CN112005925A - 一种智能化信鸽足环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能化信鸽足环，具有主动式、非接触电子感应式、3维定位及卫星授时、全程主动式传出目标信息功能，主要是包含天线模块、被动式超高频RFID模块、蜂窝物联网通信模块、数字气压传感器模块、数字基频处理控制器以及电源供应模块，可配戴于信鸽而提供非接触电子感应式、3维定位及卫星授时、全程主动式传出目标信息功能。本发明利用被动式超高频RFID模块、蜂窝物联网通信模块以解决信鸽在饲养、训放、竞赛过程中的各种问题，并防止信鸽竞赛中常见的欺诈行为，进而促进信鸽运动的良性发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能化信鸽足环。
背景技术
信鸽的竞赛在世界各地都很风行。一般而言，信鸽的竞赛数量最多都在5000羽上下，分速一般在1.1-1.8公里/分钟之间，赛距从300-1200公里之间，在这样的长时、长距的比赛中，因为只使用了射频标签的技术，因此离开目视范围后就无法了解信鸽的各种状态，因为距离远、飞行时间长，因此不能掌控的情形经常被竞赛参与人利用来作弊，因此全程的虚拟可视化，显得格外重要，并且能完全防止欺诈行为的发生。
信鸽的比赛是与人类田径的比赛类似的，大家在共同的起点出发到共同的终点通过，最早以人工目测方式看谁先通过终点线来决定名次。
信鸽的足环就是信鸽的身份证，早期只是一个数字卷标用来区分信鸽，就像运动竞赛时运动员挂的号牌一样，以此区分运动员及成绩。为进一步记录信鸽在竞赛过程中的相关电子信息时间，以评定比赛名次的参考，近年来，已在信鸽的足环上配置各种电子装置。
随着交通、通讯技术的发展，人与人之间的讯息传递变快变近，因此单一比赛的结果会让大家想去了解在不同的赛区之间到底谁比较快，所以精密的测量定量技术被大量的应用在运动竞赛中。在同样精度的测量设备下竞赛得出精确的资料，然后根据这个资料的比较，得出在该时段全部的同类比赛中，谁才是最领先的获胜者，所以每个比赛都会公布成绩并予以存档。
信鸽的比赛也是这样的进程，由目测进化到机械，再进化到现在的电子化，但是信鸽的竞赛环境与人类在平面及相对短距的竞赛情况是非常不同。信鸽竞赛是属于高速、三维飞行、长距离的竞赛，而原先信鸽竞赛的信标都是被动式的，即使是较为先进的电子环方式是使用RFID(Radio Frequency Identification，射频辨识)技术，但仍然无法全程可视化，只是能确定起点与终点的被动结果，而非全程主动式传出信标，所以很难只是借由被动式RFID的计时以防止欺诈行为。
另外，信鸽的可视化进程中还有一个完全不同于一般竞技体育的特点与困难，就是信鸽是三维空间的运动。一些将卫星定位技术引入的系统是无法解决垂直精确定位的问题，因为信鸽本身飞行高度就不高，如果误差值在200-300米，这样也无法精确描绘三维运动轨迹，
再者，信鸽竞赛还有一个重要条件，就是需要精确的计时，而且计时的过程最好能全程进行校验修正，以避免发生累计误差。然而，信鸽竞赛时间都很长，距离也相当远，如果只在起点与终点进行校时修正，显见是不够准确。
因此，非常需要一种创新的智能化信鸽足环，能完全满足信鸽从饲养、训放到竞赛的虚拟可视化的全方位需求，进而开创信鸽产业新的发展，以解决上述习用技术的所有问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种智能化信鸽足环以解决信鸽在饲养、训放、竞赛过程中的各种问题，并防止信鸽竞赛中常见的欺诈行为，进而促进信鸽运动的良性发展。
本发明提供的一种智能化信鸽足环，包含：
一软板，具可挠性，且为一环状；
一天线模块，用以发射、接收无线电讯号而与一外部通信系统通信、链接，且所述无线电讯号包含GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)讯号、射频辨识RFID讯号、物联网通信讯号以及无线通信讯号；
一被动式超高频RFID模块，电气连接至所述天线模块，用以驱动所述天线模块而被动发射、接收RFID讯号而与所述外部通信系统互动以实现一计时功能；
一蜂窝物联网通信模块，电气连接至所述天线模块，具有ESIM(Embedded-subscriber identity module，嵌入式用户身份模块)、NBIoT(Narrow Band-Internet ofThings，窄带物联网)、eMTC(enhanced Machine Type Communication，增强的机器类型通信)以及eGPRS(Enhanced General Packet Radio Service，增强的通用分组无线服务)任一通信功能，用以驱动所述天线模块而发射、接收所述信鸽3D位置讯号及时间；
一数字气压传感器模块，用以感测气压而产生一数字气压感测讯号，借以计算精确高度；
一数字基频处理控制器，是电气连接至所述蜂窝物联网通信模块的核心处理器、计算数字气压传感器模块，接收经所述蜂窝物联网通信模块所传送的所述GNSS讯号而用于水平定位，且接收所述数字气压传感器模块所传送的所述数字气压感测讯号而用于垂直定位；通信与加密的所有运算；以及
一电源供应模块，提供电力给所述天线模块、所述被动式超高频RFID模块、所述蜂窝物联网通信模块、所述数字气压传感器模块、所述数字基频处理控制器而运作，
其中所述天线模块、所述被动式超高频RFID模块、所述蜂窝物联网通信模块、所述数字气压传感器模块、所述数字基频处理控制器以及所述电源供应模块是被承载在所述软板上。
可选的，所述电源供应模块包含一输入电源管理单元、一输出电源管理单元、一系统频率产生器以及一电池，所述输入电源管理单元接收一外部电源的电力而对所述电池充电，所述输出电源管理单元接收所述电池的电力而在调节后输出所需的电力，所述系统频率产生器接收所述输出电源管理单元的电力而产生一系统频率。
可选的，所述数字气压传感器模块包含一微型电子气压计。
可选的，所述数字基频处理控制器在所述GNSS讯号的卫星定位失效时，使用eMTC、NBIoT基站三角定位以达成水平定位辅助。
可选的，进一步包含一SE-eSIM(Secure Embedded-subscriber identitymodule，安全嵌入式用户身份)模块，用以提供SE-eSIM的IMEI(International MobileEquipment Identity，国际行动装置辨识码)码及通信模块的MEID(Mobile EquipmentIdentifier，移动设备识别码)码、安全芯片身份认证通信链路加密，以保护物联网通信链路的安全。
可选的，所述数字基频处理控制器执行优化的一电量使用算法，以此启动精确控制一休眠系统，达到最大化的节电功效。
智能化信鸽足环包括天线模块、被动式超高频RFID模块、蜂窝物联网通信模块、数字气压传感器模块、数字基频处理控制器以及电源供应模块，用以实现3维定位及卫星授时、全程主动式传出目标信息功能，其中天线模块、被动式超高频RFID模块、蜂窝物联网通信模块、数字气压传感器模块、数字基频处理控制器以及电源供应模块是被承载在软板上，且软板本身具有可挠性，并为环状。
具体而言，天线模块可以发射、接收通信、卫星定位、射频标签(RFID)等的无线电讯号，供鸽环计算水平位置、飞行速度、起飞感应时间等数据，而数字压力传感器感应压力变化，计算高度位置，这些运算结果透过物联网通信技术，传送到终点进行3D轨迹显示描绘，完成了远程虚拟可视化的监控，当信鸽归巢时透过鸽巢的感应装置完成全程计时功能。
此外，蜂窝物联网通信模块电气连接至天线模块，具有多模ESIM、NBIoT、eMTC以及eGPRS的通信功能，用以将GNSS、数字压力传感器计算的3D位置坐标及时间标志回传至终端显示器上显示目前的飞行状态。
尤其，数字基频处理控制器电气连接至蜂窝物联网通信模块、数字气压传感器模块，用以接收经蜂窝物联网通信模块所传送的GNSS讯号而用于水平定位，且接收数字气压传感器模块所传送的数字气压感测讯号而用于垂直定位。
另外，电源供应模块提供电力给天线模块、被动式超高频RFID模块、蜂窝物联网通信模块、数字气压传感器模块、数字基频处理控制器而运作。
本发明的实施例的有益效果是：
本发明的智能化信鸽足环采用超高频RFID标签使得远程感应变成可能，透过设计的感应天线排列，可做成电子围栏，原先在饲养状态，鸽舍内信鸽的数量完全人工清点，是否有被更换移出移入都很难掌控了解的鸽舍管理问题，变得非常容易管理且精确。
另外在实务中，地表的气压经常会有变化而不是标准海平面压力29.92英寸水银柱高，也就是气象报告中高气压的、低气压的值，因此数字压力传感器的压力是当时位置的标高压力，因此我们用相对零点的观念，将放飞点压力当成相对零点，其他飞行中的垂直高度都是相对于这个原点增量换算的值时，显示的高度就是真实环境下的高度，使得高度的轨迹在地图的描绘位置是精确的。
因此，经由上述各项的改善设计，本发明的智能化信鸽足环具体实现信鸽竞赛的精确全程3D可视化功能，并能完全满足信鸽从饲养、训放到竞赛的管理与虚拟可视化的全方位需求，以此开创信鸽产业新的发展。
附图说明
图1表示本发明实施例智能化信鸽足环的示意图。
附图标记说明：
10、天线模块；
20、被动式超高频RFID模块；
30、蜂窝物联网通信模块；
40、数字气压传感器模块；
50、数字基频处理控制器；
60、电源供应模块；
70、外部电源；
80、外部通信系统；
90、SE-eSIM模块；
PCB、软板；
RF、无线电讯号。
具体实施方式
以下配合附图对本发明的实施方式做更详细的说明，使得熟习该项技艺者在研读本说明书后能据以实施。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
请参考图1，本发明实施例智能化信鸽足环的示意图。如图1所示，本发明的智能化信鸽足环包括软板PCB、天线模块10、被动式超高频RFID(RF Identification，无线射频辨识)模块20、蜂窝物联网(Internet of Things，IoT)通信模块30、数字气压传感器模块40、数字基频处理控制器50以及电源供应模块60，是可配戴于信鸽而提供非接触电子感应式、3维定位及卫星授时、全程主动式传出目标信息功能，其中天线模块10、被动式超高频RFID模块20、蜂窝物联网通信模块30、数字气压传感器模块40、数字基频处理控制器50以及电源供应模块60是被承载在软板PCB上，且软板PCB具可挠性，并为环状。值得说明的是，被动式超高频RFID模块20中所述的超高频指的是频率范围涵盖902MHz～928MHz的范围。
电源供应模块60供应电力给被动式超高频RFID模块20、蜂窝物联网通信模块30、数字气压传感器模块40、数字基频处理控制器50而运作，尤其，电源供应模块60的电力供应几乎可长达10年，完全能配合信鸽的生命周期，非常可靠、耐用，符合信鸽的需求。
进一步，电源供应模块60可包含输入电源管理单元、输出电源管理单元、系统频率产生器以及电池(图中未显示)，其中输入电源管理单元接收外部电源70的电力而对电池充电，输出电源管理单元接收电池的电力而在调节后输出所需的电力，而系统频率产生器是在接收输出电源管理单元的电力而产生系统频率。
具体而言，上述的被动式超高频RFID模块20、蜂窝物联网通信模块30电气连接至天线模块10，且蜂窝物联网通信模块30、数字气压传感器模块40是电气连接至数字基频处理控制器50。进一步，由天线模块10发射、接收无线电讯号RF而与外部通信系统80维持通信链接，其中外部通信系统80可包含外部RFID模块、外部物联网收发器、基地台、全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)卫星。
举例而言，被动式超高频RFID模块20可在信鸽跨出笼门时便与外部通信系统互动而立即开始计时、记录，实现计时功能，当作信鸽竞赛快慢的依据。
再者，蜂窝物联网通信模块30具有物联网的功能，并包含NB-IoT、eMTC技术，藉与外部通信系统之间的通信而让信鸽竞赛获得全程可视化，同时，蜂窝物联网技术也能达成覆盖范围广、成本和功耗低、万物互联的需求，因而完全符合了信鸽竞赛的场景。
此外，数字气压传感器模块40感测气压而产生、传送数字气压感测讯号至数字基频处理控制器50，供数字基频处理控制器50记录，可用于垂直定位。较佳的，数字气压传感器模块40可包含微型电子气压计。
本发明还引入提供了全程竞赛中的授时校验，使得过程中的授时完全与卫星定位及蜂窝网络授时进行校验、修正，完全解决全程计时精度的问题，没有了累进误差，信鸽的竞赛更加公平合理，成绩完全可被接受为大家比较的标准，于是世界最佳记录是可被大家认可的，这也间接影响信鸽竞赛的国际化。
更加具体而言，数字基频处理控制器50接收经蜂窝物联网通信模块30所传送的GNSS讯号而用于水平定位，而且接收数字气压传感器模块40所传送的该数字气压感测讯号而用于垂直定位，以实现三维空间定位功能。尤其，数字基频处理控制器50可在GNSS讯号的卫星定位失效时，使用eMTC、NBIoT基站三角定位以辅助达成水平定位。
为了加强加密以防远程黑客破解侵入而更改数据，同时在考虑到竞翔的信鸽数量不断的直线上升，还有必须提高RFID的反应时间防冲突算法的效率以达成100％的无感应丢失，本发明进一步包含SE-eSIM模块90，是数字基频处理控制器50，由SE-eSIM模块90提供SE-eSIM的IMEI码及通信模块的MEID码、安全芯片对通信链路进行加密，以保护物联网通信链路的安全，并配合被动式超高频RFID模块20来解决反应时间、防冲突、无丢失、远程读取，或者，再进一步利用RFID GEN2的加密(第二动态码)的技术，即可完全可防止竞赛欺诈。
综上所述，本发明的特点在于利用被动式超高频RFID以取代一般的被动式低频RFID，并使用跨越放飞笼门扫描为基础的技术，因而很容易具体实施，再者，可在信鸽跨出笼门时便立即开始计时，解决了大量信鸽同时放飞时前后出笼时间不同所产生的不公平现象，就如同马拉松大赛参赛中的参与人员会在长达两公里的人龙起跑，而应以通过起跑线的时间为计算标准一样，所以本发明能让信鸽竞翔赛的成绩更加公平、准确，尤其是在进行跨区域比赛时更显公平。
本发明的另一特点在于利用蜂窝物联网的NB-IoT、eMTC技术以实现竞赛过程全程可视化，解决信鸽竞赛的公平性经常受到质疑与欺诈的问题。
特别一提，信鸽足环或脚环的进步会影响全产业链的发展及竞翔规则的进步与公平性。鸽子从鸽棚管理，到训放安排，到竞赛的整个过程本身就是一个完善的运动员培养的过程，而运动员的集训场管理，训练方法的改善，都会影响最终比赛的成绩，因此，本发明的技术也考虑了这些要求，具有可程序化的控制，使得脚环能在远程管理下进行功能模式转换，所以本发明在智能化上是能进行远程切换状态，比如饲养状态、训放飞翔状态、公棚竞翔状态、私棚竞翔状态之间的场景切换。
本发明利用超高频RFID技术，使得远程感应变为可能，因此，也让鸽棚的信鸽状态监控变成可能，而且可远程提供给委托信鸽人进行饲养、训放状态监控，所以解决在国内交由公棚饲养时的无法了解培育过程的问题。
此外，在使用主动式的鸽环技术后，鸽环本身即可计算精确的赛距，经由数字基频处理控制器执行优化的电量使用算法，以启动休眠系统，达到最大化的节电功效，使得鸽环能在5-6年间无需充电，这也解决鸽环使用在信鸽全生命期配戴的问题，信鸽的饲养、训放、竞赛都不再需要更换或加装足环，这样使得信鸽全程的管理更加简单有效。
本发明的数字基频处理控制器同时使用eMTC、NBIoT基站三角定位的技术来解决竞赛中卫星定位失效时水平定位的问题，因为在实务上偶尔会发生短时间的基站未覆盖而无法主动回传信号的问题，则通过数字基频处理控制器的缓存器所存储的数据，于再次连接后按序回传，因此，全程的可视可追溯问题得以完全解决，使得赛事欺诈无从发生。
另外，本发明利用优化的电源管理算法以实现智能化电源管理，并且可远程监控电量的使用，据以进行最优化，并防止无预警的无电停机所造成无法提供竞赛成绩的严重后果。
以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (6)
1.一种智能化信鸽足环，其特征在于，包含：
一软板，具可挠性，且为一环状；
一天线模块，用以发射、接收无线电讯号而与一外部通信系统通信、链接，且所述无线电讯号包含全球导航卫星系统GNSS讯号、射频辨识RFID讯号、物联网通信讯号以及无线通信讯号；
一被动式超高频射频辨识RFID模块，电气连接至所述天线模块，用以驱动所述天线模块而被动发射、接收RFID讯号而与所述外部通信系统互动以实现一计时功能；
一蜂窝物联网通信模块，电气连接至所述天线模块，具有嵌入式用户身份模块ESIM、窄带物联网NBIoT、增强的机器类型通信eMTC以及增强的通用分组无线服务eGPRS任一通信功能，用以驱动所述天线模块而发射、接收信鸽3D位置讯号及时间；
一数字气压传感器模块，用以感测气压而产生一数字气压感测讯号，借以计算精确高度；
一数字基频处理控制器，是电气连接至所述蜂窝物联网通信模块的核心处理器、计算数字气压传感器模块，接收经所述蜂窝物联网通信模块所传送的所述GNSS讯号而用于水平定位，且接收所述数字气压传感器模块所传送的所述数字气压感测讯号而用于垂直定位；通信与加密的所有运算；以及
一电源供应模块，提供电力给所述天线模块、所述被动式超高频RFID模块、所述蜂窝物联网通信模块、所述数字气压传感器模块、所述数字基频处理控制器而运作，
其中所述天线模块、所述被动式超高频RFID模块、所述蜂窝物联网通信模块、所述数字气压传感器模块、所述数字基频处理控制器以及所述电源供应模块是被承载在所述软板上。
2.根据权利要求1所述的智能化信鸽足环，其特征在于，所述电源供应模块包含一输入电源管理单元、一输出电源管理单元、一系统频率产生器以及一电池，所述输入电源管理单元接收一外部电源的电力而对所述电池充电，所述输出电源管理单元接收所述电池的电力而在调节后输出所需的电力，所述系统频率产生器接收所述输出电源管理单元的电力而产生一系统频率。
3.根据权利要求1所述的智能化信鸽足环，其特征在于，所述数字气压传感器模块包含一微型电子气压计。
4.根据权利要求1所述的智能化信鸽足环，其特征在于，所述数字基频处理控制器在所述GNSS讯号的卫星定位失效时，使用eMTC、NBIoT基站三角定位以达成水平定位辅助。
5.根据权利要求1所述的智能化信鸽足环，其特征在于，进一步包含一安全嵌入式用户身份SE-eSIM模块，用以提供SE-eSIM的国际行动装置辨识码IMEI码及通信模块的移动设备识别码MEID码、安全芯片身份认证，以保护物联网通信链路的安全。
6.根据权利要求1所述的智能化信鸽足环，其特征在于，所述数字基频处理控制器执行优化的一电量使用算法，以此启动精确控制一休眠系统，达到最大化的节电功效。
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