CN110664413B - 动物反刍监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种动物反刍监测装置，包括一个加速度传感器、数据处理模块，加速度传感器响应反刍动物的运动状态，持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；数据处理模块从运动数据中获取第一方向数据作为初定反刍数据，并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；数据处理模块还在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。本发明还提供一种动物反刍监测装置方法。
Description
技术领域
本发明涉及动物行为监测技术领域，特别涉及一种动物反刍监测装置及方法。
背景技术
反刍是指反刍动物进食经过一段时间以后，将半消化的食物返回嘴里再次咀嚼。反刍动物的反刍与其身体健康息息相关，若反刍动物的反刍活动出现异常，我们就可以断定该动物的健康出现了问题。现有技术中关于反刍动物的反刍监测方案从以下方向进行：感应反刍动物反刍的声音、视觉、鼻羁压力。
例如专利号为201410097818.X的中国专利中采用声音感应来完成反刍的监测、专利申请号为201611090589 .4的中国专利申请中采用视频图像的采集与比较实现反刍的监测、专利申请号为201710234847.X的中国专利申请中采用在反刍动物佩戴的笼头鼻羁中内置压力传感器，利用该传感器测量反刍动物咀嚼时因颌运动而导致的压力变化实现反刍的监测。
然而，上述现有技术存在以下问题：1、声音信号受环境因素干扰较大，并且需要处理大量数据，不适合低功耗产品设计，且声音信号的采集必须和反刍动物的身体紧密接触，这个条件在实际应用中很难得到满足；2、采用视频图像的采集与比较实现反刍的监测，需要采用一头奶牛一个栏杆分区，每个分区设立摄像头，进行图像采集比对分析，如此增加了牛场的运行成本，同时由于光线、牛的动作、牛的活动受到限制，都会导致反刍监测的结果不稳定；3、在反刍动物佩戴的笼头鼻羁中内置压力传感器的反刍监测，该方案影响牛的活动，也都会导致反刍监测的结果不稳定。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种反刍监测稳定且不影响反刍动物活动的的动物反刍监测装置。
还有必要提供一种动物反刍监测方法。
一种动物反刍监测装置，该动物反刍监测装置设置在反刍动物的脖子上，通过采集反刍动物在咀嚼过程中带动动物反刍监测装置的运动情况，来实现反刍时间的监测，该动物反刍监测装置包括一个加速度传感器、数据处理模块，加速度传感器与数据处理模块电性连接，加速度传感器用于响应反刍动物的运动状态，持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；数据处理模块用于接收加速度传感器提供的运动数据，并从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据，并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；数据处理模块还用于在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
一种动物反刍监测方法，包括以下步骤：
利用一个加速度传感器采集反刍动物的运动状态，并持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；
从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据；
按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据；
将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；
在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
上述动物反刍监测装置及方法中，利用一个设置在反刍动物脖子上的加速度传感器，来获取反刍动物的运动数据，选取运动数据中的第一方向数据作为初定反刍数据，并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间，如此来保证不影响反刍动物活动的同时，确保反刍监测的结果稳定。
附图说明
图1为一较佳实施方式的动物反刍监测装置的功能模块示意图。
图2为图1中数据处理模块的功能模块示意图。
图3为图2中反刍时间产生模块的功能单元示意图。
图4为一较佳实施方式的动物反刍监测方法的流程图。
图中：动物反刍监测装置10、加速度传感器20、数据处理模块30、运动数据接收分配模块31、存储模块32、获取模块33、判断模块34、反刍时间产生模块35、开始计数单元350、结束计数单元351、比较单元352、反刍时间计算单元353、通信模块40、动物反刍监测方法步骤S300～S304。
具体实施方式
本发明提供的动物反刍监测装置设置在反刍动物的脖子上，通过采集反刍动物在咀嚼过程中带动动物反刍监测装置的运动情况，来实现反刍时间的监测。
请同时参看图1，动物反刍监测装置10包括一个加速度传感器20、数据处理模块30，加速度传感器20与数据处理模块30电性连接，加速度传感器20用于响应反刍动物的运动状态，持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；数据处理模块30用于接收加速度传感器20提供的运动数据，并从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据，并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；数据处理模块30还用于在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。其中，初定反刍数据的确定方式为以反刍动物反刍时的动作对设置在反刍动物脖子上的加速度传感器20的三轴中影响最明显的一轴为准，该一轴所产生的方向数据即为初定反刍数据；一组方向实际数据是指反映出反刍动物有规律的咀嚼特征数据，预存的标准反刍数据为反刍动物反刍时的咀嚼数据；第一定时值是指能够确定反刍动物在有规律的进行咀嚼动作所需的时间段；其中，获取方向实际数据时，同时对获取的方向实际数据进行偏置处理来进行校正。
进一步的，动物反刍监测装置10还包括通信模块40，通信模块40与数据处理模块30连接，通信模块40用于将数据处理模块30计算出的反刍时间输送至目标地址。
其中，数据处理模块30可以为运行了一组计算机应用程序的单片机，其中所述计算机应用程序用来完成反刍时间的监测功能。数据处理模块30在运行所述计算机应用程序后，产生如下功能模块，请同时参看图2至图3：
数据处理模块30包括运动数据接收分配模块31、存储模块32、获取模块33、判断模块34及反刍时间产生模块35；运动数据接收分配模块31与存储模块32，判断模块34与获取模块33及反刍时间产生模块35连接，运动数据接收分配模块31用于获取加速度传感器20提供的运动数据，并将获取的运动数据中的第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据分开存储到存储模块32中；
获取模块33用于按照预定的第一定时值来定时从存储的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据提供给判断模块34，
判断模块34用于将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，输出第一计数信号给反刍时间产生模块35；判断模块34还用于在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不相对应时，输出第二计数信号给反刍时间产生模块35；
反刍时间产生模块35用于针对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，将第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出第二计数值与预存的开始计数值相同时，继续对判断模块34输出的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将产生的第五计数值作为第一计数值。例如，预存的开始计数值为10，在某一时间点时第二计数值为10，第二计数值与预存的开始计数值相同，反刍时间产生模块35在计数值10的基础上继续计数，继续接收到一个第一计数信号时，反刍时间产生模块35计数的值从10变为11，又接收到一个第二计数信号时，反刍时间产生模块35计数的值从11变为12，当前的12即为第五计数值；在其他实施方式中，第二计数值与预存的开始计数值相同，反刍时间产生模块35重新开始计数，接收到一个第一计数信号时，反刍时间产生模块35计数的值从0变为1，又接收到一个第二计数信号时，反刍时间产生模块35计数的值从1变为2，当前的2为第五计数值，将第五计数值与预存的开始计数值的和值作为第一计数值。
反刍时间产生模块35用于针对接收的第二计数信号进行计数，以产生第三计数值，将第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出第三计数值与预存的结束计数值相同时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
在其他实施方式中，数据处理模块30所产生的上述功能模块也可以通过硬件逻辑电路来实现。
进一步的，考虑到咀嚼特征数据不仅包括反刍动物反刍时的反刍咀嚼数据，还包括反刍动物吃食物时的进时咀嚼数据，申请人经过对反刍动物的反刍时的咀嚼持续时间、进食时的咀嚼持续时间统计研究，最终以咀嚼持续时间的长短来判断反刍动物的一次反刍的咀嚼活动的开始及结束，具体的由反刍时间产生模块35产生的以下功能单元完成：开始计数单元350、结束计数单元351、比较单元352、反刍时间计算单元353。其中：
开始计数单元350用于对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，并将第二计数值提供给比较单元352，开始计数单元350还用于在接收比较单元352提供的第一执行信号时，继续对接收的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将第五计数值提供给反刍时间计算单元353；开始计数单元350还用于在接收比较单元352提供的第二执行信号时，清零并开始重新对新接收的第一计数信号计数以产生下一组第二计数值。
结束计数单元351用于根据所述第一执行信号，对接收到的第二计数信号进行计数以产生所述第三计数值，并将第三计数值提供给所述比较单元352；结束计数单元351还用于在接收比较单元352提供的第二执行信号时，停止计数并清零；
比较单元352用于按照预定的第二定时值来定时将所述的第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出所述第二计数值与预存的开始计数值相同时，产生第一执行信号，并将产生的第一执行信号提供给开始计数单元350、结束计数单元351；比较单元352用于按照预定的第三定时值来定时将所述的第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出所述第三计数值与预存的结束计数值相同时，产生第二执行信号，并将产生的第二执行信号提供给开始计数单元350、结束计数单元351及反刍时间计算单元353。在其他实施方式中，比较单元352完成的反刍开始判断及反刍结束判断可以在比较单元中采用两个功能单元完成，亦即第一个功能单元完成反刍开始判断及反刍持续进行的判断，第二个功能单元完成反刍结束判断。第二定时值是指能够确定反刍动物在有规律的进行咀嚼动作属于反刍咀嚼动作所需的时间段；第三定时值是指能够确定反刍动物的反刍咀嚼动作结束所需的时间段。
反刍时间计算单元353用于根据接收的第二执行信号，将所述第五计数值、及所述预定的第一定时值完成反刍动物的反刍时间计算。
进一步的，本发明还提供一种动物反刍监测方法，请参看图4，该动物反刍监测方法包括以下步骤：
步骤S300，利用一个加速度传感器采集反刍动物的运动状态，并持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；
步骤S301，从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据；
步骤S302，按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据；
步骤S303，将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；
步骤S304，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
进一步的，上述动物反刍监测方法还包括以下步骤：将运动数据中的第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据分开存储到存储模块中。
在一较佳实施例中，步骤S303具体为：针对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，将第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出第二计数值与预存的开始计数值相同时，继续对接收的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将产生的第五计数值作为第一计数值；步骤S304具体为：在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不相对应时，输出第二计数信号；针对接收的第二计数信号进行计数，以产生第三计数值，将第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出第三计数值与预存的结束计数值相同时，根据产生的所述第五计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
上述动物反刍监测装置及方法中，利用一个设置在反刍动物脖子上的加速度传感器，来获取反刍动物的运动数据，选取运动数据中的第一方向数据作为初定反刍数据，其中，初定反刍数据的确定方式为以反刍动物反刍时的动作对设置在反刍动物脖子上的加速度传感器的三轴中影响最明显的一轴为准，该一轴所产生的方向数据即为初定反刍数据；并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，一组方向实际数据是指反映出反刍动物有规律的咀嚼特征数据，预存的标准反刍数据为反刍动物反刍时的咀嚼数据；第一定时值是指能够确定反刍动物在有规律的进行咀嚼动作所需的时间段，如此将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间，如此来保证不影响反刍动物活动的同时，确保反刍监测的结果稳定。
Claims (5)
1.一种动物反刍监测装置，该动物反刍监测装置设置在反刍动物的脖子上，通过采集反刍动物在咀嚼过程中带动动物反刍监测装置的运动情况，来实现反刍时间的监测，其特征在于：该动物反刍监测装置包括一个加速度传感器、数据处理模块，加速度传感器用于响应反刍动物的运动状态，持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；数据处理模块用于接收加速度传感器提供的运动数据，并从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据，并按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；数据处理模块还用于在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间；其中，数据处理模块包括运动数据接收分配模块、存储模块、获取模块、判断模块及反刍时间产生模块；运动数据接收分配模块与存储模块，判断模块与获取模块及反刍时间产生模块连接，
运动数据接收分配模块用于获取加速度传感器提供的运动数据，并将获取的运动数据中的第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据分开存储到存储模块中；
获取模块用于按照预定的第一定时值来定时从存储的第一方向数据中获取一组方向实际数据，并将所述一组方向实际数据提供给判断模块；
判断模块用于将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，输出第一计数信号给反刍时间产生模块；判断模块还用于在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不相对应时，输出第二计数信号给反刍时间产生模块；
反刍时间产生模块用于针对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，将第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出第二计数值与预存的开始计数值相同时，继续对判断模块输出的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将产生的第五计数值作为第一计数值；反刍时间产生模块用于针对接收的第二计数信号进行计数，以产生第三计数值，将第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出第三计数值与预存的结束计数值相同时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
2.如权利要求1所述的动物反刍监测装置，其特征在于：动物反刍监测装置还包括通信模块，通信模块与数据处理模块连接，通信模块用于将数据处理模块计算出的反刍时间输送至目标地址。
3.如权利要求1或2所述的动物反刍监测装置，其特征在于：反刍时间产生模块包括：开始计数单元、结束计数单元、比较单元、反刍时间计算单元，开始计数单元用于对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，并将第二计数值提供给比较单元，开始计数单元还用于在接收比较单元提供的第一执行信号时，继续对接收的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将第五计数值提供给反刍时间计算单元；开始计数单元还用于在接收比较单元提供的第二执行信号时，清零并开始重新对新接收的第一计数信号计数以产生下一组第二计数值；
结束计数单元用于根据所述第一执行信号，对接收到的第二计数信号进行计数以产生所述第三计数值，并将第三计数值提供给所述比较单元；结束计数单元还用于在接收比较单元提供的第二执行信号时，停止计数并清零；
比较单元用于按照预定的第二定时值来定时将所述的第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出所述第二计数值与预存的开始计数值相同时，产生第一执行信号，并将产生的第一执行信号提供给开始计数单元、结束计数单元；比较单元用于按照预定的第三定时值来定时将所述的第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出所述第三计数值与预存的结束计数值相同时，产生第二执行信号，并将产生的第二执行信号提供给开始计数单元、结束计数单元及反刍时间计算单元；
反刍时间计算单元用于根据接收的第二执行信号，将所述第五计数值、及所述预定的第一定时值完成反刍动物的反刍时间计算。
4.一种动物反刍监测方法，包括以下步骤：
利用一个加速度传感器采集反刍动物的运动状态，并持续产生对应的运动数据，其中运动数据包括第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据；
从运动数据中获取第一方向数据，将获取的第一方向数据作为初定反刍数据；
按照预定的第一定时值来定时从获取的第一方向数据中获取一组方向实际数据；
将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值；
在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间；
所述的动物反刍监测方法，还包括以下步骤：
将运动数据中的第一方向数据、第二方向数据及第三方向数据分开存储到存储模块中；
其中，步骤“将所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据进行比较，在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据相对应时，进行计数并产生对应的第一计数值”具体为：针对接收的第一计数信号进行计数以产生第二计数值，将第二计数值与预存的开始计数值进行比较，在比较出第二计数值与预存的开始计数值相同时，继续对接收的第一计数信号及第二计数信号一起进行计数，以产生第五计数值，并将产生的第五计数值作为第一计数值。
5.如权利要求4所述的动物反刍监测方法，其特征在于，步骤“在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不对应时，根据产生的所述第一计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间”具体为：在比较出所述一组方向实际数据与预存的标准反刍数据不相对应时，输出第二计数信号；针对接收的第二计数信号进行计数，以产生第三计数值，将第三计数值与预存的结束计数值进行比较，在比较出第三计数值与预存的结束计数值相同时，根据产生的所述第五计数值及所述预定的第一定时值计算出反刍动物的反刍时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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