CN112205319A - 一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,包括佩戴在肉牛颈部的智能项圈、无线通讯模块和设备终端。智能项圈集成微处理器控制模块、温度监测模块、行为姿态监测模块、身份识别模块、蓝牙定位模块和电源模块,无线通讯模块一端是智能项圈,另一端是设备终端,且两个终端之间是通过蓝牙网关进行数据传输和通信,设备终端是PC和APP。该设备及其方法用于监测和记录肉牛行为姿态、运动状态、体表温度和位置信息,并分析各项数据,综合反映肉牛的行为活动和生命体征的变化情况。提升管理效率,确保肉牛养殖的清晰化、准确化和科学化。
Description
技术领域:
本发明涉及畜牧设备智能领域,特别涉及一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈。
技术背景:
随着科学技术的发展,传统的牲畜行为监测需要耗费大量人力和时间成本,还可能干扰牲畜的正常活动。我国作为畜牧业大国,肉牛养殖业在畜牧业中占据了很大的比重,但是在肉牛养殖业方面存在信息化水平较低,肉牛管理和生产缺乏科学的管理方法和技术等一些问题,导致在养殖过程中对肉牛的信息和生理状态都没有准确的掌握,不能进行清晰化、准确化和科学化的养殖。为了便于及时准确地监测和反映肉牛的行为姿态信息和体征信息,一个能实时采集多种数据指标的智能化设备对于现代化畜牧业养殖有很大的帮助。管理人员可以通过该设备实时地监测肉牛的行为姿态和健康状况。既能及时掌握肉牛生长情况,也能降低人工管理成本,提升管理效率,确保更高的牛肉产量和质量。
发明内容:
本发明的目的提供一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,可监测和记录肉牛行为姿态、运动状态、体表温度和位置信息,并可分析各项数据,综合反映肉牛的行为活动和生命体征的变化情况。提升管理效率,确保肉牛养殖的清晰化、准确化和科学化。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,包括佩戴在肉牛颈部的智能项圈、无线通讯模块和设备终端。其特征在于,智能项圈集成微处理器控制模块、温度监测模块、行为姿态监测模块、身份识别模块、蓝牙定位模块和电源模块,无线通讯模块一端是智能项圈,另一端是设备终端,且两个终端之间是通过蓝牙网关进行数据传输和通信,设备终端是PC和APP,设备终端将接收到的智能项圈监测数据,使用最小二乘法建立体温校正公式,使用神经网络模型分析肉牛的行为姿态,以及使用卡尔曼滤波算法确定肉牛位置。
所述微处理器控制模块选用的STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M3内核的32位微处理器。
所述温度监测模块选用DS18B20单总线温度传感器,与微处理器控制模块通过单总线访问,使用一个普通I/O接口,通过引脚电平时序实现设备间通讯,及二进制命令,实现数据的双向传输。
所述行为姿态监测模块选用MPU6050惯性运动传感器,与微处理器控制模块通过IIC总线连接,实现命令与数据的双向传输。
所述身份信息识别模块选用RFID电子标签读写模块,与微处理器控制模块通过USART总线相连,实现命令和数据的双向传输。
所述蓝牙定位模块模块HC-42蓝牙模组,与微处理器控制模块通过USART总线相连,实现定位和数据传输功能。
所述无线通讯模块,是一种基于BLE(Bluetooth Low Energy)蓝牙低功耗无线通信协议的数据传输模块,其连接方式为智能项圈与蓝牙网关相连,蓝牙网关与设备终端相连,实现命令与数据的双向自收发传输。
所述蓝牙网关选用HC-42蓝牙模组,与网关中微处理器通过USART总线相连,实现项圈所采集数据的接收和命令发送,该蓝牙网关最终把接收的项圈采集数据通过串口传输至电脑端。
所述蓝牙网关中串口传输模块选用CH340G模组,将USART串口信号转换为USB信号,以供设备终端进行数据读取,并在设备终端实现数据的显示与存储。
所述一种分析肉牛行为和生命体征监测的方法包括如下步骤:
步骤一:将智能项圈佩戴在肉牛的脖颈上,完成设备初始化;
步骤二:进行蓝牙组网,搭建智能项圈与设备终端的通信环境,以及蓝牙定位环境;
步骤三:温度监测模块用于测量肉牛脖颈温度,用于生命体征的监测,并且每半个小时向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立肉牛体表温度校正公式,如果温度超出或低于正常的体温范围,则可判断出肉牛此时的健康状况是否良好;
步骤四:行为姿态监测模块用于测量肉牛在x、y、z方向的加速度变化值和倾角值,用于行为姿态分析,并且每5分钟向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立相应的神经网络模型,预测出肉牛的行为活动;
步骤五:智能项圈在每次数据发送时,会通过RFID电子标签获取肉牛的身份信息,将肉牛身份信息与温度数据和行为姿态数据一起发送至设备终端,设备终端会准确的识别和确定牛只信息。
本发明的有益效果是:可根据体温值判断出肉牛的健康状况,可根据行为姿态数据分析肉牛行为,且精度高,抗干扰能力强,便于肉牛管理。
附图说明:
图1是本发明的系统功能框图。
图2是本发明的技术路线图。
图3是本发明数据采集和传输流程图。
图4是本发明方法流程图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1,所述一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,主要完成4大模块的功能需求,包括肉牛行为姿态、生命体征数据的采集和肉牛位置的确定,监测数据的传输,数据的存储管理,在设备终端可对数据进行存储和备份,以及在设备终端的数据分析。
参见图2,所述一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其研究对象是肉牛;拟解决的关键问题是肉牛行为姿态和生命体征数据的监测;主要包括6个研究内容,分别是肉牛身份信息的采集、行为姿态数据采集、体表温度数据采集、室内蓝牙定位和监测数据的传输与分析;对于肉牛身份信息、行为姿态、体表温度数据和位置信息采集,主要使用现代总线技术、嵌入式系统技术和传感器完成数据采集,对于数据传输,主要使用无线传输方式,对于数据分析,是通过建立体温校正公式以及搭建神经网络模型来实现的;最终的设计结果是实现智能项圈的设计,有效完成数据采集,并将采集数据通过无线通信方式传输至设备终端,完成数据分析。
参见图3,所述一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其中智能项圈硬件电路包括微处理器控制模块、温度监测模块、行为姿态监测模块、身份识别模块、蓝牙定位模块和电源模块,主要实现数据采集功能,无线通讯模块包括智能项圈、蓝牙网关和设备终端,主要实现数据命令的接收与发送。
参见图4,所述一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,是对肉牛的行为活动和生命体征进行监测,分析肉牛的行为活动和生命体征的变化情况,具体包括肉牛的行为姿态和体表温度的测量,实现方法包括如下步骤:
步骤一:将智能项圈佩戴在肉牛脖颈上,完成设备初始化;
步骤二:进行蓝牙组网,搭建智能项圈与设备终端的通信环境,以及蓝牙定位的环境,该环境基于BLE蓝牙低功耗传输协议,可以实现传输数据量大,传输距离远等功能,其中蓝牙定位采用三点定位法,利用RSSI(Received Signal Strength Indicator)接收信号强度分别计算肉牛与距离最近的三个Beacon(信标)之间的距离,最终位置的确定是利用卡尔曼滤波实现;
步骤三:温度监测模块用于测量肉牛脖颈温度,用于生命体征的监测,该模块选用DS18B20单总线温度传感器,与微处理器控制模块通过单总线访问,使用一个普通I/O接口,通过引脚电平时序实现设备间通讯,及二进制命令,实现数据的双向传输,并且每半个小时向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立肉牛体表温度校正公式,其中体温校正公式是利用最小二乘法将传感器测量值与人工检测值进行线性拟合,如果温度超出或低于正常的体温范围,则可判断出肉牛此时的健康状况是否良好;
步骤四:行为姿态监测模块用于测量肉牛在x、y、z方向的加速度变化值和倾角值,用于行为姿态分析,该模块选用MPU6050惯性运动传感器,与微处理器控制模块通过IIC1总线连接,实现命令与数据的双向传输,并且每5分钟向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立相应的神经网络模型,预测出肉牛的行为活动;
步骤五:智能项圈在每次数据发送时,会通过RFID电子标签获取肉牛的身份信息,该模块选用RFID电子标签读写模块,与微处理器控制模块通过USART3总线相连,实现命令和数据的双向传输,并将肉牛的身份信息与温度数据和行为姿态数据一起发送至设备终端,设备终端能准确的识别和确定牛只信息。
Claims (10)
1.一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,包括佩戴在肉牛颈部的智能项圈、无线通讯模块和设备终端,其特征在于,智能项圈集成微处理器控制模块、温度监测模块、行为姿态监测模块、身份识别模块、蓝牙定位模块和电源模块,无线通讯模块一端是智能项圈,另一端是设备终端,且两个终端之间是通过蓝牙网关进行数据传输和通信,设备终端是PC和APP,设备终端将接收到的智能项圈监测数据,使用最小二乘法建立体温校正公式,使用神经网络模型分析肉牛的行为姿态,以及使用卡尔曼滤波算法确定肉牛位置。
2.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:微处理器选用的STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M3内核的32位微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:温度监测模块选用DS18B20单总线温度传感器,与微处理器控制模块通过单总线访问,使用一个普通I/O接口,通过引脚电平时序实现设备间通讯,实现数据的双向传输。
4.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:行为姿态监测模块选用MPU6050惯性运动传感器,与微处理器控制模块通过IIC总线连接,实现命令与数据的双向传输。
5.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:身份信息识别模块选用RFID电子标签读写模块,与微处理器控制模块通过USART总线相连,实现命令和数据的双向传输。
6.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:蓝牙定位模块模块HC-42蓝牙模组,与微处理器控制模块通过USART总线相连,实现定位和数据传输功能。
7.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:所述无线通讯模块,其连接方式为智能项圈与蓝牙网关相连,蓝牙网关与设备终端相连,实现命令与数据的双向自收发传输。
8.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:蓝牙网关选用HC-42蓝牙模组,与网关中微处理器通过USART总线相连,实现项圈所采集数据的接收和命令发送,该蓝牙网关最终把接收的项圈采集数据通过串口传输至电脑端。
9.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:蓝牙网关中串口传输模块选用CH340G模组,将USART串口信号转换为USB信号,以供设备终端进行数据读取,并在设备终端实现数据的显示与存储。
10.根据权利要求1所述的一种分析肉牛行为和监测生命体征的智能项圈及其方法,其特征在于:一种分析肉牛行为和生命体征监测的方法包括如下步骤:步骤一:将智能项圈佩戴在肉牛脖颈上,完成设备初始化;步骤二:进行蓝牙组网,搭建智能项圈与设备终端的通信环境,以及蓝牙定位的环境,该环境基于BLE蓝牙低功耗传输协议,实现传输数据量大,传输距离远等功能,其中蓝牙定位采用三点定位法,利用RSSI(Received Signal StrengthIndicator)接收信号强度分别计算肉牛与距离最近的三个Beacon(信标)之间的距离,最终位置的确定是利用卡尔曼滤波实现;步骤三:温度监测模块用于测量肉牛脖颈温度,用于生命体征的监测,该模块选用DS18B20单总线温度传感器,与微处理器控制模块通过单总线访问,使用一个普通I/O接口,通过引脚电平时序实现设备间通讯,及二进制命令,实现数据的双向传输,并且每半个小时向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立肉牛体表温度校正公式,其中体温校正公式是利用最小二乘法将传感器测量值与人工检测值进行线性拟合,如果温度超出或低于正常的体温范围,则判断出肉牛此时的健康状况;步骤四:行为姿态监测模块用于测量肉牛在x、y、z方向的加速度变化值和倾角值,用于行为姿态分析,该模块选用MPU6050惯性运动传感器,与微处理器控制模块通过IIC1总线连接,实现命令与数据的双向传输,并且每5分钟向设备终端发送一次数据,在设备终端会建立相应的神经网络模型,预测出肉牛的行为活动;步骤五:智能项圈在每次数据发送时,会通过RFID电子标签获取肉牛的身份信息,该模块选用RFID电子标签读写模块,与微处理器控制模块通过USART3总线相连,实现命令和数据的双向传输,并将肉牛的身份信息与温度数据和行为姿态数据一起发送至设备终端,设备终端准确的识别和确定牛只信息。
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PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tian Xu Inventor after: Huang Lvwen Inventor after: Bai Yanlin Inventor after: Tian Huijuan Inventor before: Tian Xu Inventor before: Huang Lvwen Inventor before: Bai Yanlin |
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CB03 | Change of inventor or designer information | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210112 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |