CN110231780A - 一种散养动物监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散养动物监控系统，其特征在于，所述系统包括角芯片单元、项圈单元、场地位置单元和服务器。通过具体芯片和模块功能的设置，能够在动物角部设置好点较少的监控单元，并在颈部设置耗电较多的监控单元，从而解决了散养动物监控芯片的用电问题，并且通过距离匹配控制的方式来监控动物的活动区域，并通过相应的传感器监控动物的活动和身体状况，此外通过通信单元将数据发送给远端，从而起到了有效监控散养动物，实现远程智能化放牧的功能。

Description

一种散养动物监控系统及方法

技术领域

本专利属于通信技术领域，具体而言涉及一种散养动物的监控系统及监控方法。

背景技术

动物养殖是人类生活中常见的活动，在现有技术中，随着工业化的发展，规模化集中养殖成为一种高效率高产出的养殖方式。但是随着工业化规模养殖的大量出现，消费者对于散养方式培育的动物需求往往难以满足，所述散养，是不严格限定动物的活动范围，以接近其自然生长状态的环境来养殖。例如很多消费者偏好散养方式得到的肉类或者蛋类。因此通过散养的方式来养殖动物仍然是长期需求。

散养动物，例如鸡、羊、牛等常见的禽类和畜类生物，通常都会在较大范围内活动，相比在规模化集中养殖的工业式养殖生产中，这些动物的位置和状态往往难以监控，因此在现有技术中如何能够精准地掌控这些养殖动物的状态成为较为迫切的需求。例如在羊群或牛群的样子中，可能会出现不同羊群和牛群之间的混淆，而传统的监控方式是通过标签或者是在动物身体上标记不同的印记来实现，这种方式并不能够在直接看到动物之前就能够判定动物的位置，也不能够监控动物的状态。

此外，在监控中，由于散养方式养殖的动物其分布范围较广，除非是有大量的人员在现场看护，现有技术中并不能对于大量动物的状态进行全程监控。因此现有技术中对于散养动物的位置状态等信息并不能够及时掌握，或者说掌握起来需要极高的成本。

并且，由于养殖方式不同对于动物养殖产品，例如肉类和蛋类，在外观上的区别并不明显，对于普通消费者而言，难以判断该产品的真正来源，因此，如果散养动物的监控能够便捷地提供准确的养殖方式来源信息也是现有技术中需要解决的一个问题。

发明内容

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种散养动物监控系统及方法，以便于提高对于散养动物的监控策略。

为了解决上述问题，本专利采用的技术方案包括：

一种散养动物监控系统，所述系统包括角芯片单元、项圈单元、场地位置单元和服务器，所述角芯片单元，设置在动物的角上，角位芯片单元中设置有第一短距离通信模块、第一卫星定位模块、第一电池；以及第一运动传感器、第一温度传感器和第一声波发生器；所述第一短距离通信模块11与所述第一电池12串联后，再与所述卫星定位模块、所述多种传感器分别并联。振动传感器记录所述角位芯片的振动；所述温度传感器，用于测量和记录动物体或环境温度；所述声波发生器，用于向动物发送声波，对动物的行为产生影响，从而驱动动物运动；卫星定位模块用于在紧急状况下，或者项圈损坏失效的情况下对外发出定位信息；一处理器，所述第一处理器，用于分析上述角位芯片单元中各个模块或传感器获取的数据并在不同情况下，根据预先设定的规则控制传感器或者模块的启动或停止或者工作方式；所述所述第一短距通信模块在第一模式下与项圈单元中第二短距离通信模块校验通信，并根据需要在第二模式下与所述项圈单元中短距离通信模块进行数据传输通信；当所述第一短距离通信模块与第二短距离通信模块通信中断时，所述系统提供报警信号；所述项圈单元包括：第二短距离通信模块、移动通信模块、第二卫星定位模块、陀螺仪、处理器、存储芯片、电池组、以及第二声波发生器、第二温度传感器、海拔计、第二振动传感器；所电池组与所述第二短距离通信模块以及所述处理器串联，然后再与其它模块分别并联；所述第二短距离通信模块一方面所述第一短距离通信模块相连，另一方面与所述第三距离通信模块相关联；所述第二短距离通信模块根据所述处理器的控制与第一短距离通信模块相关联，从所述第一短距离通信模块获取采集自所述角位芯片单元的信息；所述第二短距离通信模块和所述第三短距离通信模块通常仅仅进行关联，通过二者的匹配检测动物进入到牧场特定的区域，或者根据需要进行二者之间的数据同步；所述第二卫星定位模块用于实现所述项圈单元的定位，定位所述动物的位置；所述陀螺仪是在卫星定位完成后，提供精准定位，或者在许可精度的范围内关闭卫星定位模块，仅通过陀螺仪提供定位和轨迹跟踪；移动通信模块在必须的时候，或者预定的时间将存储器中未同步到服务端的动物的运动数据或/和健康信息传送到服务器；第二振动动传感器采集振动波形，用于匹配识别出来用于判断牛本身的活动情况和健康情况，并通过移动通信模块或卫星定位模块对外进行紧急信息的发送和/或报警；所述海拔计以及所述温度传感器，分别用于测量动物的活动海拔，以及测量动物体或者是环境的温度；所述存储芯片与所述处理器相连，存储各个模块中采集到的数据；处理器控制所述项圈单元中各个模块的工作，并进行模式匹配和波形计算，根据各个模块中的数据判断动物所处的状态，并控制相应的模块进行工作或者提供报警信号；所述场地位置单元设置在动物活动区域的指定位置，所述场地位置模块包括第三短距离通信模块、第二电池、以及通信模块；第三短距离通信模块项圈的短距离通信模块匹配关联，用于告知动物在这里是否可以停留或者必须立刻离开；所述第二电池组用于为所述场位置模块供电；所述通信模块可以根据控制与外界通信；所述服务器设置在远端，与所述项圈单元或所述场地位置单元中的通信模块通信，将上述移动通信模块传送来的数据存储。

通过这种设置，能够在动物角部设置好点较少的监控单元，并在颈部设置耗电较多的监控单元，从而解决了散养动物监控芯片的用电问题，并且通过距离匹配控制的方式来监控动物的活动区域，并通过相应的传感器监控动物的活动和身体状况，此外通过通信单元将数据发送给远端，从而起到了有效监控散养动物，实现远程智能化放牧的功能。

附图说明

图1为本具体实施方式中角位芯片单元的结构图；

图2为本具体实施方式中项圈单元的结构图；

图3为本具体实施方式中电池组的结构图；

图4为本具体实施方式中监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。

本具体实施方式提供了一种散养动物监控系统，如图4所示。所述系统包括：

角位芯片单元

所述角芯片单元1设置在动物的角上，例如以牦牛的饲养和监控为例，所述角位芯片设置在牦牛的牛角上，可以设置在一个牛角上或者同时在两个牛角上都进行设置。

如图1示出了所述角位芯片单元1的结构，所述角位芯片单元中设置有第一短距离通信模块11、第一卫星定位模块13、第一电池12。以及多种传感器14，包括但不限于第一运动传感器、第一温度传感器和第一声波发生器。此外还可以设置振动充电单元15。

所述第一短距离通信模块11与所述第一电池12串联后，再与所述卫星定位模块、所述多种传感器分别并联。这样，所述卫星定位模块以及多种传感器中所获取的数据都可以汇集到所述第一短距离通信模块中。同时还可以根据所述第一短距离通信模块11中的芯片控制并联的各个模块的工作。

振动传感器记录所述角位芯片的运动，所述角位芯片设置在牛角上，因此跟随牛头进行运动，例如当牛吃草或者打架时，所述角位芯片跟随牛角的运动完成相应的动作，并接受来自牛头部的振动，此时由于所述振动传感器设置在所述角位芯片单元中，因此运动传感器跟随牛头进行运动，然后记录下运动的数据。所述运动传感器优选采用振动传感器或者加速度计，所述震动传感器通过记录下牛头运动所产生的振动的波形，根据波形的特征，与特征库进行匹配，识别牛头部的不同振动波形，例如，吃草的动作，或者是打架的动作，睡眠状态等。

第一短距离通信模块，所述第一短距通信模块只能在预定的距离内和与之匹配的其它短距通信模块通信，在本具体实施方式中，所述第一短距离通信模块设置为仅与项圈中的第二短距离通信模块匹配相连，它们之间的通信内容包括身份标识校验，以及在必要的时候将所述角位芯片单元中获取的数据同步给项圈。所述同步依据不同的动作来设定，例如，在第一次识别出牛吃草、打架时开启所述角位芯片和所述项圈之间的数据实时同步；而对于吃草过程、睡眠过程中的数据，则可以选择在预定的时间或者依据用户需要进行同步。

在进行校验通信时，所述短距离通信模块仅仅收发校验信息，所述信息可以设置为不超过20字节，并且匹配距离不超过5米，这样可以减小对于电能的损耗。当所述校验通信中断时，则整个系统提供报警功能，提示动物的遇到异常。具体的匹配和报警方式可以参考中国专利201610571219.6中提供的组件。在进行数据同步时，短距离通信模块除了收发校验信息外，还收发用于同步的数据。

所述温度传感器，用于测量和记录温度，例如牛体的温度。所述牛体的温度与正常范围内的牛体温进行比较，在预定范围内判断为牛的体温正常，在预定的范围之外判断牛体温异常，这样可以通过短距离通信模块11将牛的健康状况发送到项圈中。

所述声波发生器，用于向牛发送声波，所述声波优选为超声波或者是次声波，因为这两者的声音只能对动物产生影响而避免干扰人类的正常活动，据参考超声波和次声波能够对动物的行为产生更加显著的影响，从而驱动动物进行想要的运动。例如，如果需要牛向左转向，那么可以在右耳侧向牛发送声波，这样对动物产生刺激，就可以完成驱赶等等动作。

卫星定位模块用于在紧急状况下，或者项圈损坏失效的情况下对外发出定位信息。从而通过角位芯片单元为整个系统提供定位功能。

所述电池为角位芯片单元的各个模块提供电力，一种优选的方式如图1所示，所述电池单独并联一个振动充电装置，吸收振动能量为所述电池充电。

除此之外，所述角位芯片单元还可以包括第一处理器，所述第一处理器，用于判断上述芯片角位芯片单元中各个芯片获取的数据需要进行相应分析判断，或者是在不同情况下，需要控制某一个芯片的启动或停止或者工作方式时提供逻辑判断。虽然所述第一处理器可以是单独的一个处理器，但是也可以集成到所述短距离通信芯模块所自带的处理器中，这样可以节省电量的损耗并减小成本。

在本具体实施方式中，采用上述角位芯片单元可以在动物身体上例如角的位置固定相应的传感器，这样能够精确地采集动物身体中的多个数据，为监控散养动物提供支撑，但是由于角的位置空间有限，因此不能够采用较大的装置，通过上述短距离通信装置以及其对于整个芯片中各个传感器或者相应模块的控制，可以在有效监控散养动物状态的前提下节省耗电的能量，并且短距离通信模块本身由于采用了两种模式进行工作，因此自身耗电量也极小，从而可以满足长期散养动物的监控需求。

项圈单元

所述项圈单元2主要设置在动物的颈部，动物颈部的空间较大，便于放置较为复杂的设备。在动物颈部设置项圈单元，一方面可以利用颈部的空间设置更多芯片组合，此外还能够根据颈部的特点设置电池组合，这样可以保证设备在使用时能够提供较多的电力，保证了系统足够长的工作的时间。

所述项圈单元2的结构如图2所示，其包括：

第二短距离通信模块21、移动通信模块22(2g/4g模块，nb-iot模块)第二卫星定位模块24、陀螺仪23、处理器26、存储芯片27、电池组25、以及第二组传感器单元29，包括但不限于、第二声波发生器、第二温度传感器、海拔计、第二振动传感器，等。所天阳能电池板与所述第二短距离通信模块21以及所述处理器串联，然后再与其它模块分别并联。这种连接方式的作用于角位芯片单元的作用类似。

所述第二短距离通信模块根据所述处理器的控制与第一短距离通信模块相关联，从所述第一短距离通信模块获取牛头的运动状态信息、健康数据信息以及其它采集自所述角位芯片单元的信息。通常所述第二短距离通信模块与所述第一短距离通信模块之间的关联只有在特定的情况下才进行，例如当它们之间进行身份标识校验时，或者在必要的时候将所述角位芯片单元中获取的数据同步给项圈。所述同步依据不同的动作来设定，例如，在第一次识别出牛吃草、打架时开启所述角位芯片和所述项圈之间的数据实时同步；而对于吃草过程、睡眠过程中的数据，则可以选择在预定的时间或者依据用户需要进行同步。当仅仅进行身份校验时，可以设置所述第二短距离通信模块和所述第一短距离通信模块之间的通信内容在20字节之内，连接距离在2米之内，这样就可以大大降低短距离通信模块的耗电量，从而节约在放牧状态下的电力损耗，保证系统的有效工作时间。同样，该第二短距离通信模块与第一短距离通信模块之间的结构和匹配关系可以参考上文中引用的专利。

所述第二短距离通信模块可以采用两个或两个以上的芯片，其中一个与所述第一短距离通信模块相连，另一个与所述第三距离通信模块相关联。所述第三短距通信模块设置在牧场指定位置，这样通过二者的匹配可以检测动物进入到牧场特定的区域，例如牧场的边界等等。所述第二短距离通信模块和所述第三短距离通信模块通常仅仅进行身份校验通信，所述身份校验通信内容通常控制在20字节之内，连接距离在5米之内，这样可以节省相应设备所需的电力。此外所述第第二短距离通信模块所采用的两个芯片可以是不同制式的短距离通信模块，例如采用不同的通信协议的通信芯片，这样避免了相互干扰，或者也可以都采用蓝牙协议(或者其它短距离通信协议)的通信模块，只是匹配的对象进行限制，这样也可以实现本具体实施方式。通过所述第二短距离通信模块和第三短距离通信模块之间的关联，可以判断牛或类似动物是否可以进入该区域或者必须立刻离开该区域，然后通过声波发生器完成这个离开的动作，还可以根据上述判断基于第二处理器的控制由第二短距离通信模块向第一短距离通信模块发送指令，将指令传输给角位芯片单元，使得所述角位芯片单元上的相关模块按照所述指令的执行相应工作，例如包括但不限于驱赶动物，或者是其他操作。

所述第二卫星定位模块24用于实现所述项圈单元的定位，从而再次定位所述动物的位置。通常由于所述项圈的电量较为充足，因此，所述第二卫星定位模块可以在较长时间内开启工作。

陀螺仪是在卫星定位完成后，提供精准定位的辅助手段，在许可精度的范围内将关闭卫星定位模块，仅通过陀螺仪提供定位和轨迹跟踪服务。

移动通信模块在必须的时候，或者预定的时间将存储器中未同步到服务端的动物的运动数据或/和健康信息传送到服务器。

在没有移动通信信号的场景下，系统将非紧急情况下的数据存储在存储芯片中，在特定的时间或者有信号的时候进行同步，当没有移动通信信号的时间超过预期时间，则通过卫星定位的上行链路，比如北斗的短信方式，将关键信息发送到服务器端进行保存或者报警。

第二振动动传感器用于判断牛本身的活动情况和健康情况，当遇到紧急情况，例如受到攻击时，可以通过振动传感器的波形进行匹配识别出来，并通过移动通信模块或卫星定位模块对外进行紧急信息的发送和/或报警。

所述海拔计以及所述温度传感器，分别用于测量动物的活动海拔，以及测量动物体或者是环境的温度。

处理器控制所述项圈单元中各个模块的工作，并进行模式匹配和波形计算，根据各个模块中的数据判断动物所处的状态，并控制相应的模块进行工作。

所述存储芯片与所述处理器相连，存储各个模块中采集到的数据。所述存储器为非易失性存储器，要保证断电后，继续保持存储在其中的内容不丢失。虽然在本具体实施方式中给出了单独设置一个处理器的实施方式，但是，在本专利中，基于不同的计算需求，还可以将所述处理器集成到所述短距离通信模块中，或者是利用短距离通信模块中自带的处理器来完成对于各个传感器以及其它模块数据的判断和处理。

所述电池组25用于为整个项圈单元供电，由于项圈单元设置在动物的颈部，因此具有较大的可利用空间，因此允许携带较大的电池组件，在本具体实施方式中，所述电池组的结构如图3所示，其包括并联设置的第一电池模块251、第二电池模块252，第三电池模块253。所述第一电池模块为充电电池，如图3所示，所述充电电池可以为锂电池等，能够被重复地充电和放电，所述充电电池与太阳能电池板相连，在所述太阳能电池板和所述充电电池之间设置有控制开关254，所述控制开关可以根据处理器的控制在不同的场景下控制所述太阳能电池为所述充电电池充电。所述第二电池模块和第三电池模块为非充电电池，所述非充电电池模块只能放电而不能充电，在正常的工作模式下，可以仅仅使用充电电池模块为项圈供电，而在遇到紧急情况时，或者是充电电池不能工作时，所述非充电电池为所述项圈单元供电。

场地位置模块

所述场地位置模块3设置在动物活动或者放牧场地的指定位置，例如包括但不限于边界、危险位置等。所述场地位置模块包括第三短距离通信模块和第二电池组成，也可以增加第二移动通信模块。

第三短距离通信模块项圈的短距离通信模块匹配关联，用于告知动物在这里是否可以停留或者必须立刻离开。所述第二电池组用于为所述场位置模块供电，除了电池组之外，其它的电源也可以采用。所述第二移动通信模块可以在必要时与外界通信。

服务器

所述服务器4设置在远端，与所述项圈单元或所述场地单元中的移动通信模块通信，将上述移动通信模块传送来的数据存储，以监控动物放牧状态的全部数据信息，并在需要的时候将信息与养殖户或者相关人员的手机关联，或者直接设置在养殖户或者是相关人员的手机或者是移动终端上。

Claims (1)

1.一种散养动物监控系统，其特征在于，所述系统包括角芯片单元、项圈单元、场地位置单元和服务器，

所述角芯片单元，设置在动物的角上，角位芯片单元中设置有第一短距离通信模块、第一卫星定位模块、第一电池；以及第一运动传感器、第一温度传感器和第一声波发生器；所述第一短距离通信模块11与所述第一电池12串联后，再与所述卫星定位模块、所述多种传感器分别并联。振动传感器记录所述角位芯片的振动；所述温度传感器，用于测量和记录动物体或环境温度；所述声波发生器，用于向动物发送声波，对动物的行为产生影响，从而驱动动物运动；卫星定位模块用于在紧急状况下，或者项圈损坏失效的情况下对外发出定位信息；一处理器，所述第一处理器，用于分析上述角位芯片单元中各个模块或传感器获取的数据并在不同情况下，根据预先设定的规则控制传感器或者模块的启动或停止或者工作方式；所述所述第一短距通信模块在第一模式下与项圈单元中第二短距离通信模块校验通信，并根据需要在第二模式下与所述项圈单元中短距离通信模块进行数据传输通信；当所述第一短距离通信模块与第二短距离通信模块通信中断时，所述系统提供报警信号；

所述项圈单元包括：第二短距离通信模块、移动通信模块、第二卫星定位模块、陀螺仪、处理器、存储芯片、电池组、以及第二声波发生器、第二温度传感器、海拔计、第二振动传感器；所电池组与所述第二短距离通信模块以及所述处理器串联，然后再与其它模块分别并联；所述第二短距离通信模块一方面所述第一短距离通信模块相连，另一方面与所述第三距离通信模块相关联；所述第二短距离通信模块根据所述处理器的控制与第一短距离通信模块相关联，从所述第一短距离通信模块获取采集自所述角位芯片单元的信息；所述第二短距离通信模块和所述第三短距离通信模块通常仅仅进行关联，通过二者的匹配检测动物进入到牧场特定的区域，或者根据需要进行二者之间的数据同步；所述第二卫星定位模块用于实现所述项圈单元的定位，定位所述动物的位置；所述陀螺仪是在卫星定位完成后，提供精准定位，或者在许可精度的范围内关闭卫星定位模块，仅通过陀螺仪提供定位和轨迹跟踪；移动通信模块在必须的时候，或者预定的时间将存储器中未同步到服务端的动物的运动数据或/和健康信息传送到服务器；第二振动动传感器采集振动波形，用于匹配识别出来用于判断牛本身的活动情况和健康情况，并通过移动通信模块或卫星定位模块对外进行紧急信息的发送和/或报警；所述海拔计以及所述温度传感器，分别用于测量动物的活动海拔，以及测量动物体或者是环境的温度；所述存储芯片与所述处理器相连，存储各个模块中采集到的数据；处理器控制所述项圈单元中各个模块的工作，并进行模式匹配和波形计算，根据各个模块中的数据判断动物所处的状态，并控制相应的模块进行工作或者提供报警信号；

所述场地位置单元设置在动物活动区域的指定位置，所述场地位置模块包括第三短距离通信模块、第二电池、以及通信模块；第三短距离通信模块项圈的短距离通信模块匹配关联，用于告知动物在这里是否可以停留或者必须立刻离开；所述第二电池组用于为所述场位置模块供电；所述通信模块可以根据控制与外界通信；

所述服务器设置在远端，与所述项圈单元或所述场地位置单元中的通信模块通信，将上述移动通信模块传送来的数据存储。