CN111918209A - 基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于NB‑IoT的畜牧养殖定位管理系统，包括固定项圈、NB‑IoT定位控制设备及太阳能充电板；NB‑IoT定位控制设备包括，NB‑IoT主控模块、太阳能充电模块、电池、传感器模块、GPS定位模块、Wi‑Fi模块、防拆模块；太阳能充电模块，用于通过太阳能充电板给电池进行充电；传感器模块，包括加速度传感器和温度传感器，用于监控NB‑IoT定位控制设备的运动状态和外部环境的温度；NB‑IoT主控模块，用于控制各模块之间的通信；GPS定位模块，用于通过GPS和/或北斗卫星定位牲畜的位置；WiFi模块，用于通过Wi‑Fi连接手机，进行设备设置、升级和传输数据；防拆模块，用于拆除报警。本发明能够实时获取牲畜的位置信息、运动状态和外部环境的温度，实现畜牧业的互联网化和智能化。
Description
技术领域
本发明涉及一种畜牧养殖定位管理系统，尤其是指一种基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统。
背景技术
我国是畜牧业的大国，在北部的内蒙古地区以及西部的大部分地区，有非常丰富的草原可以用来放牧。人工放牧是最原始最直接的办法，人工放牧的优势在于牲畜的肉品质高、饲料成本低等，但是人工放牧也会有一些弊端，如浪费人力、有安全隐患、不善于系统性管理等问题。随着科技的进步，科学养殖必定会成为未来的发展趋势，虽然传统的方法利用GPS+GPRS的方式可以解决这个问题，但是牛、羊群个体规模庞大，GPRS通讯基站容量会严重不足，而且GPRS的功耗大，电池续航也会有很大问题。
因此，有必要设计一种基于NB-IoT技术的畜牧养殖定位管理系统，以便完美解决农场主的所有痛点，实现现代畜牧业的真正互联网化、自动化和智能化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，包括固定项圈、设于固定项圈上的NB-IoT定位控制设备及设于NB-IoT定位控制设备表面的太阳能充电板；
所述NB-IoT定位控制设备包括，NB-IoT主控模块及与NB-IoT主控模块分别连接的太阳能充电模块、电池、传感器模块、GPS定位模块、Wi-Fi模块、防拆模块；
所述太阳能充电模块，用于通过太阳能充电板给电池进行充电；所述电池，用于给NB-IoT定位控制设备进行供电；传感器模块，包括加速度传感器和温度传感器，用于监控NB-IoT定位控制设备的运动状态和外部环境的温度；所述NB-IoT主控模块，用于控制太阳能充电模块、电池、传感器模块、GPS定位模块、WiFi模块及防拆模块之间的通信；所述GPS定位模块，用于通过GPS和/或北斗卫星定位牲畜的位置；所述WiFi模块，用于通过Wi-Fi连接手机，进行设备设置、升级和传输数据；所述防拆模块，用于检测固定项圈是否被拆除，若检测到被拆除，则通过NB-IoT主控模块向牲畜主人的手机发送拆除报警信息。
进一步的，所述NB-IOT主控模块，还用于通过NB网络将牲畜的位置信息和运动轨迹发送到牲畜主人的手机上。
进一步的，所述NB-IoT定位控制设备还包括外壳，所述太阳能充电板设于外壳的上表面。
进一步的，所述固定项圈穿过NB-IoT定位控制设备的内部，以将NB-IoT定位控制设备固定在固定项圈上。
进一步的，所述固定项圈选用皮质或尼龙材料。
进一步的，所述太阳能面板的材质为半导体材料，用于通过光生伏特效应把太阳能转化为电能。
进一步的，所述太阳能充电模块设有充电控制IC，所述太阳能面板将太阳光转化为电能，并通过充电控制IC对电池充电，并同时给NB-IoT主控模块、传感器模块、GPS定位模块、Wi-Fi模块及防拆模块供电。
进一步的，所述充电控制IC带有动态路径管理功能，以控制电池的充电和放电切换。
进一步的，所述防拆模块为压力传感器。
进一步的，所述加速度传感器，用于若监测牲畜的运动状态，当牲畜处于静止状态的时间超过预设的时间，则通过NB-IoT主控模块向牲畜主人的手机发送运动状态警报。
所述温度传感器，用于若监测外部环境的温度，当外部环境的温度超过或低于预设的警戒值，则向牲畜主人的手机发送温度警报。
本发明的有益效果在于：采用双重定位技术精确定位牲畜的位置，依靠广覆盖的NB-IoT无线信号传输牲畜的下发到手机，手机APP上对于所有的牲畜位置信息一目了然，实现现代畜牧业的互联网化、自动化和智能化；该畜牧养殖定位管理系统采用电池供电，具有体积小，安装简单，待机时间长等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的机构获得其他的附图。
图1为本发明的畜牧养殖定位管理系统产品结构图；
图2为本发明的NB-IoT定位控制设备模块框图；
其中，10-固定项圈、20-太阳能充电板、30-NB-IoT定位控制设备；31-NB-IoT主控模块、32-太阳能充电模块、33-电池、34-传感器模块、35-Wi-Fi模块、36-GPS定位模块、37-防拆模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下实施例请参阅图1、图2。
本发明的第一实施例为：一种基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，包括固定项圈10、设于固定项圈10上的NB-IoT定位控制设备30及设于NB-IoT定位控制设备30表面的太阳能充电板20；固定项圈10和NB-IoT定位控制设备30连接在一起，一同固定在牲畜的脖子上；
所述NB-IoT定位控制设备30包括，NB-IoT主控模块31及与NB-IoT主控模块31分别连接的太阳能充电模块32、电池33、传感器模块34、GPS定位模块36、Wi-Fi模块35、防拆模块37；
所述太阳能充电模块32，用于通过太阳能充电板20给电池33进行充电；所述电池33，用于给NB-IoT定位控制设备30进行供电；传感器模块34，包括加速度传感器和温度传感器，用于监控NB-IoT定位控制设备30的运动状态和外部环境的温度；所述NB-IoT主控模块31，用于控制太阳能充电模块32、电池33、传感器模块34、GPS定位模块36、WiFi模块及防拆模块37之间的通信，其中，NB-IoT主控模块31包括NB-IoT主控芯片，是整个设备的主控CPU，控制各个模块之间的通信，并且芯片内部集成NB-IoT网络收发器，控制整个设备与NB基站的通信，以及集成电源管理模块，管理芯片的内部供电以及整个系统的供电控制；所述GPS定位模块36，用于通过GPS和/或北斗卫星定位牲畜的位置；所述WiFi模块，用于通过Wi-Fi连接手机，进行设备设置、升级和传输数据；所述防拆模块37，用于检测固定项圈10是否被拆除，若检测到被拆除，则通过NB-IoT主控模块31向牲畜主人的手机发送拆除报警信息。
进一步的，所述防拆模块37为压力传感器。
进一步的，所述NB-IOT主控模块31，还用于通过NB网络将牲畜的位置信息和运动轨迹发送到牲畜主人的手机上，具体的，NB-IOT主控模块31通过NB-IoT网络将位置信息和运动轨迹发送到NB基站，NB基站再将位置信息和运动轨迹发送到NB平台进行处理，NB平台再发送至牲畜主人的手机上。
本实施例中，NB-IoT能容纳的通讯基站用户容量是GPRS的10倍，而且NB-IoT的功耗超低，正常通讯的电流是mA级别，待机电流是uA级别，模块待机时间可长达10年，从出生到宰割都无需更换电池33，减少工人的工作量。NB-IoT还拥有更强、更广的信号覆盖，更加符合草原地区的数据传输。
在一具体实施例中，所述NB-IoT定位控制设备30还包括外壳，所述太阳能充电板20设于外壳的上表面。
进一步的，所述固定项圈10穿过NB-IoT定位控制设备30的内部，以将NB-IoT定位控制设备30固定在固定项圈10上。
进一步的，所述固定项圈10选用皮质或尼龙材料。
进一步的，所述太阳能面板的材质为半导体材料，用于通过光生伏特效应把太阳能转化为电能。
进一步的，所述太阳能充电模块32设有充电控制IC，所述太阳能面板将太阳光转化为电能，并通过充电控制IC对电池33充电，并同时给NB-IoT主控模块31、传感器模块34、GPS定位模块36、Wi-Fi模块35及防拆模块37供电。
进一步的，所述充电控制IC带有动态路径管理功能，以控制电池33的充电和放电切换。
在一具体实施例中，所述加速度传感器，用于监测牲畜的运动状态，当牲畜处于静止状态的时间超过预设的时间，则通过NB-IoT主控模块31向牲畜主人的手机发送运动状态警报。
所述温度传感器，用于监测外部环境的温度，当外部环境的温度超过或低于预设的警戒值，则向牲畜主人的手机发送温度警报。
以上实施例的技术方案实现：
(1)、采用GPS定位、NB基站定位等多重定位技术，精确定位NB-IoT定位控制设备30的位置。目前GPS定位技术已经很成熟，此处不再赘述；基站定位是通过移动运营商的NB网络获取终端的位置信息；将两种定位方式有序组合起来可以快速精确地定位NB-IoT定位控制设备30的位置，为牧场主及时提供每个牲畜，例如牛、羊的位置信息。
(2)、NB-IoT技术通信具有其他通讯制式所无法比拟的优势，最突出的优点就是低功耗和覆盖广，当NB-IoT定位控制设备30静止时会自动进入低功耗模式，耗电可低至uA级别，这是2G/3G/4G设备无法比拟的，大大延长了NB-IoT定位控制设备30的使用寿命。NB-IOT技术的另一个优点是覆盖广，这个优点正好满足了草原地区放牧区域大，牛羊多的需求，使得农场主的放牧实现互联网化和自动化。
(3)、采用太阳能这种永久性的清洁能源，不仅环保无污染而且成本低廉，再加上草原地区空旷无遮挡，更利于太阳能的充电，使得牛羊在放牧的同时，通过太阳能板给设备供电以及给电池33充电，大大延长了电池33的使用时间。
(4)、将固定项圈10、NB-IoT定位控制设备30和太阳能充电板20三者结合起来，做成一体，防水防尘，易于安装。
本畜牧养殖定位管理系统的工作过程：
(1)、将整个NB-IoT定位控制设备30安装在牛羊的脖子上，太阳能充电板20朝上，当接收到太阳光照射时，太阳能充电板20将太阳能转化为电能，通过太阳能充电芯片将电能供给各个模块，驱动设备各个模块开始上电工作，并同时对电池33充电。
(2)、NB-IoT主控芯片上电以后，内置NB-IoT收发控制器开始工作，开始和附近的NB基站通讯并建立链接；
(3)、当牛羊被赶到草原上以后，在室外环境下，GPS定位模块36工作，捕捉到卫星信号，输出牛羊的位置信息给主控芯片，主控芯片将得到的卫星信息与周围NB基站位置信息结合，最终确定牛羊的具体位置；当定位之后主控芯片会通过NB网络及时地把位置信息发送到NB的网络平台上。在这里，NB基站的位置信息只是起到了GPS定位的辅助定位作用。
(4)、NB的网络平台收到位置信息以后，会把数据整个打包发给本地的服务器，本地的服务器收到数据以后，会把数据做一系列的处理，然后把处理过的数据发给手机上，这时手机上就可以直观的看到每个牛羊的位置、轨迹等信息了。当然，本地的服务器和手机APP的结合方式可以实现很多的功能和应用，比如可以通过大数据分析处理，根据位置信息设置电子围栏智能报警，将牧场主常用的放牧区域画出一块电子围栏区域，限定牛羊的活动范围，只要牛羊超出限定范围，农场主的手机会马上收到报警。
(5)、同时在工作的还有温度传感器和加速度传感器，温度传感器监控设备和环境的温度情况，并及时上报NB-IoT主控芯片，若遇周围环境温度过高或者过低会通过手机APP发出低温或者高温警报，避免出现牛羊低温冻死或者高温生病等情况，同时平台可以将所有的温度数据收集分析，给出放牧区的每天温度情况汇总报告；加速度传感器也在时刻监测牛羊的活动状态，可以对牛羊身上发生的震动进行分析，如监测牛羊的运动步数、移动还是静止状态等，同时若监测到牛羊在一定的时间内一直处于静止状态，设备会立马通过手机发送报警信息给农场主，以便让农场主及时发现个别牛羊的异常状态。
(6)、防拆模块37用于检测NB-IoT定位控制设备30是否被拆除，若被拆除触发压力传感器，手机APP则会收到拆除报警，以便让农场主及时去查看NB-IoT定位控制设备30是否安装完好。
(7)、每个NB-IoT定位控制设备30出厂的时候，给每个设备分配一个IMEI码，也就是每个设备的ID都是唯一的，每个设备对应每一个牛羊，这样就可以实现牛羊群里的每个牛羊的ID都是唯一，实现整个系统对于每头牛羊的监测和管理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：包括固定项圈、设于固定项圈上的NB-IoT定位控制设备及设于NB-IoT定位控制设备表面的太阳能充电板；
所述NB-IoT定位控制设备包括，NB-IoT主控模块及与NB-IoT主控模块分别连接的太阳能充电模块、电池、传感器模块、GPS定位模块、Wi-Fi模块、防拆模块；
所述太阳能充电模块，用于通过太阳能充电板给电池进行充电；所述电池，用于给NB-IoT定位控制设备进行供电；传感器模块，包括加速度传感器和温度传感器，用于监控NB-IoT定位控制设备的运动状态和外部环境的温度；所述NB-IoT主控模块，用于控制太阳能充电模块、电池、传感器模块、GPS定位模块、WiFi模块及防拆模块之间的通信；所述GPS定位模块，用于通过GPS和/或北斗卫星定位牲畜的位置；所述WiFi模块，用于通过Wi-Fi连接手机，进行设备设置、升级和传输数据；所述防拆模块，用于检测固定项圈是否被拆除，若检测到被拆除，则通过NB-IoT主控模块向牲畜主人的手机发送拆除报警信息。
2.如权利要求1所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述NB-IOT主控模块，还用于通过NB网络将牲畜的位置信息和运动轨迹发送到牲畜主人的手机上。
3.如权利要求2所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述NB-IoT定位控制设备还包括外壳，所述太阳能充电板设于外壳的上表面。
4.如权利要求3所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述固定项圈穿过NB-IoT定位控制设备的内部，以将NB-IoT定位控制设备固定在固定项圈上。
5.如权利要求4所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述固定项圈选用皮质或尼龙材料。
6.如权利要求1所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述太阳能面板的材质为半导体材料，用于通过光生伏特效应把太阳能转化为电能。
7.如权利要求6所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述太阳能充电模块设有充电控制IC，所述太阳能面板将太阳光转化为电能，并通过充电控制IC对电池充电，并同时给NB-IoT主控模块、传感器模块、GPS定位模块、Wi-Fi模块及防拆模块供电。
8.如权利要求7所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述充电控制IC带有动态路径管理功能，以控制电池的充电和放电切换。
9.如权利要求1所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述防拆模块为压力传感器。
10.如权利要求1所述的基于NB-IoT的畜牧养殖定位管理系统，其特征在于：所述加速度传感器，用于若监测牲畜的运动状态，当牲畜处于静止状态的时间超过预设的时间，则通过NB-IoT主控模块向牲畜主人的手机发送运动状态警报；
所述温度传感器，用于若监测外部环境的温度，当外部环境的温度超过或低于预设的警戒值，则向牲畜主人的手机发送温度警报。
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2020
- 2020-08-14 CN CN202010818744.XA patent/CN111918209A/zh active Pending
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