CN114287360A - 一种长期监测奶牛饮水量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长期监测奶牛饮水量的装置，它包括智能项圈带，智能项圈带通过活动锁扣搭接成智能项圈；智能项圈带上设有柔性太阳能电池板；所述智能项圈带内侧设有与柔性太阳能电池板电连接的传感装置；传感装置包括微处理器、GPS定位器、声音传感器、压力传感器、超声波传感器、三轴加速度传感器、温度传感器、RFID电子标签、蓝牙；所述GPS定位器、声音传感器、压力传感器、超声波传感器、三轴加速度传感器、温度传感器、RFID电子标签、蓝牙均和与微处理器电连接。
Description
技术领域
本发明属于智慧养殖技术领域，具体涉及一种长期监测奶牛饮水量的装置。
背景技术
在奶牛生产中，饮水具有非常重要作用，不但参与奶牛的新陈代谢，维持正常的生理机能，还是牛奶的重要组成成分，饮水量的多少直接影响奶牛的产奶量，饮水量的变化也能够反应其生长状况和疾病状态等指标。而在实际规模化养殖生产过程中，无法监测奶牛饮水量，极端环境下奶牛对饮水量的需求变化加剧，从某种程度上来讲，奶牛通过对饮水的控制，调节机体性能以适应极端环境变化。而针对奶牛个体而言，饮水量波动情况可作为反应奶牛个体健康状态的重要指标之一。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种长期监测奶牛饮水量的装置。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述长期监测奶牛饮水量的装置包括智能项圈带(2)，所述智能项圈带(2)通过活动锁扣(4)搭接成智能项圈；所述智能项圈带(2)上设有柔性太阳能电池板(1)；所述智能项圈带(2)内侧设有与柔性太阳能电池板(1)电连接的传感装置(3)；传感装置(3)包括微处理器(12)、GPS定位器(5)、声音传感器(6)、压力传感器(7)、超声波传感器(8)、三轴加速度传感器(9)、温度传感器(10)、RFID电子标签(11)、蓝牙(13)；所述GPS定位器(5)、声音传感器(6)、压力传感器(7)、超声波传感器(8)、三轴加速度传感器(9)、温度传感器(10)、RFID电子标签(11)、蓝牙(13)均和与微处理器(12)电连接。
优选地，所述长期监测奶牛饮水量的装置还包括通过蓝牙(13)与智能项圈带(2)连通的终端。
优选地，所述终端是PC和APP。
优选地，所述微处理器(12)为STM32单片机。
优选地，所述蓝牙(13)为HC-05蓝牙。
优选地，所述HC-05蓝牙通过串口与STM32进行通信。
所述柔性太阳能电池板(1)下还设有锂电池(14)。
基于上述长期监测奶牛饮水量的装置的奶牛饮水量监测方法包括如下步骤：
(1)将长期监测奶牛饮水量的装置佩戴在牛的颈部，温度传感器通过识别牛的体温，自动打开电源开关，完成设备初始化；
(2)使用终端预先设置GPS定位所在特定范围区域定位饮水区，当奶牛进入此区域，表明将可能有饮水趋势；预先在使用终端分别设置角度变化范围值、频率幅值范围值，三轴加速度传感器并沿时间周期监测采集奶牛颈部水平倾角变化，根据采集到的数据计算设置牛头颈水平倾角K为饮水阈值，当牛头水平倾角大于K，说明牛在低头饮水；
(3)当确定牛在饮水时，启动声音传感器、压力传感器和超声波传感器，压力传感器用以感知奶牛饮水时喉腔扩张和颈部肌肉的舒张程度，说明水正通过食管，将周期内压力感受器感知的饮水信息计算出饮水时长；所述声音传感器根据水流通过食管产生的特定声学频率获取水流的平均速度；所述超声波传感器用于牛颈部内食管测距，计算出牛只食管的直径；
(4)将声音传感器、压力传感器和超声波传感器采集到的信息传输至微处理器，并通过蓝牙传输到终端，在终端设备会建立饮水量矫正公式，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；
(5)长期监测奶牛饮水量的装置在每次数据发送时，会通过RFID电子标签获取奶牛的身份信息，RFID电子标签读写模块，与微处理器控制模块相连，将奶牛的身份信息发送至设备终端，设备终端准确的识别和确定牛只信息。
下面对本发明作进一步说明：
本发明立足于解决奶牛饮水量长期动态监测困难等突出问题，通过建立奶牛饮水量的评估设备及装置，提出一种项圈式奶牛饮水量实时监测方法及装备设计，以解决现有技术的不足之处。
本发明中，智能项圈带选用柔软性、弹性和透气性能都较好的材料编织而成，其中传感装置嵌入选用弹性、防水、高张力、高拉力、强韧和耐老化的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)材质，保证内部智能单元和无线通信模块不受外界作用力与噪音等环境因素干扰。
微处理器选用STM32单片机，它是集成数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能，保证项圈高性能、低成本、低能耗等功能。
电源采用锂电池电源与太阳能作为能量源，太阳能电池板固定在智能项圈带外侧，嵌入选用弹性、防水、高张力、高拉力、强韧和耐老化的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)材质，传感装置和太阳能电池板电连接。
HC-05蓝牙通过串口与STM32单片机进行通信，完成数据的发送和接收，并在设备终端实现数据的显示与存储。
本发明中，设备终端将接收到的智能项圈监测数据，使用算法及线性相关模型建立饮水量矫正公式，使用神经网络模型分析奶牛的行为姿态，准确识别奶牛的饮水状态及计算出奶牛饮水量。
总之，本发明所述装置结构简单，信息采集准确，可远程长期监测奶牛的饮水行为，能够及时发现奶牛的饮水量异常，有利于长期监测奶牛的健康状况。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1、柔性太阳能电池板；2、智能项圈带；3、传感装置；4、活动锁扣；5、GPS定位器；6、声音传感器；7、压力传感器；8、超声波传感器；9、三轴加速度传感器；10、温度传感器；11、RFID电子标签；12、微处理器；13、蓝牙；14、锂电池。
具体实施例
参见图1，所述长期监测奶牛饮水量的装置包括智能项圈带2，所述智能项圈带2通过活动锁扣4搭接成智能项圈；所述智能项圈带2上设有柔性太阳能电池板1；所述智能项圈带2内侧设有与柔性太阳能电池板1电连接的传感装置3；传感装置3包括微处理器12、GPS定位器5、声音传感器6、压力传感器7、超声波传感器8、三轴加速度传感器9、温度传感器10、RFID电子标签11、蓝牙13；所述GPS定位器5、声音传感器6、压力传感器7、超声波传感器8、三轴加速度传感器9、温度传感器10、RFID电子标签11、蓝牙13均和与微处理器12电连接。
其中，所述长期监测奶牛饮水量的装置还包括通过蓝牙13与智能项圈带2连通的终端。所述终端是PC和APP。所述微处理器12为STM32单片机。所述蓝牙13为HC-05蓝牙。所述HC-05蓝牙通过串口与STM32进行通信。所述柔性太阳能电池板1下还设有锂电池14。
基于上述长期监测奶牛饮水量的装置的奶牛饮水量监测方法包括如下步骤：
(1)将长期监测奶牛饮水量的装置佩戴在牛的颈部，温度传感器通过识别牛的体温，自动打开电源开关，完成设备初始化；
(2)使用终端预先设置GPS定位所在特定范围区域定位饮水区，当奶牛进入此区域，表明将可能有饮水趋势；预先在使用终端分别设置角度变化范围值、频率幅值范围值，三轴加速度传感器并沿时间周期监测采集奶牛颈部水平倾角变化，根据采集到的数据计算设置牛头颈水平倾角K为饮水阈值，当牛头水平倾角大于K，说明牛在低头饮水；
(3)当确定牛在饮水时，启动声音传感器、压力传感器和超声波传感器，压力传感器用以感知奶牛饮水时喉腔扩张和颈部肌肉的舒张程度，说明水正通过食管，将周期内压力感受器感知的饮水信息计算出饮水时长；所述声音传感器根据水流通过食管产生的特定声学频率获取水流的平均速度；所述超声波传感器用于牛颈部内食管测距，计算出牛只食管的直径；
(4)将声音传感器、压力传感器和超声波传感器采集到的信息传输至微处理器，并通过蓝牙传输到终端，在终端设备会建立饮水量矫正公式，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；
(5)长期监测奶牛饮水量的装置在每次数据发送时，会通过RFID电子标签获取奶牛的身份信息，RFID电子标签读写模块，与微处理器控制模块相连，将奶牛的身份信息发送至设备终端，设备终端准确的识别和确定牛只信息。
Claims (8)
1.一种长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述长期监测奶牛饮水量的装置包括智能项圈带(2)，所述智能项圈带(2)通过活动锁扣(4)搭接成智能项圈；所述智能项圈带(2)上设有柔性太阳能电池板(1)；所述智能项圈带(2)内侧设有与柔性太阳能电池板(1)电连接的传感装置(3)；传感装置(3)包括微处理器(12)、GPS定位器(5)、声音传感器(6)、压力传感器(7)、超声波传感器(8)、三轴加速度传感器(9)、温度传感器(10)、RFID电子标签(11)、蓝牙(13)；所述GPS定位器(5)、声音传感器(6)、压力传感器(7)、超声波传感器(8)、三轴加速度传感器(9)、温度传感器(10)、RFID电子标签(11)、蓝牙(13)均和与微处理器(12)电连接。
2.如权利要求1所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述长期监测奶牛饮水量的装置还包括通过蓝牙(13)与智能项圈带(2)连通的终端。
3.如权利要求2所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述终端是PC和APP。
4.如权利要求1所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述微处理器(12)为STM32单片机。
5.如权利要求4所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述蓝牙(13)为HC-05蓝牙。
6.如权利要求5所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述HC-05蓝牙通过串口与STM32进行通信。
7.如权利要求1所述的长期监测奶牛饮水量的装置，其特征在于，所述柔性太阳能电池板(1)下还设有锂电池(14)。
8.基于权利要求1至7任一项所述长期监测奶牛饮水量的装置的奶牛饮水量监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将长期监测奶牛饮水量的装置佩戴在牛的颈部，温度传感器通过识别牛的体温，自动打开电源开关，完成设备初始化；
(2)使用终端预先设置GPS定位所在特定范围区域定位饮水区，当奶牛进入此区域，表明将可能有饮水趋势；预先在使用终端分别设置角度变化范围值、频率幅值范围值，三轴加速度传感器并沿时间周期监测采集奶牛颈部水平倾角变化，根据采集到的数据计算设置牛头颈水平倾角K为饮水阈值，当牛头水平倾角大于K，说明牛在低头饮水；
(3)当确定牛在饮水时，启动声音传感器、压力传感器和超声波传感器，压力传感器用以感知奶牛饮水时喉腔扩张和颈部肌肉的舒张程度，说明水正通过食管，将周期内压力感受器感知的饮水信息计算出饮水时长；所述声音传感器根据水流通过食管产生的特定声学频率获取水流的平均速度；所述超声波传感器用于牛颈部内食管测距，计算出牛只食管的直径；
(4)将声音传感器、压力传感器和超声波传感器采集到的信息传输至微处理器，并通过蓝牙传输到终端，在终端设备会建立饮水量矫正公式，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；
(5)长期监测奶牛饮水量的装置在每次数据发送时，会通过RFID电子标签获取奶牛的身份信息，RFID电子标签读写模块，与微处理器控制模块相连，将奶牛的身份信息发送至设备终端，设备终端准确的识别和确定牛只信息。
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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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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220408 |