模块与传感器
定位模块选用ATGM332D双模接收机模块，传感器选用了MAX30102心率传感器、MLX90614ESF非接触式温度传感器。
设计核心模块选用ATGM332D双模接收机模块。该模块是高灵敏度BDS/GPS双模接收机，支持GPS和BDS的单系统定位和双系统联合定位。具有高灵敏度：-160dBm的特性,低功耗(65mA),内置天线短路保护功能，内置天线检测电路，支持远程升级功能。原理图如图8所示。
(1)宠物的体温检测：可以采用MLX90614ESF传感器，这是一个非接触、红外温度传感器。适用于测量狗这种非接触型温度测量。封装内集成了对红外灵敏的热电堆探测器芯片和信号处理ASSP(专用集成电路)芯片。由于集成了低噪声放大器，17位ADC和强大的DSP单元，使得高精度的温度计得以实现。在整个温度测量范围内的分辨率为0.02℃。可以将输出配置为PWM格式。测量温度范围为-20～120℃，分辨率是0.14℃。电路图如图9所示。
(2)温度采集部分程序：
以下为读取温度数据值的程序段，并对程序做简要说明：
start_bit()；//起始位
tx_byte(0x00)；//发送地址
slave_ack()；//应答处理
tx_byte(0x07)；//发送命令
slave_ack()；
start_bit()；
tx_byte(0x01)；//发送读地址数据指令
slave_ack()；
DataL＝rx_byte()；//高字节接收
Send_bit(0)；
DataH＝rx_byte()；//低字节接收
Send_bit(0)；
Pecreg＝rx_byte()；//接收校验字节
SetValue(arr)；//校验数据数组赋值
Pecreg＝PEC_cal(arr,6)；//CRC计算
PecProcess()；//校验处理
stop_bit()；
return(DataH*256+DataL)；//返回结果
(3)计算方法
在单个PWM输出模式中，PWM1设置的数据有效。温度读数可由单个时序图给出：
其中Tmin和Tmax是温度输出所对应的重新调整系数，存储在EEPROM里。(Ta，Tobj1和Tobj2的温度范围是仍是前面规定的范围)T是PWM的周期，Tout是Tobj1,Tobj2或Ta，取决于Config Register[5:4]设置。
不同的时间间隔t1…t4有以下意义：
t1:开始缓冲时间，这段时间信号为高电平。t1＝0.125*T(T是PWM周期)
t2:有效数据带，0…1/2T。PWM输出的数据分辨率为10位。
t3:错误带–表示EEPROM出现致命错误。(双重错误检测，无纠正)t3＝0.25*T。因此如果PWM脉冲序列的占空比为0.875时，表示EEPROM出现致命错误。(对于单个PWM格式)OVF意味溢出，UNF意味下溢，FE意味致命错误。
实例：
Tobj1＝>Config Reg[5:4]＝11’b
Tomin＝0℃＝>Tomin[EEPROM]＝100*(tomin+273.15)＝6AB3h
Tomax＝+50℃＝>Tomax[EEPROM]＝100*(tomax+273.15)＝7E3Bh
捕获的PWM高电平时间为0.495*T＝>t2＝(0.495–0.125)*T＝0.370*T＝>
测量的物体温度＝2X0.370*(50℃-0℃)+0℃＝+37.0℃.
(4)制定PWM的温度输出范围
计算所得的物体温度存在RAM中，其分辨率为0.01℃(16bit)。PWM输出格式为10-位数值，所以要传送的温度需要重新调节以适宜所需的范围。
为此，EEPROM中的2个单元用于存取To的范围(Tomin和Tomax)，一个单元用于Ta(Tarange：8MSB存放Tamax，8LSB用于Tamin)
因此To输出范围的变化精度为0.01℃，对应的Ta输出范围的变化精度为0.64℃。
PWM输出格式的物体温度可用下式进行重新调节：
TRAM是线性化Tobj，16-位(0000…FFFFh,0000为-273.15℃ and FFFFh为+382.2℃)，结果为10-位数值，其中000h对应ToMIN[℃]，3FFh对应ToMAX[℃]，1LSB对应
TMINEEPORM TMIN 100LSB
TMAX EEPORM TMAX100LSB
(5)实验测试(参考)
用水银温度计将水温标定在35℃和38℃，基于测温系统获得的曲线，可知MLX90614DAA的测量精度能达到0.2℃。但值得注意的是在测温时，探头的前端要尽量靠近被测对象，保持1～2cm的范围内。如果超出2cm，显示的的温度值将快速递减；考虑到项目中测量宠物体温时距离满足范围，所以符合要求。实验结果参照图19和20。
(1)宠物的心率检测：心率方面的测量方法和传感器也比较多。可以使用MAX30102这款心率传感器。MAX30102是一个集成的脉搏血氧仪和心率监测仪生物传感器的模块，该传感器功耗低、节省空间。它集成了一个红光LED和一个红外光LED、光电检测器、光器件，以及带环境光抑制的低噪声电子电路。MAX30102采用一个1.8V电源和一个独立的5.0V用于内部LED的电源，此外，该芯片还可通过软件关断模块，待机电流接近为零，实现电源始终维持供电状态。原理图如图10所示：
其中的RCWL-9183主要起到转变输入电压后，有效输出固定电压的作用，在不确定电压(1.8V-3.3V)的输入下可以稳定得到输出电压3.3V，提高电路使用的灵活性。在没有电源输入时，由于电容储存电能，也可以短暂为电路供电。
(2)心率检测部分程序
采样周期为50Hz，采样时间为3s:
(3)计算方法
计算每个数据与平均值的差值并取反(检测波谷值，取反后即为波峰值)：
ir_meanun_average＝ir_mean/ir_buffer_length
得到的数据为离散数据。然后计算峰值阈值，确定范围在(30-60)。
然后就要找出波峰值所在测量数据的位置，及确定峰值的间距。
峰值左边缘：an_x[k]-an_x[k-1]>0并且an_x[k]>min_height峰值右边缘(在左边缘的前提下)：且
波峰的位置只需计算相邻两值的差值就可以得出找到峰值并确定位置。
计算间距的均值:peak_average_interval＝peak_interval_sum÷npks
npks表示波峰数；
由于采样周期为50Hz，一分钟的数据量为50*60，再除以间距可得出心率。
heart_rate＝(50*60)÷peak_average_interval
MAX30102心率传感器MLX90614ESF温度传感器
软件构架和开发环境
主程序流程如图11，首先完成对各个模块的初始化，之后从传感器获取测量数据，数据上传并存储。根据指令发出的不同信息进行不同情况的判断，根据判断结果再完成相应的执行功能，LORA通信模块的程序流程如图12所示。
OneNet平台
OneNet是中国移动通信集团推出的专业的物联网开放云平台，提供了丰富的智能硬件开发工具和可靠的服务，容许各类终端设备迅速接入网络，实现数据传输、数据存储、数据管理等完整的交互流程。
平台介绍
协议选择
OneNet平台提供公开协议产品和私有协议产品两种产品类型(平台为公开协议产品提供有HTTP、EDP、MQTT、MODBUS等多种协议的选择)。在产品中创建设备，为设备新增数据流。设备端编写终端接入代码，主要完成数据采集、协议封装、数据上传等工作，终端设备的数据上传成功后，平台在相应数据流下会生成随时间推移的数据点。本系统选择HTTP协议接入OneNet云平台。
触发器管理
触发器功能是基于设备的数据流，用户可以用触发器对数据流进行监控，实现特定条件的事件告警；根据事先设定好所要监控的数据流、事件触发条件、告警信息的接受方式，一旦监控的数据流数据满足设定的条件，触发器就可以以邮件以及用户提供的URL地址的推送方式向用户发送告警信息。
应用管理
应用功能是基于设备的数据流，用户可以为设备下的数据流创建相关的应用并在线发布，通过发布页面，可以对数据趋势进行直观展示；
OneNet应用孵化器提供了曲线图、柱状图、表盘、物体位置、图片和开关等应用，用户创建应用进行数据展示的前提是终端数据已经上传至OneNet平台。平台及设备准备
首先在平台创建一个公开协议产品，并且设备接入协议选择HTTP，创建产品后，记录该产品的产品ID和APIKey。
在创建好的产品下点击添加设备，输入设备名称和鉴权信息(即设备编号)，记录下该设备ID。
设备与HTTP服务器建立TCP连接，使用HTTP的封装格式和SDK中提供的接口函数，将数据上传到平台，如果需要继续上传数据，则再次与服务器建立连接，详见图13。
云服务器以及APP
开发环境
服务器
操作系统：Windows Server 2012
硬件平台：2.5GHz主频CPU，2GB内存
支撑环境和版本：jdk1.8.0_121
APP
开发软件：Android studio
JDK版本：jdk1.8.0_121
SDK版本：API21(Android 5.0)
APP功能：APP包含设定电子围栏，消费者信息录入及匹配，数据查看，宠物社交平台这几个功能，如图14所示。
(1)电子围栏：
用一个虚拟的栅栏围出一个虚拟地理边界。消费者提前设定好围栏范围，当宠物离开指定地理区域时，会在APP中出现报警提示。总体流程图15。
(2)消费者信息录入及匹配：
如图16，当消费者从APP中录入相关信息后进行存储，并与数据库中信息匹配，准确找出宠物品种，提供该类型宠物的相关信息。当宠物丢失时，也可通过扫描二维码的方式获取失主的联系方式。
数据查看
如图17，各模块数据由GSM/GPRS模块上传至云平台，云平台对数据进行管理与存储，APP从云平台获取数据并显示，宠物定位可直接显示在地图上。还可以对存储的信息进行回看，比如说宠物的活动路线。(LORA紧急通信未标出)宠物社交平台
给饲养者们提供一个交流分享的平台。通过APP分享好的饲养宠物的方法和知识以及关于宠物的最新动态，可以上传关于宠物的短视频和照片并保存到云平台。实现信息共享，建立一个专属宠物的社交平台。
数据传输技术
系统中用到的数据传输技术包括LORA通信、GPRS通信和蓝牙通信技术。
GPRS通信：
本系统使用的是SIM868模块，通过使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能，连接云平台并传输数据。
LORA通信：
LORA通信距离远，理论传输距离可达5Km，本系统通过LORA模块，实现宠物与消费者之间定位数据的相互传输，数据由一个LORA模块传到另一个LORA模块，再通过蓝牙传至手机。
蓝牙通信
本系统采用BLE蓝牙4.0模块与手机建立连接，当接收到通过LORA之间传输的定位数据后，蓝牙将数据转发到手机上，手机接收数据之后进行解析并将位置信息显示在地图上。
如图18，宠物环上还设有用于为电池充电的恒流充电电路，恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；
(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；
恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；
(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；
参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；
电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；
电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。
恒流充电电路还包括电压反馈电路；
电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；
电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。
工作原理说明：
采用稳定参考电源作为基准电压，采用R1，R2，R5分压得到与FB相等的电压，从而通过FB去调整DCDC IC的内部PWM而控制输出电流的大小。例如，当输出电流变大，在取样电阻R5上的电压就会升高，由于VRFE+是固定的值，从而是FB电压变大，FB变大，占空比就会减少，从而是输出电流减少，而完成一个完整的反馈，达到稳定电流输出的目的。

Claims (10)

1.一种智能宠物环,其特征在于，包括环体，还包括设置在环体上的主控模块、电源模块、定位模块、通信模块和检测模块；
所述的电源模块、定位模块、通信模块和检测模块均与主控模块相连；
主控模块为Android主控模块，用于处理数据；
电源模块用于为主控模块、定位模块、通信模块和检测模块供电；
定位模块用于获取定位数据；
通信模块用于环体与云服务器进行无线通信；
检测模块用于检测宠物的身体体征。
2.根据权利要求1所述的智能宠物环,其特征在于，检测模块包括心率检测单元和体温检测单元。
3.根据权利要求2所述的智能宠物环,其特征在于，心率检测单元为MAX30102心率传感器，体温检测单元为MLX90614ESF非接触-红外温度传感器，通信模块为SIM7600CE(4G)通信模块和LORA通信模块；定位模块为GPS/北斗双模定位模块。
4.根据权利要求1所述的智能宠物环,其特征在于，通信模块还包括应急通信模块，应急通信模块用于与智能手机应急通信。
5.根据权利要求2所述的智能宠物环,其特征在于，通过监控宠物的心率和体温判断宠物的健康状态，并在亚健康状态和生病状态下，启动报警；
如果检测到宠物当前的心率和温度均在预设健康值范围内，则判定宠物处于健康状态；
如果有一指标或两指标预设的亚健康值范围，则判定宠物处于亚健康状态；
如果有一指标或两指标不在健康值范围且偏离亚健康状态，则判定宠物处于生病状态。
6.根据权利要求1中所述的智能宠物环,其特征在于，环体上印刷二维码或固定有二维码标识牌，智能手机扫描二维码能获知宠物主人信息；
(1)体温检测电路采用MLX90614ESF传感器，该传感器为非接触型温度测量传感器，MLX90614ESF传感器的VDD端接电源，GND接地，采用I2C总线与控制器通信输出体温信号；SDA是双向数据线,SCL是时钟线，SDA和SCL分别通过电阻R1和R2(上拉电阻)接VDD。
(2)心率检测电路采用MAX30102芯片和2个电源芯片，MAX30102为心率传感器2个电源芯片中，一个用于产生1.8V电压，一个用于产生3.3V电压；2个电压芯片为MAX30102中的内置LED供电。MAX30102通过I2C总线输出信号到控制器(主控芯片)。
7.一种宠物监控系统，其特征在于，包括云服务器、智能手机和权利要求1-6任一项所述的智能宠物环；
智能宠物环与云服务器无线通信连接；智能手机与云服务器无线通信连接。
8.根据权利要求6所述的宠物监控系统，其特征在于，智能宠物环的通信模块还包括应急通信模块，应急通信模块用于智能宠物环与智能手机应急通信。
9.一种宠物监控方法，其特征在于，采用权利要求8所示的宠物监控系统；基于该宠物监控系统，实施以下监控：
(1)宠物智能定位；宠物主人通过智能手机能实时追踪宠物的位置；
(2)电子围栏监控：监控宠物的活动范围，超过设定的范围后启动报警；
(3)宠物体征监控；通过实时检测宠物的体温和心率数据判断宠物的健康状态；
(4)突发情况报警：实时检测宠物的体温和心率数据，若体温和心率发生突变[体温变化在1分钟内(保证容错率的同时避免因判断时间过长而耽误应急措施的实施)超过正负4摄氏度，心率变化超出健康状态时正常平均心率的正负35％，并且持续1—2分钟或仍有向非正常方向变化的趋势时]，启动报警。
10.根据权利要求9所述的宠物监控方法，其特征在于，基于宠物监控系统还实现云端数据共享。
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