CN114431848A - 一种无线水生生物监测系统及方法 - Google Patents
一种无线水生生物监测系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114431848A CN114431848A CN202210048180.5A CN202210048180A CN114431848A CN 114431848 A CN114431848 A CN 114431848A CN 202210048180 A CN202210048180 A CN 202210048180A CN 114431848 A CN114431848 A CN 114431848A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heart rate
- circuit substrate
- aquatic organism
- wireless
- early warning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 36
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims abstract description 11
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 48
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 9
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 5
- 241000238557 Decapoda Species 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 3
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 3
- 241000237891 Haliotidae Species 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N chloralodol Chemical compound CC(O)(C)CC(C)OC(O)C(Cl)(Cl)Cl QVFWZNCVPCJQOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 2
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 208000020446 Cardiac disease Diseases 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000010247 heart contraction Effects 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
- A61B5/02427—Details of sensor
- A61B5/02433—Details of sensor for infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
- A61B2503/40—Animals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
- A61B2503/42—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals for laboratory research
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Hematology (AREA)
- Alarm Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种无线水生生物监测系统及方法，该系统包括：探头电路基板、主控电路基板、供电模块、外部通信模块和终端设备。所述探头电路基板，包括红外发射单元、红外接收单元、位移检测模块和心率传感模块，用于采集水生生物血管容积在心动周期变化下的反射光信号和水生生物运动初始信号；所述主控电路基板，包括主控模块和无线通信模块；所述供电模块，用于为所述探头电路基板和主控电路基板提供电源；所述外部通信模块，用于接收所述无线通信模块传输的心率信息、位移活动信息和预警指令并输出；所述终端监控设备，用于接收、保存并显示外部通信模块输出的所述心率信息、位移活动信息和预警指令，并根据预警指令做出预设警示响应。本发明实现了水生生物活动信号的探测和运算处理的各个模块封装集成化，通过无线通信模块实现数据从水下到空气的无线实时传输，打破了传统水生生物活动信号监测“有线测量”的局限性。
Description
技术领域
本发明应用于水产养殖技术领域，具体是一种无线水生生物监测系统及方法。
背景技术
随着智慧水产养殖业的发展，水生生物的活动信号监测在水产养殖的健康评估和育种养殖中有着重要的生物学和经济学意义。现阶段，传统水生生物的活动信号监测的系统由各个有线且分立的探头传感器、滤波器和控制器等设备构成，通过有线探头连接被测生物体的方式，实现对被测生物心率和位置活动位移的测量。然而，当被测生物达到一定数量时，有线监测的方式会极大限制生物体的活动与生长。
现有水生生物的活动信号监测系统多为针对小范围水生生物实验研究，不能满足多种实际需求。水生生物的多样性导致监测系统需要更强的适应性和便携性，因此，亟待出现一种能够满足无线监测且集成度高的水生生物监测设备和系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无线水生生物监测系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种无线水生生物监测系统，包括：
探头电路基板，用于采集水生生物血管容积在心动周期变化下的反射光信号和水生生物运动初始信号，并将所述信号传输给主控电路基板；
主控电路基板，用于对所述信号进行分析处理得到水生生物的心率信息和位移活动信息，根据预设值生成异常预警指令，通过无线通信模块将所述心率信息、位移活动信息和指令发送至外部通信设备；
供电模块，用于为所述探头电路基板和主控电路基板提供电源；
外部通信模块，用于接收所述无线通信模块传输的心率信息、位移活动信息和预警指令并输出；
终端监控设备，用于接收、保存并显示外部通信模块输出的所述心率信息、位移活动信息和预警指令，并根据预警指令做出预设警示响应。
进一步的，所述探头电路基板包括：
红外发射单元，用于按预设第一采样时间对水生生物表皮或壳体正对心脏的位置发射红外光源；
红外接收单元，用于接收穿过水生生物表皮正对心脏或大血管位置的光信号；
心率传感模块,用于控制所述红外发射单元的发射功率和红外接收单元第一采样时间时长，并将所述光信号转化为电信号输出至所述主控模块；
位移检测模块，用于根据指定采样频率获得水生生物运动初始信号并传输至主控模块。
进一步的，所述主控电路基板包括：
主控模块，用于对预设采样时间的电信号和采样频率的运动初始信息进行分析处理得到水生生物的心率信息和位移活动信息，根据预设值生成异常预警指令；
无线通信模块，用于发送主控模块处理后的所述心率信息、位移活动信息和预警指令发送至外部通信设备。
进一步的，所述终端监控设备包括：
存储单元，用于存储外部通信模块所发送的心率信息和位移活动信息；
预警单元，用于根据异常预警指令在终端设备做出相应警示响应；
显示单元，用于实时显示心率信息、位移活动信息和预警结果。
进一步的，所述红外发射单元的光源至少包括一个波长大于800nm的近红外发光二极管。
进一步的，所述无线通信模块采用LoRa、ZETA、NB-IOT或Sub-1Ghz射频芯片的一种。
进一步的，一种无线水生生物监测系统，还包括：
防水壳体，用于为所述探头电路基板、主控电路基板和供电模块提供防水防护；所述防水壳体包括：壳体和防水组件，所述壳体面向水生生物的底面设置有凹槽，用于插置探头电路基板有红外发射单元与所述红外接收单元分布的第一表面；所述防水组件可以包括防水胶、防护盖和防水橡圈。
一种无线水生生物监测方法，包括以下步骤：
(1)采集预设第一采样时间的水生生物血管容积在心动周期变化下的反射光信号和预设采样频率的运动初始信号；
(2)对第一采样时间的所述反射光信号做预处理，对预设采样频率的运动初始信号做分析处理；
(3)判断反射光信号是否达到检测阈值且所述第一心率曲线的波峰或波谷的个数是否大于2，若是，则计算水生生物心率平均值，若否，则生成佩戴异常预警；
(4)判断所述水生生物心率平均值是否满足预设心率上下限值，若否，则生成心率异常预警。
(5)发送水生生物心率信息、位移信息和异常预警指令至外部通信模块；
(6)输出外部通信模块传输的心率信息、位移活动信息和预警结果。
进一步的，所述反射光信号由探头电路基板垂直紧贴水生生物表皮或者壳体的正对心脏位置获得。
进一步的，所述预处理采样信号的步骤包括：将第一采样时间的所述反射光信号转换成电信号，所述电信号生成随时间变化的曲线信号，根据波峰波谷的阈值对所述曲线信号做平滑滤波处理，滤除不满足要求的波峰和波谷以获得滤波后的第一心率曲线。
进一步的，所述运动初始信号分析处理的步骤包括：对运动初始信号各个方向轴的加速度和姿态角做滤波积分等处理，结合不同姿态的数据变化特征以得到位移活动信息。
进一步的，所述波峰波谷的阈值可以预先设置或者根据实时信号进行设定。
进一步的，用于判断所述水生生物心率平均值的预设上下限值，是依据被测水生生物正常环境下的心率范围设定。
进一步的，所述心率异常预警分为多个预先设定的等级。
本发明采用以上技术方案，具有以下有益效果：
(1)淡水和海水电磁波信号衰减相对于空气中更大，电磁波波长越大衰减越多。通过采用百兆赫兹级别的射频芯片通信模块，可以实现水中的无线通信，将探头电路基板和主控模块处理后的水生生物活动信号传输至外部通信模块，一方面可以保证水下通信的还原度，另一方面成功克服了传统无线水生生物监测设备“有线测量”的局限性，实现了远程监控生物体的活动状态。
(2)本发明的无线水生生物监测设备、系统，集采集、分析和发送鲍鱼心率信号的探头电路基板、主控电路基板和防水组件于一体，体积小且方便测量携带，相对于传统检测设备的成本降低了多个量级。
(3)本发明采用PPG(Photoplethysmography)光电容积描记法检测水生生物心率。现阶段有多种水生生物心率检测的方法，主要包括电极式入侵法、多普勒检测法、光电容积描记法等。其中，电极式入侵法采用电极植入动物心脏表皮的方式，在心脏收缩期间，动物血管中的阻抗发生周期性变化，经过一系列信号处理实现心率测量；多普勒检测法采用多普勒超声检测的方式，捕捉动物血管随心脏跳动的声音变化，需要采用入侵式方式或对可见血管的水生生物进行检测，如鲍鱼、螃蟹等无脊椎水生生物则不适用；PPG光电容积描记法采用反射光学传感器粘附于研究被测生物心脏上方的外表皮或外壳表面，在心脏收缩期间，反射会的红外线产生循环周期变化，从而实现心率测量。相比之下，电极式入侵法具有需要破坏被测生物的壳体或者表皮的缺点，多普勒检测法具有不支持不透明壳体生物的心率测量的局限性，因此本发明采用PPG光电容积描记法来检测水生生物的心率，该方法具有无创、物种适用性广等特点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：
图1为本发明实施例的无线水生生物监测设备的原理框图；
图2为本发明实施例一的有线充电无线水生生物监测设备的结构示意图；
图3为本发明实施例一的有线充电无线水生生物监测设备的结构拆解示意图；
图4为本发明实施例二的无线充电无线水生生物监测设备的结构示意图；
图5为本发明实施例二的无线充电无线水生生物监测设备的结构拆解示意图；
图6为本发明实施例的无线水生生物监测系统原理框图；
图7为本发明水生生物监测方法以监测鲍鱼为例的一个实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本发明一个实施例的无线水生生物监测设备的原理框图，该无线水生生物监测设备可以包括：探头电路基板001、主控电路基板002、供电模块003和防水壳体004。其中，探头电路基板001与主控电路基板002连接，用于将预设的第一采样时间和采样频率获取水生生物的心率光信号和运动位移信号传输给主控电路基板002；主控电路基板002连接探头电路基板001和供电模块003，用于分析处理探头电路基板001传输来的反射光信号和水生生物运动位移信号，以获得水生生物的心率信息、运动位移信息和预警信息；供电模块003通过与主控电路基板002连接，为探头电路基板001和主控电路基板002供电；所述防水壳体004，将探头电路基板001、主控电路基板002和供电模块003封装密封，为它们提供防水防护。
本发明的实施例应用于监测鲍鱼、螃蟹、虾类等带壳的水生生物时，考虑到所述生物壳体具有一定的材料结构需要对光的穿透性有较高的需求，如鲍鱼壳珍珠层存在规则的“叠层砖-泥”结构。考虑到光属于电磁波的一种，当波长越长时，衍射能力越长，穿过这种类似于“叠层砖-泥”结构的能力就越强，故采用近红外光光源用于PPG心率采集。
在实施例中，探头电路基板001的第一表面，红外发射单元101采用一个或多个950nm波长的红外贴片发光二极管，红外接收单元102采用型号为VEMD5080X01的高速硅PIN光电二极管，VEMD5080X01的感应光的峰值波长在950nm，可以得到较优信噪比的反射光信号；在探头电路基板001的第二表面，心率传感模块103采用MAX86141型号芯片，可以用于控制红外发射单元101与红外接收单元102工作的预设第一采样时间、发射功率、处理数据转换和数据传输工作；位移检测模块104采用MPU6050六轴传感器实现对水生生物活动的加速度和姿态角数值的捕获。主控模块201的控制处理单元可以采用微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或者数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)控制器等；无线通信模块202采用LoRa通信模块，选用射频芯片SX1276、SX1277、SX1278或SX1301中的一种。
在具体实施中，将探头电路基板001带有红外发射单元101和红外接收单元102的表面隔着防水壳体004与水生生物表皮或壳体正对心脏的位置贴合，贴合材料采用蓝丁胶、米粒磁铁、胶水等。红外发射单元101的贴片发光二极管根据心率传感模块103的第一电流驱动信号生成脉冲发射光信号垂直摄入佩戴部位，红外接收单元102与红外发射单元101以1mm的间隔中心对称分布在探头电路基板001的第一表面，心率传感模块103使能红外接收单元102捕获透过被测生物心脏血管反射生成反射光信号，由于被测生物的组织对光的反射值是一个固定值，而心脏和血管随着脉搏容积的变化对光的反射值是一直变化的，且变化规律和心率变化一致，即反射光信号强度变化可以视作被测水生生物的心率。
主控电路基板002内主控模块201的第一数据输入输出端通过SPI协议接收心率传感模块103获得的第一采样时间时长的电信号，主控模块201将第一采样时间时长的电信号做平滑滤波处理生成第一心率曲线输出信号。通过对第一心率曲线输出信号的波峰和波谷做计算处理和预设心率预警阈值判断，便可以获得心率信号平均值第二输出信号、佩戴异常预警第三输出信号和心率异常预警第四输出信号。
主控电路基板002内主控模块201的第二数据输入输出端通过IIC协议接收位移检测模块104获得的各个空间方位加速度和姿态角，对原始的运动数据进行滤波及积分等处理后,结合不同姿态的数据变化特征,便可以生成水生生物位移活动信息第五输出信号，实现运动距离的统计分析。
以上分析处理后的信号通过主控模块201的第三数据输入输出端输出至无线通信模块202，再经无线通信模块202的射频芯片将所述信号生成无线发送信号发送至外部通信接收设备。
图2和图3分别为本发明实施例一的有线充电无线水生生物监测设备的结构示意图和结构拆解示意图。如图2、3所示，无线水生生物监测设备包括探头电路基板001、主控电路基板002、供电模块003和防水壳体004，其特点在于，防水壳体004包括第一腔体401和第二腔体402，在所述第一腔体401面向被测生物的底面上设置有凹槽411，设备主体1的探头电路基板001的第一表面朝向凹槽411插置，主控电路基板002叠放于探头电路基板001的第二表面，通过FPC柔性排线501进行连接，第一腔体401内的探头电路基板001和主控电路基板002，通过防水胶、防水橡圈403配合防护盖404进行固定和密封，所述第一腔体401顶面的防护盖404设置供电通道414，用于为供电模块003连接主控电路基板002提供桥梁；所述防护盖404上表面安置所述供电模块003，防护盖404与第一腔体401通过防水橡圈紧扣螺丝进行密封，防护盖404与第二腔体402的盖体通过防水橡圈403、转轴424和螺丝连为一体。在实施例一中，无线水生生物监测设备采用电池可拆卸或有线充电的方式为供电模块003供电，
图4和图5分别为本发明实施例二的无线充电无线水生生物监测设备结构示意图和结构拆解示意图。如图4、5所示，本实施例的设备在上述实施例一的基础上作出进一步配置，在实施例二中，无线水生生物监测设备的防水壳体004仅设置一个腔体401，在腔体401面向鲍鱼壳的底面上设置有凹槽411，设备主体1的探头电路基板11的第一表面朝向凹槽411插置，主控电路基板002和供电模块003依次叠放于探头电路基板11之上，整个防水壳体004通过防水橡圈403和防护盖404进行密封。在实施例二中，所述供电模块003采用无线磁吸或太阳能的方式充电，该结构具有更好的防水性能。
图6为本发明示出的一个实施例的无线水生生物监测系统原理框图，其中探头电路基板001、主控电路基板002、供电模块003和防水壳体004与图1所示的内容相同，在此不做赘述。在本实施例中，无线水生生物监测系统还包括外部通信模块005和终端监控设备006，外部通信模块005可以包括网关501和路由器502，终端监控设备006可以为电脑、手机等支持数据通信和存储的智能设备。所述终端设备006包括：数据存储单元601、预警单元602和显示单元603。其中：
网关501，用于接收无线通信模块202的射频芯片无线传输的心率信息、位移活动信息和预警指令；
路由器502，用于将网关41的数据传输至终端设备的第三数据输入输出接口；
数据存储单元601，使用终端设备的本地磁盘或MySQL数据库存储第一采样时长的心率信息和指定采样频率的位移活动信息；
预警单元602，用于根据佩戴异常预警第三输出信号和心率异常预警第四输出信号的异常预警指令在终端设备做出相应警示响应，所述警示选用显示、音频播报等方式，或其任意组合。
显示单元603，用于实时显示被测水生生物的心率信息和位移活动信息。
本实施例的外部通信模块005和终端设备006的通信方式也可以简化为：网关501通过串口通信的方式与终端设备006的通信接口直接连接。
图7为本发明实施例提供的以监测鲍鱼为例的水生生物监测方法的流程示意图，所述方法可以由图6的无线水生生物监测系统执行，如图7所示，所述方法包括：
步骤S1：监测设备探头模块采集预设第一采样时间的鲍鱼心率变化电信号和预设采样频率的运动初始信号；
具体的，在本发明所述实施例中，所述第一采样时间的采样时长，考虑到鲍鱼正常环境下的心率范围30-90次/分钟，取第一采样时间的采样时长大于10s以确保后续处理能统计到心率曲线的波峰波谷信号，所述鲍鱼心率变化的电信号由图1的探头电路基板001贴合鲍鱼心脏正对位置静置获得。
在本发明所述实施例中，所述运动初始信号由六轴芯片MPU6050获得，该芯片可设置8位无符号值采样速率分频寄存器SMPLRT_DIV和陀螺仪输出频率，在数字低通滤波器禁用的情况下，陀螺仪输出频率取8KHz，根据公式：采样频率＝陀螺仪输出频率/(1+采样速率分频器SMPLRT_DIV)，便可以获得用于获取鲍鱼运动初始信号的采样频率。
步骤S2：对第一采样时间的鲍鱼心率变化电信号做预处理，对预设采样频率运动初始信号做滤波积分等处理；
具体的，在本发明的实施例中，在时域的情况下，所述预处理心率采样信号的步骤包括：将心率采样电信号生成心率曲线，根据波峰波谷的阈值对所述心率曲线做平滑滤波处理以滤除不满足要求的波峰和波谷，滤波后的心率曲线。
其中，波峰波谷的阈值可以预先设置或者根据实时信号进行设定，例如：波峰的阈值可以设置为k1*第一采样时件内的波峰幅值平均值,波谷的阈值可以设置为k2*第一采样时件内的波谷幅值平均值,其中系数k1，k2根据实际情况设定，可设置如1，2等值。如果第一采样时间内的波峰幅值大于该时间段内的波峰幅值，则去除该波峰，如果第一采样时间内的波谷幅值小于该时间段内的波峰幅值，则去除该波谷。
步骤S3、S401、S402：判断反射光信号是否达到检测阈值且所述第一心率曲线的波峰或波谷的个数是否大于2，若是，则计算水生生物心率平均值，若否，则生成佩戴异常预警；
具体的，监测设备接收的反射光的数值随着与被测鲍鱼的距离接近而增强，在本发明实例中，用于判断反射光信号的检测阈值根据实际检测情况设定。
鲍鱼心率值的计算根据波峰波谷的个数设定，以依据波峰个数为例，鲍鱼心率值根据计算公式为：
鲍鱼心率平均值HR＝(第一采样时间内波峰个数N/采样时间)×60
其中，上述采样时间为第一采样时间内第一个波峰和最后一个波峰对应的时间差值。同理可根据第一采样时间内的波谷个数统计鲍鱼心率平均值。
无线水生生物监测设备佩戴异常有两种情况，第一种情况在于探头电路基板的探头与鲍鱼壳黏贴掉落，环境光远大于表征鲍鱼心率的反射光，所采集到的电信号画出的曲线为无满足波峰波谷要求的环境光直线；第二种情况为探头电路基板没有对准鲍鱼心脏位置，导致反射的红外光难以捕获到鲍鱼心脏和血管随着脉搏容积的变化，此时反射光呈现一个数值不变的光饱和的状态。
步骤S5、S6：判断所述鲍鱼心率平均值是否满足预设心率上下限值，若否，则生成心率异常预警；
在本发明的实施例中，所述预设预警心率上下限值依据鲍鱼正常环境下的心率范围设定为过低、低、正常、高五个档次。鲍鱼的心率取值范围在正常生长环境下为30-80次/分钟，当温度过高或鲍鱼处于干燥等恶劣环境时，鲍鱼的心率会出现明显降的趋势，直至降低至15-30次/分钟的范围，甚至心率出现波形紊乱无法计数的情况。其中，心率紊乱会引起鲍鱼一次心跳时出现两个至多个波峰，导致计算统计鲍鱼的心率值高于正常范围。对应地，当计算的鲍鱼心率平均值小于15次/分钟的范围，则输出“心率过低”严重警告信号；当鲍鱼心率平均值处于15-30次/分钟的范围时，输出“心率低”的提示信号；当鲍鱼心率平均值处于30-80次时，输出“心率正常”的信号；当处于大于80次/分钟时，输出“心率高”的严重警告信号。
步骤S7：监测设备的无线传输模块发送鲍鱼心率信息、位移信息和异常预警指令至网关；
在本发明实例中，终端设备输出的鲍鱼心率信息、位移信息和异常预警为上述步骤S1-S6生成，每一帧数据设指定的无线传输协议，待射频芯片读取数据长度、CRC校验后发送至外部网关接收，进入下一次数据长度读取前再进入延迟等待。
步骤S8：终端设备输出网关传输的心率信息、位移活动信息和预警结果。
在本发明实例中，终端设备输出网关传输的心率信息、位移活动信息和预警结果具体包括：第一采样时间时长的心率曲线，鲍鱼信息平均值，空间位移偏移值、角度偏移值、佩戴异常预警信号和心率异常预警信号，输出方式可以通过显示、音频播报等方式，或其任意组合。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种无线水生生物监测系统，其特征在于，其具体包括：
探头电路基板，用于采集水生生物血管容积在心动周期变化下的反射光信号和水生生物运动初始信号；
主控电路基板，用于接收所述探头电路基板的输出信号得到水生生物的心率信息和位移活动信息，并生成异常预警指令；
供电模块，用于为所述探头电路基板和主控电路基板提供电源；
外部通信模块，用于接收所述无线通信模块传输的心率信息、位移活动信息和预警指令并输出；
终端监控设备，用于接收、保存并显示外部通信模块输出的所述心率信息、位移活动信息和预警指令，并根据预警指令做出预设警示响应。
2.根据权利要求1所述的一种无线水生生物监测系统，其特征在于：所述探头电路基板包括：
红外发射单元，用于对水生生物表皮或壳体正对心脏的位置发射红外光源；
红外接收单元，用于接收穿过水生生物表皮正对心脏或大血管位置的光信号；
心率传感模块，用于控制所述红外发射单元的发射功率和红外接收单元采样时长，并将红外接收单元接收对光信号转化为电信号输出至主控电路基板；
位移检测模块，用于根据指定采样频率获得水生生物运动初始信号并传输至主控电路基板。
3.根据权利要求1所述的一种无线水生生物监测系统，其特征在于：所述主控电路基板包括：
主控模块，用于对电信号和采样频率的运动初始信号进行分析处理得到水生生物的心率信息和位移活动信息，根据预设值生成异常预警指令；
无线通信模块，用于发送主控模块处理后的所述心率信息、位移活动信息和预警指令发送至外部通信设备。
4.根据权利要求1所述的一种无线水生生物监测系统，其特征在于：所述终端监控设备包括：
存储单元，用于存储外部通信模块所发送的心率信息和位移活动信息；
预警单元，用于根据异常预警指令在终端设备做出相应警示响应；
显示单元，用于实时显示心率信息、位移活动信息和预警结果。
5.根据权利要求1所述的一种无线水生生物监测系统，其特征在于：还包括：
防水壳体，用于为所述探头电路基板、主控电路基板和供电模块提供防水防护；所述防水壳体包括：壳体和防水组件，所述壳体面向水生生物的底面设置有凹槽，用于插置探头电路基板有红外发射单元与所述红外接收单元分布的第一表面；所述防水组件可以包括防水胶、防护盖和防水橡圈。
6.一种无线水生生物监测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)采集预设第一采样时间的水生生物血管容积在心动周期变化下的反射光信号和预设采样频率的运动初始信号；
(2)对第一采样时间的所述反射光信号做预处理，对预设采样频率的运动初始信号做分析处理；
(3)判断反射光信号是否达到检测阈值且所述第一心率曲线的波峰或波谷的个数是否大于2，若是，则计算水生生物心率平均值，若否，则生成佩戴异常预警；
(4)判断所述水生生物心率平均值是否满足预设心率上下限值，若否，则生成心率异常预警。
(5)发送水生生物心率信息、位移信息和异常预警指令至外部通信模块；
(6)输出外部通信模块传输的心率信息、位移活动信息和预警结果。
7.根据权利要求6所述的一种无线水生生物监测方法，其特征在于：
所述步骤(2)中反射光信号做预处理具体包括：将第一采样时间的所述反射光信号转换成电信号，所述电信号生成随时间变化的曲线信号，根据波峰波谷的阈值对所述曲线信号做平滑滤波处理，滤除不满足要求的波峰和波谷以获得滤波后的心率曲线。
8.根据权利要求6所述的一种无线水生生物监测方法，其特征在于：
所述步骤(2)中运动初始信号做分析处理具体包括：对运动初始信号各个方向轴的加速度和姿态角做滤波积分处理，结合不同姿态的数据变化特征以得到位移活动信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210048180.5A CN114431848A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种无线水生生物监测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210048180.5A CN114431848A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种无线水生生物监测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114431848A true CN114431848A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81368178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210048180.5A Pending CN114431848A (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 一种无线水生生物监测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114431848A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036490A2 (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | 케이티메드 주식회사 | 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트 |
| CN203396710U (zh) * | 2013-07-12 | 2014-01-15 | 江苏广陵长江系家鱼原种场 | 鱼类行为监测预警装置 |
| US20160213317A1 (en) * | 2013-09-30 | 2016-07-28 | Neal T. RICHARDSON | Wireless non-invasive animal monitoring system and related method thereof |
| CN105997035A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-10-12 | 深圳欧德蒙科技有限公司 | 一种非接触式心率测量方法及系统 |
| EP3339856A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-27 | Jihoceska Universita V Ceskych Budejovicich | Method for ethological monitoring of crayfish and system for this method |
| CN109199355A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-15 | 深圳和而泰数据资源与云技术有限公司 | 心率信息检测方法、装置和检测设备 |
| US20210148881A1 (en) * | 2019-11-19 | 2021-05-20 | Battelle Memorial Institute | Aquatic Organism Monitoring Devices and Aquatic Organism Monitoring Methods |
| US20210267472A1 (en) * | 2018-07-12 | 2021-09-02 | Technion Research & Development Foundation Limited | Heart rate variability analysis in mammalians |
| CN113598725A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 上海竑宇医疗科技有限公司 | 可穿戴宠物无线健康监护系统 |
| CN113827185A (zh) * | 2020-06-23 | 2021-12-24 | 华为技术有限公司 | 穿戴设备佩戴松紧程度的检测方法、装置及穿戴设备 |
-
2022
- 2022-01-17 CN CN202210048180.5A patent/CN114431848A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036490A2 (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | 케이티메드 주식회사 | 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트 |
| CN203396710U (zh) * | 2013-07-12 | 2014-01-15 | 江苏广陵长江系家鱼原种场 | 鱼类行为监测预警装置 |
| US20160213317A1 (en) * | 2013-09-30 | 2016-07-28 | Neal T. RICHARDSON | Wireless non-invasive animal monitoring system and related method thereof |
| CN105997035A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-10-12 | 深圳欧德蒙科技有限公司 | 一种非接触式心率测量方法及系统 |
| EP3339856A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-27 | Jihoceska Universita V Ceskych Budejovicich | Method for ethological monitoring of crayfish and system for this method |
| US20210267472A1 (en) * | 2018-07-12 | 2021-09-02 | Technion Research & Development Foundation Limited | Heart rate variability analysis in mammalians |
| CN109199355A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-15 | 深圳和而泰数据资源与云技术有限公司 | 心率信息检测方法、装置和检测设备 |
| US20210148881A1 (en) * | 2019-11-19 | 2021-05-20 | Battelle Memorial Institute | Aquatic Organism Monitoring Devices and Aquatic Organism Monitoring Methods |
| CN113827185A (zh) * | 2020-06-23 | 2021-12-24 | 华为技术有限公司 | 穿戴设备佩戴松紧程度的检测方法、装置及穿戴设备 |
| CN113598725A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-05 | 上海竑宇医疗科技有限公司 | 可穿戴宠物无线健康监护系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M. H. DEPLEDGE，B. B. ANDERSEN: "A COMPUTER-AIDED PHYSIOLOGICAL MONITORING SYSTEM FOR CONTINUOUS, LONG-TERM RECORDINGOF CARDIAC ACTIVITY IN SELECTED INVERTEBRATES", 《CAMP. BIOCHEM. PHYSIOL.》, vol. 96, no. 4, pages 473 - 477 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11903700B2 (en) | Vital signs monitoring systems and methods | |
| JP2020513876A (ja) | 健康状態をモニタリングするシステムおよび方法 | |
| US20210148881A1 (en) | Aquatic Organism Monitoring Devices and Aquatic Organism Monitoring Methods | |
| US20080249379A1 (en) | Integrated heart monitoring device and method of using same | |
| CN100462046C (zh) | 疲劳工作在线预警系统及其预警方法 | |
| US20110208010A1 (en) | Motion energy harvesting with wireless sensors | |
| CN107157492A (zh) | 一种嵌入式人体生理信息无创检测系统及数据处理方法 | |
| CN102370496A (zh) | 一种基于压电薄膜传感器的胎心音监测仪 | |
| CN109464134B (zh) | 脉搏监测装置及系统 | |
| CN102293640A (zh) | 血氧、血压和心电测量一体机 | |
| CN108605860A (zh) | 牲畜咀嚼检测装置及智能牧场管理系统 | |
| CN106344041A (zh) | 一种血氧仪及血氧监测方法 | |
| CN111265200A (zh) | 可穿戴式生理信号检测装置及检测方法 | |
| CN106510666A (zh) | 一种智能指环 | |
| CN109044343B (zh) | 一种鱼类实时心电微型化采集方法及装置、系统 | |
| CN109222959B (zh) | 一种鱼类心电实时采集系统及水环境监测方法、系统 | |
| CN216257099U (zh) | 智能穿戴耳夹式数据采集装置 | |
| CN114431848A (zh) | 一种无线水生生物监测系统及方法 | |
| CN206491806U (zh) | 带警报的连续血氧饱和度心率监测戒指 | |
| CN201070353Y (zh) | 疲劳工作在线预警系统 | |
| CN203815439U (zh) | 一种用于检测人体节律振动的传感器 | |
| CN214906862U (zh) | 一种基于柔性pvdf压电薄膜的胎心监测仪 | |
| CN206641854U (zh) | 一种血氧仪 | |
| CN201227282Y (zh) | 基于Zigbee的穿戴式无线心音信号监护模块 | |
| CN216257129U (zh) | 智能穿戴手指数据采集装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |