CN108605860B - 牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能牧场技术领域，具体提供了一种牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统。牲畜咀嚼检测装置包括外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，套嘴绳套设在牲畜嘴部且与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，磁编码器与处理器电连接，磁编码器用于检测皮带轮在套嘴绳带动下旋转角度，以将检测的角度数据发送至处理器，通过检测获取牲畜的姿态数据以及咀嚼行为数据，根据姿态数据及咀嚼行为数据判断牲畜的咀嚼行为，帮助牧场工作人员跟踪检测牲畜的进食、反刍等状态，适合大规模牧场推广使用，具有较高的经济价值。

Description

牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统

技术领域

本发明涉及智能牧场技术领域，具体而言，涉及一种牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统。

背景技术

牲畜在进食或者反刍的过程中均伴随着咀嚼行为的发生。在相关技术中虽然已提出了很多对牲畜咀嚼行为监测，以了解牲畜反刍与进食情况的方法，但这些方法均存在很多问题。其中，主要问题为监测结果不够准确，无法表征牲畜的真实情况。以采用图像采集技术对牲畜进行监测为例，由于任何图像采集设备的可采集范围有限，在实际实施过程中，需要将牲畜限定在特定的位置才能保障采集到的图像数据的有效性。然而，对牲畜的禁锢会直接影响牲畜的进食量及反刍情况，使得到的监测结果无法准确的表征牲畜的真实情况，不利于饲养者及时了解牲畜的健康、进食情况等。

现有的大规模牧场养殖牲畜众多，无法采用传统的手段对养殖的牲畜进行跟踪观察及分析，因此急需一种可以跟踪分析牲畜的进食情况的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种牲畜咀嚼检测装置，以改善无法有效对大规模牧场牲畜进行有效跟踪监管的问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种智能牧场管理系统，以改善上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种牲畜咀嚼检测装置，所述牲畜咀嚼检测装置包外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，所述皮带轮、磁编码器及所述处理器设置于外壳内，所述套嘴绳用于套设在牲畜嘴部外围轮廓，所述外壳设置有通孔，所述套嘴绳的一端穿过所述通孔与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，所述皮带轮上设置有永磁体，所述磁编码器设置于所述皮带轮与外壳的壳体之间，所述磁编码器与所述处理器电连接，所述磁编码器用于检测永磁体随所述皮带轮旋转的角度，以将检测到的角度数据发送至所述处理器，所述处理器依据所述磁编码器发送的数据检测识别牲畜的咀嚼行为。

进一步地，所述牲畜咀嚼检测装置包括姿态传感器，所述姿态传感器设置于所述外壳内，所述姿态传感器用于检测牲畜头部的俯仰角度数据，并将检测到的俯仰角度数据发送至所述处理器。

进一步地，所述外壳包括多组侧耳，每两组侧耳相对地设置于外壳的两侧，每一组侧耳均包括相对设置的第一耳和第二耳，所述第一耳和所述第二耳之间设置有连接杆，所述连接杆用于连接固定装置，以将所述牲畜咀嚼检测装置固定安装于牲畜的头部。

进一步地，所述牲畜咀嚼检测装置还包括无线传输模块，所述无线传输模块与所述处理器电连接，用于在处理器的控制下将检测到的数据发送至牧场管理服务器。

进一步地，所述牲畜咀嚼检测装置包括电源模块，所述电源模块包括储能单元、第一电源单元及第二电源单元，所述第一电源单元和所述第二电源单元均与所述储能单元电连接，所述第一电源单元用于将储能单元储存的电能供给处理器供电，所述第二电源单元用于将储能单元储存的电能供给磁编码器、无线传输模块供电。

进一步地，所述牲畜咀嚼检测装置还包括太阳能收集模块，太阳能收集模块与储能单元电连接，用于收集太阳能，将太阳能转化为电能储存至储能单元中。

进一步地，所述外壳的内部形成第一腔体，所述处理器、磁编码器设置于所述第一腔体内，所述第一腔体密封设置。

进一步地，所述牲畜咀嚼检测装置还包括皮带轮支架，所述皮带轮支架设置于所述外壳内，所述皮带轮支架设置于所述第一腔体上，所述皮带轮安装于所述皮带轮支架，所述皮带轮支架的位置与所述磁编码器的位置对应以使所述磁编码器检测永磁体随所述皮带轮旋转的角度。一种智能牧场管理系统，所述智能牧场管理系统包括牧场管理服务器及多个牲畜咀嚼检测装置，所述牲畜咀嚼检测装置包括外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，所述皮带轮、磁编码器及所述处理器设置于外壳内，所述套嘴绳用于套设在牲畜嘴部外围轮廓，所述外壳设置有通孔，所述套嘴绳的一端穿过所述通孔与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，所述皮带轮上设置有永磁体，所述磁编码器设置于所述皮带轮与外壳的壳体之间，所述磁编码器与所述处理器电连接，所述磁编码器用于检测永磁体随所述皮带轮旋转的角度，以将检测到的角度数据发送至所述处理器，所述处理器依据所述磁编码器发送的数据检测识别牲畜的咀嚼行为。所述牲畜咀嚼检测装置与牧场管理服务器通信连接，所述牲畜咀嚼检测装置用于检测牲畜的咀嚼行为生成检测结果，并将所述检测结果发送至牧场管理服务器。

进一步地，所述智能牧场管理系统还包括用户终端，所述用户终端与所述牧场管理服务器电连接，用于将牧场管理服务器接收的数据进行显示。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统，所述牲畜咀嚼检测装置包括外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，所述皮带轮、磁编码器及所述处理器设置于外壳内，所述套嘴绳用于套设在牲畜嘴部外围轮廓，所述外壳设置有通孔，所述套嘴绳的一端穿过所述通孔与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，所述磁编码器设置于所述皮带轮与外壳的壳体之间，皮带轮上设置有永磁体，所述磁编码器与所述处理器电连接，所述磁编码器用于检测永磁体随所述皮带轮带动下旋转的角度，以将检测到的角度数据发送至所述处理器，所述处理器依据所述磁编码器发送的数据检测识别牲畜的咀嚼行为。通过磁编码器检测皮带轮旋转的角度，将牲畜的不可量化的咀嚼行为转化为可量化的角度数据，通过检测皮带轮旋转的角度判断牲畜的咀嚼行为，帮助牧场工作人员跟踪检测牲畜的进食、休息等状态，适合大规模牧场推广使用，具有较高的经济价值。采用磁编码器测量旋转角度，可以将机械结构和电路模块完全隔离，电路结构可以密封处理，机械结构也可单独设置，从而将牲畜咀嚼检测装置结构模块化，避免牲畜生活环境中的水分等污染牲畜咀嚼检测装置的内部电路结构，提高了检测的精确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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，因此不应被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示出了本发明所提供的一种牲畜咀嚼检测装置的示意图。

图2示出了外壳的第一视角视图。

图3示出了感知节点的示意图。

图4示出了感知模块的示意图。

图5示出了电源模块的示意图。

图6示出了牲畜咀嚼行为检测方法的流程图。

图7示出了智能牧场管理系统。

图标：10-牲畜咀嚼检测装置；100-感知节点；110-处理器；130-感知模块；131-磁编码器；135-姿态传感器；150-无线传输模块；170-电源模块；171-第一电源单元；173-第二电源单元；175-储能单元；190-太阳能收集模块；120-外壳；121-壳体；1211-第一腔体；1212-皮带轮支架；122-皮带轮；123-侧耳；300-头套；310-套嘴绳；20-智能牧场管理系统；210-牧场管理服务器；220-用户终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

本实施例提供了牲畜咀嚼检测装置10，一种请参阅图1，图1示出了本实施例提供了一种牲畜咀嚼检测装置10的示意图。图2示出了外壳120的第一视角视图。

牲畜咀嚼检测装置10用于检测牲畜，例如牛的咀嚼行为。检测牲畜的咀嚼行为，可以对牲畜的进食、休息等生活习性进行监测，从而管理牲畜的健康状态，对牲畜的饲养、管理有着积极的意义。

牲畜咀嚼检测装置10包括外壳120、头套300、套嘴绳310以及感知节点100，所述感知节点100设置于外壳120内，头套300与外壳120连接，用于将牲畜咀嚼检测装置10固定安装于牲畜的头部，以完成对动物咀嚼行为的检测感知。

所述外壳120包括多组侧耳123，每两组侧耳123相对地设置于外壳120的两侧。其中，每一组侧耳123均包括相对设置的第一耳和第二耳，第一耳和第二耳之间设置有连接杆，所述连接杆用于连接固定装置，以将所述牲畜咀嚼检测装置10固定安装于牲畜的头部。于本实施例中，所述固定装置为头套300，头套300包括多条弹性绑带，所述弹性绑带与连接杆连接，通过弹性绑带将牲畜咀嚼检测装置10的外壳120稳固地安装在牲畜的头部。

请参阅图3，感知节点100包括处理器110、电源模块170、感知模块130以及无线传输模块150。电源模块170、感知模块130及无线传输模块150均与处理器110电连接。电源模块170还与感知模块130、和无线传输模块150电连接，电源模块170用于为处理器110、感知模块130及无线传输模块150供电。

请参阅图4，感知模块130包括磁编码器131以及姿态传感器135。其中，所述磁编码器131用于检测生物的咀嚼行为，例如，进食或者反刍等。

所述外壳120的内部形成第一腔体1211，所述处理器110、电源模块170、感知模块130以及无线传输模块150设置于第一腔体1211内。所述牲畜咀嚼检测装置10还包括皮带轮支架1212，皮带轮122安装于皮带轮支架1212上。于本实施例中，所述第一腔体1211可以密封，以与皮带轮支架1212或牲畜咀嚼检测装置10外部环境隔绝，避免外界水分沙尘等污染内部电路。

于本实施例中，所述皮带轮支架1212设置于所述第一腔体上1211，皮带轮支架1212的位置与所述磁编码器131的位置对应，以使所述磁编码器131可以通过检测永磁体随所述皮带轮122旋转的角度从而检测皮带轮旋转的角度。皮带轮122安装于皮带轮支架1212上。所述套嘴绳310套设于牲畜的嘴部的外围轮廓上，套嘴绳310的一端穿过外壳120的壳体121，与外壳120内部的皮带轮122连接。当套嘴绳310在牲畜嘴部咀嚼咬合的带动下伸长或收缩时，套嘴绳310会带动皮带轮122转动。

于本实施例中，所述皮带轮支架1212同样可以密封设置，避免避免外界水分沙尘等腐蚀内部的皮带轮122等结构。

当牲畜在咀嚼时上下颌骨进行上下运动过程，引发套嘴绳310的长度产生相应变化(变化距离为L)，通过测量L来实现间接测量咀嚼咬合行为的变化。为了测量该距离L，本文将长度L作为弧长，进而转化为角度测量，即通过套嘴绳310拉动一个转盘(皮带轮122)，直接测量旋转角度来间接测量距离L。

根据公式：

其中θ为转盘旋转的角度，L套嘴绳310的长度。牲畜咀嚼过程引发套嘴绳310的长度变化，该变化引发皮带轮122转动角度的变化。

皮带轮122的中部设置有永磁体，当皮带轮122被套嘴绳310带动转动时，永磁体随着皮带轮122一起转动。所述磁编码器131设置于皮带轮122的下方，用于检测皮带轮122转动的角度。

于本实施例中，所述牲畜可以是牛。套嘴绳310套设于牛头的嘴部外围轮廓，当牛发生进食、反刍、饮水等行为时，牛的上颌牙与下颌牙咬合，从而引起套嘴绳310伸缩。套嘴绳310随着牛的咬合规律地伸缩，套嘴绳310的伸缩从而带动皮带轮122的转动，皮带轮122上设置有永磁体，所述磁编码器131用于检测永磁体的转动的角度、时间等，即是检测皮带轮122转动的角度、时间。通过套嘴绳310及皮带轮122的设计，可以将牛的咀嚼咬合行为转化为可以量化的皮带轮122的转动角度，通过测量皮带轮122转动的角度，间接地检测牛的咀嚼咬合行为。

例如，于本实施例中，所述磁编码器131可以是AS5600磁编码器，用于测量皮带盘转动的角度，从而间接测量牛的咀嚼变化。

AS5600提供非接触式360度全方位的12位精确分辨率，能够测量任何旋转角度变化。该芯片测量角度时，其芯片与测量介质永磁体之间是非接触的，即永磁体悬于芯片之上，通过永磁体的旋转，引起芯片内部感知结构产生相应变化，进而进行角度测量。

相比传统电位计，非接触的角度测量具有更优越的可靠性，机械结构和电路结构可以分别设置，从而可以不受灰尘、污垢、湿气、水分、振动等现象的影响，提高了检测的精确度。

优选地，于本实施例中，AS5600设置于皮带轮122的下方，皮带轮122在中部放置有专用的永磁体，永磁体与芯片的距离控制在0.5～3mm，套嘴绳310的一端绕入皮带轮122凹槽，通过测量皮带轮122的旋转角度来间接测量套嘴绳310的自由端变化的长度，即能反映出牛在咀嚼变化。

磁编码器131按照预设的时间间隔采集皮带轮122转过的角度，例如，于本实施例中，所述预设的时间间隔是20ms，即采样频率为50Hz。磁编码器131每隔20ms检测一次皮带轮122转过的角度。于本实施例中，磁编码器131与处理器110电连接，磁编码器131将检测到的皮带轮122转动过的角度发送至处理器110，所述处理器110根据磁编码器131发送的数据进行分析，得到牛的咀嚼规律。

姿态传感器135用于检测牲畜的头部姿态，于本实施例中，以牛为例。实验数据表明，牛在反刍与进食两者的咀嚼过程中，二者头部姿态是不同的，进食过程是低头、点抬头式进食，反刍过程中平视咀嚼，头部基本不动。鉴于此，通过头部的姿态特征变化还可以区分反刍与进食两者咀嚼的方式。目前主要应用反应物体状态的传感器主要为陀螺仪与加速度传感器。

于本实施例中，采用姿态传感器135检测牛的头部姿态。例如，可以采用MPU6050，使用MPU6050包含的陀螺仪传感器测角度、加速度传感器测加速度。MPU6050通过IIC接口对芯片内部的寄存器进行修改与读取，该芯片是一款性价比非常高的姿态传感器135，市场占有率较高，在人体的跌倒、手势、关节活动角度、乃至在两轮平衡车上均有应用，MPU6050体积小，外围电路结构简单。适合应用于在牲畜的穿戴设备上。

于本实施例中，所述姿态传感器135固定安装于外壳120内，以检测牛的头部姿态的变化，包括俯仰角、偏航角、翻滚角。为简化研究对象，本实施例只选取俯仰角进行说明。MPU6050可采集三轴加速度、三轴角速度，但这些数据不能直观的展现物体姿态变化，研究物体姿态变化的过程，多引入欧拉角对姿态进行解算。MPU6050自带的DMP可以实时将三轴加速度与三轴角度进行滤波处理，DMP将各轴数据转换成四元素，该方式可以减轻处理器110的工作负担以及压缩采集时间。通过四元素数据经过简单的计算就可以转换直观的欧拉角来反映姿态变化。

于本实施例中，以牛头自身为参考对象在牛头上建立欧拉角的角度坐标系，以水平方向为零点，低于水平线以下的角度为负角度，反之为正。

牛在咀嚼食物的过程中，主要存在两种状态，进食与反刍，研究发现，牛进食过程比较粗放，进食时往往不加选择，经初步咀嚼混入唾液形成食团匆匆吞下，进入瘤胃储存，经被带入的碱性唾液软化和瘤胃内水分浸泡后，待休息时再进行反刍。反刍包括逆呕、再咀嚼、再混入唾液、再吞咽4个过程。牛一般进食后30～60分钟后开始反刍，每次反刍持续时间40～50分钟，1昼夜反刍9～12次，反刍时间6～8小时。

于本实施例中，所述姿态传感器135检测牛头部的俯仰角变化，并将牛头部的俯仰角变化发送至处理器110，处理器110依据姿态传感器135发送的数据判断牛的进食或反刍等行为，同时记录进食或反刍行为的发生时间。

于本实施例中，感知节点100包括无线传输模块150，无线传输模块150与处理器110电连接，用于将感知节点100检测的牲畜的咀嚼行为发送至特定的客户端，例如可以发送至养殖场的管理服务器，或送至工作人员的智能移动终端。

无线传输模块150可以采用LORA无线通信模块，LoRa模型采用美国SemTech公司的SX1278芯片为核心，采用SPI协议进行驱动。它采用了低成本的晶体和物料就可以获得超过-148dBm的高灵敏度。此外高灵敏度和+20dBm功率放大器的集成使这些器件的链路预算达到了行业领先水平，成为远距离传输和可靠性要求极高的应用的最佳选择。相对于传统调制技术，LORA调制技术在抗阻塞和选择性方面也具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离，抗干扰和功耗问题。

LORA特有的远距离传输特性使其理论传输可视距离可达5km～10km，覆盖面积可达75km²，合7500公顷。一般牧场视野开阔，障碍物也较少，因此LORA非常适合自由放牧状态下的数据采集。

需要说明的是，所述无线传输模块150还可以是满足要求的其他的可以进行无线通信的模块，例如，WiFi模块、GPRS模块等。

电源模块170用于为处理器110、感知模块130及无线传输模块150供电。为获得更好的低功耗运行能力，于本实施例中，采用双电源供电的模式进行供电，请参阅图5，电源模块170包括储能单元175、第一电源单元171及第二电源单元173，第一电源单元171与处理器110电连接，用于为处理器110供电，第二电源单元173与感知模块130及无线传输模块150均电性连接，用于为感知模块130和无线传输模块150供电。优选地，第一电源单元171的输入端与储能单元175电连接，第一电源单元171的输出端与处理器110电连接，第一电源单元171用于将储能单元175储存的电能转化为适配处理器110的电信号。第二电源单元173的输入端与储能单元175电连接，第二电源单元173的输出端与感知模块130和无线传输模块150电连接，用于将储能单元175储存的电能转化为适配感知模块130和无线传输模块150的电信号。优选地，所述储能单元175为可充电电池，例如，锂电池等。

于本实施例中，电源模块170可以采用双SP6205LDO进行供电，所述第一电源单元171可以采用的LDO-1供电模式，所述第二电源单元173可以采用LDO-2供电模式。

优选地，感知节点100还包括太阳能收集模块190，太阳能收集模块190与储能单元175电连接，用于收集太阳能，将太阳能转化为电能储存至储能单元175中。所述太阳能收集模块190可以是太阳能电池板，太阳能电池板可以设置于感知节点100的外壳120的表面。

处理器110用于控制感知模块130、无线传输模块150及电源模块170的工作状态，并对感知模块130采集的数据进行初步的处理。例如，根据感知模块130采集的姿态数据、咀嚼行为数据分析牲畜的咀嚼行为，例如进食或反刍等，具体情况请参阅第二实施例中的相关内容。

于本实施例中，所述处理器110可以为单片机、FPGA或嵌入式ARM，例如，可以选用低功耗芯片STM32L152RC。STM32L152RC其工作频率为32MHz，32位Cortex-M3内核，256KB的闪存和高达32KB的RAM，12位ADC1个，通用32位定时器1个，通用16位定时器6个和基本定时器2个。工作电压为1.65V～3.6V，待机模式为0.35uA，待机+RTC模式下仅1.3uA，停止模式为0.65uA，停止模式+RTC模式下仅1.5uA，低功耗运行模式为8.6uA，187uA/MHz运行模式。

本实施例提供的牲畜咀嚼检测装置10的工作原理：牲畜咀嚼检测装置10包括外壳120、皮带轮122、磁编码器131、姿态传感器135、处理器110以及套嘴绳310，所述皮带轮122、磁编码器131及所述处理器110设置于外壳120内，所述套嘴绳310套设在牲畜嘴部外围轮廓，且套嘴绳310的一端与皮带轮122连接，当牲畜发生咀嚼咬合行为时，嘴部的咬合带动套嘴绳310的伸长或收缩变化，套嘴绳310的伸长及收缩带动皮带轮122正向或反向转动，所述磁编码器131检测到皮带轮122的转动，将检测到的信号发送至处理器110，处理器110根据磁编码器131发送的信号及姿态传感器135发送的信号判断牲畜的咀嚼行为。处理器110还可以通过无线传输模块150将牲畜的咀嚼行为数据发送至特定的终端，例如发送至养殖场的管理服务器，以便对牲畜的进食、休息等行为进行有效的监控与管理。

第二实施例

本实施例提供一种牲畜咀嚼行为检测方法，请参阅图6，图6示出了本实施例提供的牲畜咀嚼行为检测方法的流程图。

本实施例提供的牲畜咀嚼行为检测方法应可以应用于第一实施例提供的牲畜咀嚼行为检测装置，用于检测判断牲畜的咀嚼行为的类型。

本实施例提供的牲畜咀嚼行为检测方法包括以下步骤：

步骤S10：按照预设时间间隔获取多组姿态数据及咀嚼行为数据。

于本发明实施例中，所述预设的时间间隔可以是20ms，但不限于此。所述姿态数据是指牲畜头部的姿态数据，例如，所述牲畜可以是牛，牛的头部的姿态数据包括牛的头部的俯仰姿态数据。所述咀嚼行为数据是指牛的咀嚼咬合行为，例如咬合时间的长短，咬合行为的幅度大小等。

俯仰姿态数据可以由姿态传感器135获得，咀嚼行为数据可以由磁编码器131检测获得。具体可参阅第一实施例中的相关内容。所述磁编码器131测量皮带轮122转动的角度及时间，将其转化为咬合行为的幅度大小及咬合时间的长短。

每一组咀嚼行为数据包括多个咀嚼数据及每个咀嚼数据对应的时间点，上述时间点可以是磁编码器131采集到该数据的采集时间点。每个俯仰姿态数据也对应一时间点，该时间点也可以是姿态传感器135采集到该数据的采集时间点。

步骤S20：对每组咀嚼行为数据进行预处理。

在本发明实施例中，利用预先设置的移动平均滤波器，按照每个所述咀嚼行为数据对应的时间点的先后顺序，依次对所述咀嚼行为数据进行预处理。可选地，预先设置的移动平均滤波器的宽度可以是5位数，将每一组咀嚼行为数据按照对应的时间点的先后顺序排列，并赋予对应的索引。具体地，上述移动平均滤波器可以：当

时，以索引为0的咀嚼行为数据为起点，求取彼此连续排列的2j+1个咀嚼行为数据的平均值，其中j为预处理后的所述咀嚼行为数据对应的索引，N为移动平均滤波器的宽度值，例如，j为1，N为5，则预处理后索引为1的咀嚼行为数据

其中y′代表预处理后的所述咀嚼行为数据，y代表预处理前的咀嚼行为数据；当

时，预处理后对应索引为j的咀嚼行为数据可以通过计算预处理前对应索引为j的咀嚼行为数据数及索引排列在该咀嚼行为数据索引前后连续的

个咀嚼行为数据的平均数获得，其中，

的值可以是

的向下取整，j为预处理后的所述咀嚼行为数据对应的索引，N为移动平均滤波器的宽度值，Max为每组咀嚼行为数据的总个数，例如，j为3，N为5，Max为1024，则预处理后索引为3的咀嚼行为数据y′(3)＝(y(1)+y(2)+y(3)+y(4)+y(5))/5，其中y′代表预处理后的所述咀嚼行为数据，y代表预处理前的咀嚼行为数据；当Max-N/2≤j<Max时，预处理后对应索引为j的咀嚼行为数据可以通过计算预处理前对应索引为j的咀嚼行为数据数及索引排列在该咀嚼行为数据索引前后连续的(Max-j-1)个咀嚼行为数据的平均值获得，其中，j为预处理后的所述咀嚼行为数据对应的索引，N为移动平均滤波器的宽度值，Max为每组咀嚼行为数据的总个数，N一定为奇数。

步骤S30：从预处理后的咀嚼行为数据中提取波峰值及波谷值，以便利用所述波峰值及波谷值计算所述峰谷均差值。

在本发明实施例中，首先，依次利用滤波处理后的相邻下一个所述咀嚼行为数据确定每一个滤波处理后的所述咀嚼行为数据对应的替换值。上述相邻下一个咀嚼行为数据对应指索引比该咀嚼行为数据对应的索引数值上大1。上述替换值包括1和-1。具体地，可以是若滤波处理后的咀嚼行为数据和与其相邻的下一个咀嚼行为数据之间满足y′(i+1)-y′(i)≥0，则该咀嚼行为数据对应的替换值为1，若滤波处理后的咀嚼行为数据和与其相邻的下一个咀嚼行为数据之间满足y′(i+1)-y′(i)＜0，则该咀嚼行为数据对应的替换值为-1，其中，y′(i)为预处理后的咀嚼行为数据，y′(i+1)为其相邻下一个咀嚼行为数据，i代表对应的索引。其次，根据获得替换值及对应的相邻下一个所述替换值之间的比较结果，从滤波处理后的咀嚼行为数据中提取波峰值及波谷值。具体地，依次比较每一个替换值与对应的相邻下一个替换值之间是否满足x′(i+1)-x′(i)＞0或x′(i+1)-x′(i)＜0，当满足x′(i+1)-x′(i)＞0时，则将该x′(i)对应的咀嚼行为数据作为对应的波谷值，当满足x′(i+1)-x′(i)＜0x′(i+1)-x′(i)＞0时，则将该x′(i)对应的咀嚼行为数据作为对应的波峰值。上述x′(i)代表索引为i的咀嚼行为数据对应的替换值，上述x′(i+1)代表x′(i)的相邻下一个替换值。最后，依据获得波谷值与波峰值计算该组咀嚼行为数据对应的峰谷均差值。具体地，取每组对应的波峰值与波谷值的平均值的差值作为当前组数据的峰谷均差值。

步骤S40：依据每组所述咀嚼行为数据对应的峰谷均差值，确定在各组所述咀嚼行为数据对应的时间段内所述牲畜是否属于咀嚼状态。

在本发明实施例中，若峰谷均差值超过预设阈值，则确定在该组咀嚼行为数据对应的时间段内牲畜处于咀嚼状态；若峰谷均差值未超过预设阈值，则确定在该组咀嚼行为数据对应的时间段内牲畜未处于咀嚼状态。每组咀嚼行为数据对应的时间段可以是该组咀嚼行为数据中第一个咀嚼行为数据对应的时间点与最后一个咀嚼行为数据对应的时间点之间的时间区间。

步骤S50：根据每个处于咀嚼状态的所述时间段对应的所述俯仰姿态数据，判断对应的所述时间段内的咀嚼类型。

在本发明实施例中，上述咀嚼类型包括进食咀嚼及反刍咀嚼。牲畜的咀嚼行为伴随着进食或反刍过程发生，但是进食和反刍对应的咀嚼行为又各有差异，因此，可以通过咀嚼类型分别牲畜处于进食状态还是反刍状态。

作为一种实施方式，判断对应的所述时间段内的咀嚼类型可以通过获取每个处于咀嚼状态的所述时间段对应的波谷数据。上述波谷数据包括处于咀嚼状态的所述时间段内提取的波谷值。根据每个处于咀嚼状态的所述时间段对应的所述俯仰姿态数据及波谷数据，判断对应的所述时间段内的咀嚼类型。具体地，当所述时间段对应的所述俯仰姿态数据的均值化数值未超过-56°时，将该时间段对应的波谷数据与已确定牲畜的咀嚼状态为反刍咀嚼的波谷数据进行比较。若对应的所述波谷数据均大于已确认属于反刍咀嚼的时间段对应的波谷数据时，判断该时间段内的所述咀嚼类型为进食咀嚼。需要说明的是，若此时还未曾确定任何一时间段对应的咀嚼状态为反刍咀嚼，则以预先存储的反刍咀嚼对应的波谷数据与该时间段对应的波谷数据进行比较。若该时间段对应的波谷数据均大于预先存储的反刍咀嚼对应的波谷数据，判断该时间段内的所述咀嚼类型为进食咀嚼。当所述时间段对应的所述俯仰姿态数据的均值化数值不低于-56°时，将该时间段对应的波谷数据与已确定牲畜的咀嚼状态为进食咀嚼的波谷数据进行比较。若对应的波谷数据均小于已确认属于进食咀嚼的时间段对应的波谷数据时，判断该时间段内的所述咀嚼类型为反刍咀嚼。需要说明的是，若此时还未曾确定任何一时间段对应的咀嚼状态为进食咀嚼，则以预先存储的进食咀嚼对应的波谷数据与该时间段对应的波谷数据进行比较。若该时间段对应的波谷数据均小于预先存储的进食咀嚼对应的波谷数据，判断该时间段内的所述咀嚼类型为反刍咀嚼。

作为另一种实施方式，对处于咀嚼状态的所述时间段对应的所述咀嚼行为数据进行FFT处理，以获取对应的频率信息。根据每个处于咀嚼状态的所述时间段对应的所述俯仰姿态数据及频率信息，判断对应的所述时间段内的咀嚼类型。具体地，当所述时间段对应的所述俯仰姿态数据的均值化数值未超过-56°时，将对应的频率信息与预设的第一频率比较。若对应的频率信息属于以第一频率为中心的预设范围区间内时，则判断该时间段内的所述咀嚼类型为进食咀嚼。当所述时间段对应的所述俯仰姿态数据的均值化数值不低于-56°时，将对应的频率信息与预设的第二频率比较。若对应的频率信息属于以第二频率为中心的预设范围区间内时，则判断该时间段内的所述咀嚼类型为反刍咀嚼。优选地，上述第一频率可以是1.324Hz，上述第二频率可以是0.904Hz。

需要说明的是，经过大量的观测测试发现，牲畜在进食状态下绝大部分处于低头中，反刍咀嚼过程中其角度处于抬头平视的状态。-56°作为阈值可以低头、平抬头进行较好的区分。

在本发明实施例中，经过上述步骤可以获得牲畜处于进食咀嚼的时间及反刍咀嚼的时间。根据获得的进食咀嚼的时间可以进一步估算牲畜的进食量。根据获得的反刍咀嚼的时间可以进一步评估牲畜的反刍情况。从而帮助饲养者及时了解牲畜的真实状态，以便进行科学的养殖方案。

进一步地，在区分反刍咀嚼和进食咀嚼之后，本实施例提供的牲畜咀嚼行为检测方法还包括：当确定时间段对应的咀嚼类型为所述进食咀嚼时，根据该时间段对应的波谷数据，利用预设的草料分析模型，生成进食分析数据，以便饲养者了解放养过程中的牲畜进食的草料的质量，以便根据需求调整饲养方式。需要说明的是，草料分析模型可以是预先存储的多类口径的草料与波谷数据之间对应关系。

第三实施例

本实施例提供一种智能牧场管理系统20，请参阅图7，智能牧场管理系统20包括牧场管理服务器210以及多个牲畜咀嚼检测装置10，所述牲畜咀嚼检测装置10与牧场管理服务器210通信连接。

所述牲畜咀嚼检测装置10安装于牲畜的头部，用于检测牲畜的基本状态以及咀嚼咬合行为，牲畜咀嚼检测装置10包括处理器110和无线通信模块，所述处理器110对牲畜的基本状态及咀嚼行为进行分析生成检测结果，并将检测结果通过无线通信模块发送至牧场管理服务器210。牧场管理服务器210接收多个牲畜咀嚼检测装置10发送的数据，以对牧场内的牲畜的饮食作息习惯进行管理和监控，保障牲畜的健康发育和成长。

智能牧场管理系统20还包括用户终端220，所述用户终端220可以是PC机，还可以是智能手机等手持终端，用户终端220与牧场管理服务器210通信连接，用于将接收的数据进行显示。

综上所述，本发明提供的一种牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统，所述牲畜咀嚼检测装置包括外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，所述皮带轮、磁编码器及所述处理器设置于外壳内，所述套嘴绳用于套设在牲畜嘴部外围轮廓，所述外壳设置有通孔，所述套嘴绳的一端穿过所述通孔与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，所述磁编码器设置于所述皮带轮与外壳的壳体之间，皮带轮上设置有永磁体，所述磁编码器与所述处理器电连接，所述磁编码器用于检测永磁体随所述皮带轮带动下旋转的角度，以将检测到的角度数据发送至所述处理器，所述处理器依据所述磁编码器发送的数据检测识别牲畜的咀嚼行为。通过磁编码器检测皮带轮旋转的角度，将牲畜的不可量化的咀嚼行为转化为可量化的角度数据，通过检测皮带轮旋转的角度判断牲畜的咀嚼行为，帮助牧场工作人员跟踪检测牲畜的进食、休息等状态，适合大规模牧场推广使用，具有较高的经济价值。采用磁编码器测量旋转角度，可以将机械结构和电路模块完全隔离，电路结构可以密封处理，机械结构也可单独设置，从而将牲畜咀嚼检测装置结构模块化，避免牲畜生活环境中的水分等污染牲畜咀嚼检测装置的内部电路结构，提高了检测的精确度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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。

Claims (9)

1.一种牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述牲畜咀嚼检测装置包括外壳、皮带轮、磁编码器、处理器以及套嘴绳，所述皮带轮、磁编码器及所述处理器设置于外壳内，所述套嘴绳用于套设在牲畜嘴部外围轮廓，所述外壳设置有通孔，所述套嘴绳的一端穿过所述通孔与皮带轮连接，以带动皮带轮转动，所述皮带轮上设置有永磁体，所述磁编码器设置于所述皮带轮与外壳的壳体之间，所述磁编码器与所述处理器电连接，所述磁编码器用于检测永磁体随所述皮带轮旋转的角度，以将检测到的角度数据作为咀嚼行为数据发送至所述处理器；

所述牲畜咀嚼检测装置包括姿态传感器，所述姿态传感器设置于所述外壳内，所述姿态传感器用于检测牲畜头部的俯仰角度数据，并将检测到的俯仰角度数据发送至所述处理器；

每组咀嚼行为数据对应的时间段包括该组咀嚼行为数据中第一个咀嚼行为数据对应的时间点与最后一个咀嚼行为数据对应的时间点之间的时间区间；所述处理器依据所述咀嚼行为数据提取波峰值及波谷值，以便利用所述波峰值及波谷值计算峰谷均差值；若峰谷均差值超过预设阈值，则确定在该组咀嚼行为数据对应的时间段内牲畜处于咀嚼状态；

所述处理器还用于当采样时间段对应的所述俯仰角度数据的均值化数值未超过-56°时，将该时间段对应的波谷数据与已确定牲畜的咀嚼状态为反刍咀嚼的波谷数据进行比较；若对应的所述波谷数据均大于已确认属于反刍咀嚼的时间段对应的波谷数据时，判断该时间段内的所述咀嚼类型为进食咀嚼。

2.如权利要求1所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述外壳包括多组侧耳，每两组侧耳相对地设置于外壳的两侧，每一组侧耳均包括相对设置的第一耳和第二耳，所述第一耳和所述第二耳之间设置有连接杆，所述连接杆用于连接固定装置，以将所述牲畜咀嚼检测装置固定安装于牲畜的头部。

3.如权利要求1所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述牲畜咀嚼检测装置还包括无线传输模块，所述无线传输模块与所述处理器电连接，用于在处理器的控制下将检测到的数据发送至牧场管理服务器。

4.如权利要求3所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述牲畜咀嚼检测装置包括电源模块，所述电源模块包括储能单元、第一电源单元及第二电源单元，所述第一电源单元和所述第二电源单元均与所述储能单元电连接，所述第一电源单元用于将储能单元储存的电能供给处理器供电，所述第二电源单元用于将储能单元储存的电能供给磁编码器、无线传输模块供电。

5.如权利要求4所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述牲畜咀嚼检测装置还包括太阳能收集模块，太阳能收集模块与储能单元电连接，用于收集太阳能，将太阳能转化为电能储存至储能单元中。

6.如权利要求1所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述外壳的内部形成第一腔体，所述处理器、磁编码器设置于所述第一腔体内，所述第一腔体密封设置。

7.如权利要求6所述的牲畜咀嚼检测装置，其特征在于，所述牲畜咀嚼检测装置还包括皮带轮支架，所述皮带轮支架设置于所述外壳内，所述皮带轮支架设置于所述第一腔体上，所述皮带轮安装于所述皮带轮支架，所述皮带轮支架的位置与所述磁编码器的位置对应以使所述磁编码器检测永磁体随所述皮带轮旋转的角度。

8.一种智能牧场管理系统，其特征在于，所述智能牧场管理系统包括牧场管理服务器及多个如权利要求1~7任意一项所述的牲畜咀嚼检测装置，所述牲畜咀嚼检测装置与牧场管理服务器通信连接，所述牲畜咀嚼检测装置用于检测牲畜的咀嚼行为生成检测结果，并将所述检测结果发送至牧场管理服务器。

9.如权利要求8所述的智能牧场管理系统，其特征在于，所述智能牧场管理系统还包括用户终端，所述用户终端与所述牧场管理服务器电连接，用于将牧场管理服务器接收的数据进行显示。

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