CN114617077A - 一种牛舍气象环境自动巡测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牛舍气象环境自动巡测装置，属于气象环境监测技术领域，包括自动导航车模块，高精度摄像头模块、传感器模块、计算模块以及通信模块，所述高精度摄像头模块、传感器模块、计算模块以及通信模块均安装在自动导航车模块上。本发明的有益效果是，智能自动监测牛舍气象、环境要素，省时省力、时效性强、测量精准。
Description
技术领域
本发明涉及气象环境监测技术领域，尤其涉及一种牛舍气象环境自动巡测装置。
背景技术
奶牛养殖过程中，牛舍的气象环境监测是非常重要的环节，牛舍常用气象环境监测要素包括温度、湿度、风速、光照等气象要素和氨气、硫化氢、二氧化碳等环境要素，这些要素直接影响奶牛生理情况及泌乳能力。近年来，一些大、中型奶牛场在牛舍气象环境监测方面做了一些工作，但是存在以下问题：
一是牛舍气象环境监测信息化程度低，目前很多奶牛场对牛舍气象环境的监测还在使用传统的人工监测的方式，人工监测不仅费时费力，而且缺乏时效性。由于人的精力有限，不能做到按时按点监测牛舍内的气象环境等参数。同时，人工监测还可能会存在一定的误差。并且因为奶牛体温、排泄、呼吸等关系，奶牛周围会形成小气候，对奶牛场牛舍整体的环境进行监测，不能代表局部的具体环境，无法做到精准测量，信息化程度低。
二是牛舍气象环境监测设备落后，很多奶牛场的气象环境监测设备使用的是有线设备，这不仅在施工布线的时候非常繁琐，会占用大量牛舍空间，并且维护起来比较困难，使用成本非常高昂，无法实现信息的联通，也无法实现信息智能化预测总结。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中存在的缺点，而提出的一种牛舍气象环境自动巡测装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种牛舍气象环境自动巡测装置，包括自动导航车模块，高精度摄像头模块、传感器模块、计算模块以及通信模块，所述高精度摄像头模块、传感器模块、计算模块以及通信模块均安装在自动导航车模块上；
高精度摄像头模块用于实时采集奶牛及牛舍环境的高清视频；
传感器模块用于实时对牛舍的气象环境进行监测；
计算模块用于接收高精度摄像头模块采集的高清视频，经计算后绘制奶牛活动区域热力图，及接收传感器模块采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化值；
通信模块用于将自动导航车模块行进路线、实时位置、实时状态、日志信息，及高精度摄像头模块采集到的奶牛高清图片和视频，及传感器模块监测的牛舍气象环境要素数据，和计算模块计算出的奶牛活动区域热力图、奶牛舒适度变化值回传给后台。
进一步的，自动导航车模块包括车框架，驱动单元、摄像头、导航单元和锂电池组；驱动单元设置在车框架的底部，驱动单元包含伺服电机、减速器、驱动器、悬架支撑臂、橡胶前轮、橡胶后轮，橡胶前轮通过伺服电机控制其转向，驱动器用于驱动橡胶后轮，减速器用于控制橡胶后轮的速度，橡胶前轮与橡胶后轮通过悬架支撑臂与车框架相连，摄像头安装在车框架的前端，通过不间断拍摄、采集、存储行进路线的实时图像信息，并将该信息发送给导航单元，导航单元为自动导航车模块自主导航，锂电池组为各模块供电。
进一步的，所述车框架下方设有音乐喇叭。
进一步的，所述车框架后方设有三色灯。
进一步的，所述车框架四周边棱设有安全触边。
进一步的，所述车框架上方设有急停按钮。
进一步的，所述自动导航车模块后下方设有自动充电单元。
进一步的，所述高精度摄像头模块设于自动导航车模块前部上方，所述高精度摄像头模块包括高精度摄像头，球机和补光灯，高精度摄像头用于实时采集奶牛的高清图片，球机用于采集奶牛及牛舍环境的高清视频，补光灯用于光线较暗情景下对高精度摄像头补光。
进一步的，所述传感器模块设于自动导航车模块中部上方，传感器模块包括集成传感器，风速传感器，红外热成像传感器以及声光报警器；集成传感器用于采集自动导航车模块行驶处牛舍的温度、湿度、气压、光照、噪音、氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷、PM2.5以及PM10；风速传感器用于采集自动导航车模块行驶处牛舍的风速；红外热成像传感器用于采集自动导航车模块行驶处牛群体温和牛舍建筑物温度。
更进一步的，所述计算模块位于自动导航车模块后部上方，包括热力图计算单元和奶牛舒适度计算单元；热力图计算单元用于接收高精度摄像头模块采集的奶牛高清图片和视频，红外热成像传感器监测的数据，经计算后绘制奶牛活动区域热力图；奶牛舒适度计算单元，用于接收传感器模块采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化值。
本发明的有益效果：
1、本发明研制的牛舍气象环境自动巡测装置，采用轻量化、高精度的传感器，智能自动监测牛舍气象、环境要素，省时省力、时效性强、测量精准。
2、本发明研制的牛舍气象环境自动巡测装置，传感器、摄像头均安装于AGV平台上，实现牛舍气象环境的整体监测，且能精准监测牛舍不同区域局部小气候环境。
3、本发明研制的牛舍气象环境自动巡测装置，AGV、摄像头、传感器、计算及通讯模块均依托AGV锂电池组进行供电，具备自动充电的功能，并且数据传输采用的是无线传输，不存在施工布线，维护方便、成本较低。
4、本发明研制的牛舍气象环境自动巡测装置包含的AGV模块，携带音乐喇叭，可播放奶牛喜欢的舒缓音乐，减少AGV行驶时噪音对奶牛的影响。
5、本发明研制的牛舍气象环境自动巡测装置包含的计算模块，通过对接收到的摄像头和传感器数据的计算分析，计算得出奶牛活动区域热力图和奶牛舒适度，实现了监测信息的智能总结。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明复合式导航示意图和自动充电示意图。
图3为本发明声光报警原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种牛舍气象环境自动巡测装置，包括自动导航车模块1，高精度摄像头模块2、传感器模块3、计算模块4以及通信模块5，所述高精度摄像头模块2、传感器模块3、计算模块4以及通信模块5均安装在自动导航车模块1上；
高精度摄像头模块2用于实时采集奶牛及牛舍环境的高清视频；
传感器模块3用于实时对牛舍的气象环境进行监测；
计算模块4用于接收高精度摄像头模块2采集的高清视频，经计算后绘制奶牛活动区域热力图，及接收传感器模块3采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化值；
通信模块5用于将自动导航车模块1行进路线、实时位置、实时状态、日志信息，及高精度摄像头模块2采集到的奶牛高清图片和视频，及传感器模块3监测的牛舍气象环境要素数据，和计算模块4计算出的奶牛活动区域热力图、奶牛舒适度变化值回传给后台。
自动导航车(也即AGV)模块1主体部分为车框架10，由钢板焊接而成，结实牢固；
所述自动导航车模块1车头底部为驱动单元，包含伺服电机11、减速器12、驱动器13、悬架支撑臂14、橡胶前轮15、橡胶后轮16，橡胶前轮15采用阿克曼转向，通过伺服电机11控制转向，橡胶后轮16驱动，通过减速器12控制，橡胶前轮15、橡胶后轮16通过独立悬架支撑臂14与车框架10相连。通过精确控制橡胶前轮15的转向和橡胶后轮16的转速来实现AGV前进、后退、左右拐弯等运动功能，行驶平稳、定位快速和准确。
所述自动导航车模块1车头前方设有嵌入式摄像头17，通过不间断拍摄、采集、存储行进路线的实时图像，用于导航单元18。
所述自动导航车模块1车头上方设有导航单元18，采用视觉、磁力线复合式导航，对摄像头17采集的实时图像进行AI分析，结合在监测点位打磁条、磁钉、二维码视觉引导等方式，实现AGV自主导航、精确定位、视觉避障。
所述自动导航车模块1车头下方设有音乐喇叭19，AGV运行时不间断播放奶牛喜欢的舒缓音乐，减少AGV行驶时噪音对奶牛的影响。
所述自动导航车模块1车后方设有三色灯20，在摄像头17采集到行进路线上存在作业车辆、工作人员时，触发三色灯20闪烁，指示作业车辆、工作人员注意避让。
所述自动导航车模块1四周边棱设有安全触边21，用于接触情况下的障碍物检测，检测到障碍物后紧急停车、三色灯20闪烁。
所述自动导航车模块1车上方位置设有急停按钮22，当AGV发生紧急情况的时候，工作人员可以通过快速按下急停按钮22来达到保护的措施。
所述自动导航车模块1车后下方设有锂电池组23，锂电池组23为自动导航车模块1，高精度摄像头模块2、传感器模块3、计算模块4以及通信模块5供电，锂电池组23带有BMS系统，实时监控电量、电流、温度。
所述自动导航车模块1车后下方设有自动充电单元24，用于控制AGV进行自动充电，AGV带有充电检测功能，AGV电池低于设定的阈值，自动行驶到充电站，电极接触后延3秒开始充电，防止瞬间电流过大；充电完成后自动断开，防止过充。
所述高精度摄像头模块2设于自动导航车模块1车头上方，所述高精度摄像头模块2包括高精度摄像头25，球机26和补光灯27，高精度摄像头25用于实时采集奶牛的高清图片，球机26用于采集奶牛及牛舍环境的高清视频，补光灯27用于光线较暗情景下对高精度摄像头25补光。优选的，高精度摄像头25和球机26的日夜转换模式为ICR滤片式。
所述传感器模块3设于自动导航车模块1中部上方，传感器模块3为轻量化小气候传感器模块，包括温湿度等气象要素传感器、氨气硫化氢等环境要素传感器、红外热成像等多种传感器，实时对牛舍的气象环境进行监测、分析并得到结果。
具体的，所述传感器模块3包括集成传感器28(集成传感器包含温度传感器、湿度传感器、气压传感器、光照传感器、噪音传感器、氨气传感器、硫化氢传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、PM2.5传感器、PM10传感器)，用于采集AGV行驶处牛舍的温度、湿度、气压、光照、噪音、氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷、PM2.5、PM10；
所述传感器模块3还包括风速传感器29，用于采集AGV行驶处牛舍的风速；
所述传感器模块3还包括红外热成像传感器30，用于采集AGV行驶处牛群体温和牛舍建筑物温度；
集成传感器28、风速传感器29、红外热成像传感器30采样间隔预定为间隔30秒，可调整；
集成传感器28、风速传感器29、红外热成像传感器30具有自动归零校准的功能；
所述传感器模块3还包括声光报警器31，可设置报警的阈值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷等气体浓度报警限值、PM2.5、PM10等颗粒物浓度报警限制，超过限值后立即声光报警，告知奶牛场工作人员。
所述计算模块4位于自动导航车模块1小车后部上方，所述计算模块4设有奶牛活动区域热力图计算单元32，用于接收高精度摄像头25采集的奶牛高清图片和视频，红外热成像传感器30监测的数据，经计算后绘制奶牛活动区域热力图，表征奶牛更倾向于在牛舍何处活动。
所述计算模块4还设有奶牛舒适度计算单元33，用于接收集成传感器28采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化。
所述通信模块5位于自动导航车模块1小车后部上方，用于将自动导航车模块1行进路线、实时位置、实时状态、日志信息回传给后台、同时用于将高精度摄像头模块2实时位置、实时状态、日志信息和采集到的奶牛高清图片和视频回传给后台、同时用于将传感器模块3实时位置、实时状态、日志信息和采集的数据回传给后台、同时用于将计算模块4计算出的奶牛活动区域热力图、奶牛舒适度回传给后台。
如图2所示，本实施例的一种牛舍气象环境自动巡测装置中AGV复合式导航采用视觉、磁力线复合式导航，其原理如下：
所述AGV复合式导航中视觉导航，为自动巡测装置在牛舍通道34自主匀速移动时，导航单元18对摄像头17采集的实时图像进行AI分析，避开牛舍围栏36及牛舍舍壁37，实现自动导航车模块自主导航、视觉避障。
所述AGV复合式导航中磁条线导航，为预先在牛舍通道34某些需要气象环境监测点位，打上磁条、磁钉、二维码等磁条线，形成巡测点位35，巡测点位当自动巡测装置在牛舍通道34自主匀速移动时，每到一个巡测点位35，自动准确停车进行气象环境监测，做完规定的气象环境监测的动作后，再自动往下一巡检点位前进，实现自动导航车模块精确定位。
本实施例的一种牛舍气象环境自动巡测装置中自动充电实施如下：
所述自动导航车模块自动充电单元24设有充电监测功能，当AGV电池低于设定的阈值，停止当前巡检任务，自动行驶到充电站38，电极接触后延3秒开始充电，防止瞬间电流过大；充电完成后自动断开，防止过充。
如图3所示，本实施例的一种牛舍气象环境自动巡测装置中声光报警实施原理如下：
所述传感器模块3包含温湿度等气象要素传感器、氨气硫化氢等环境要素传感器等多种传感器，实时对牛舍的气象环境进行监测、分析并得到结果。
温度传感器，用于采集牛舍的温度。
湿度传感器，用于采集牛舍的湿度。
气压传感器，用于采集牛舍的气压。
风速传感器，用于采集牛舍的风速。
光照传感器，用于采集牛舍的光照。
噪音传感器，用于采集牛舍的噪音。
氨气传感器，用于采集牛舍的氨气。
硫化氢传感器，用于采集牛舍的硫化氢。
二氧化碳传感器，用于采集牛舍的二氧化碳。
甲烷传感器，用于采集牛舍的甲烷。
PM2.5传感器，用于采集牛舍的PM2.5。
PM10传感器，用于采集牛舍的PM10。
所述声光报警器，可设置报警的阈值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷等气体浓度报警限值、PM2.5、PM10等颗粒物浓度报警限制，超过限值后立即声光报警，告知奶牛场工作人员。
本发明未作具体说明的均采用现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：包括自动导航车模块(1)，高精度摄像头模块(2)、传感器模块(3)、计算模块(4)以及通信模块(5)，所述高精度摄像头模块(2)、传感器模块(3)、计算模块(4)以及通信模块(5)均安装在自动导航车模块(1)上；
高精度摄像头模块(2)用于实时采集奶牛及牛舍环境的高清视频；
传感器模块(3)用于实时对牛舍的气象环境进行监测；
计算模块(4)用于接收高精度摄像头模块(2)采集的高清视频，经计算后绘制奶牛活动区域热力图，及接收传感器模块(3)采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化值；
通信模块(5)用于将自动导航车模块(1)行进路线、实时位置、实时状态、日志信息，及高精度摄像头模块(2)采集到的奶牛高清图片和视频，及传感器模块(3)监测的牛舍气象环境要素数据，和计算模块(4)计算出的奶牛活动区域热力图、奶牛舒适度变化值回传给后台。
2.根据权利要求1所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：自动导航车模块(1)包括车框架(10)，驱动单元、摄像头(17)、导航单元(18)和锂电池组(23)；驱动单元设置在车框架(10)的底部，驱动单元包含伺服电机(11)、减速器(12)、驱动器(13)、悬架支撑臂(14)、橡胶前轮(15)、橡胶后轮(16)，橡胶前轮(15)通过伺服电机(11)控制其转向，驱动器(13)用于驱动橡胶后轮(16)，减速器(12)用于控制橡胶后轮(16)的速度，橡胶前轮(15)与橡胶后轮(16)通过悬架支撑臂(14)与车框架(10)相连，摄像头(17)安装在车框架(10)的前端，。通过不间断拍摄、采集、存储行进路线的实时图像信息，并将该信息发送给导航单元(18)，导航单元(18)为自动导航车模块(1)自主导航，锂电池组(23)为各模块供电。
3.根据权利要求2所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述车框架(10)下方设有音乐喇叭(19)。
4.根据权利要求2所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述车框架(10)后方设有三色灯(20)。
5.根据权利要求2所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述车框架(10)四周边棱设有安全触边(21)。
6.根据权利要求2所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述车框架(10)上方设有急停按钮(22)。
7.根据权利要求2所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述自动导航车模块(1)后下方设有自动充电单元(24)。
8.根据权利要求1所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述高精度摄像头模块(2)设于自动导航车模块(1)前部上方，所述高精度摄像头模块(2)包括高精度摄像头(25)，球机(26)和补光灯(27)，高精度摄像头(25)用于实时采集奶牛的高清图片，球机(26)用于采集奶牛及牛舍环境的高清视频，补光灯(27)用于光线较暗情景下对高精度摄像头(25)补光。
9.根据权利要求1所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述传感器模块(3)设于自动导航车模块(1)中部上方，传感器模块(3)包括集成传感器(28)，风速传感器(29)，红外热成像传感器(30)以及声光报警器(31)；集成传感器(28)用于采集自动导航车模块(1)行驶处牛舍的温度、湿度、气压、光照、噪音、氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷、PM2.5以及PM10；风速传感器(29)用于采集自动导航车模块(1)行驶处牛舍的风速；红外热成像传感器(30)用于采集自动导航车模块(1)行驶处牛群体温和牛舍建筑物温度。
10.根据权利要求9所述的一种牛舍气象环境自动巡测装置，其特征在于：所述计算模块(4)位于自动导航车模块(1)后部上方，包括热力图计算单元(32)和奶牛舒适度计算单元(33)；热力图计算单元(32)用于接收高精度摄像头模块(2)采集的奶牛高清图片和视频，红外热成像传感器(30)监测的数据，经计算后绘制奶牛活动区域热力图；奶牛舒适度计算单元(33)，用于接收传感器模块(3)采集的气象环境监测数据，经计算后得到牛舍不同区域奶牛舒适度变化值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210326930.0A CN114617077A (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 一种牛舍气象环境自动巡测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210326930.0A CN114617077A (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 一种牛舍气象环境自动巡测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114617077A true CN114617077A (zh) | 2022-06-14 |
Family
ID=81904029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210326930.0A Pending CN114617077A (zh) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 一种牛舍气象环境自动巡测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114617077A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117723068A (zh) * | 2024-02-08 | 2024-03-19 | 清华大学 | 巡检无人车、视觉定位优化系统、方法、电子设备及介质 |
-
2022
- 2022-03-30 CN CN202210326930.0A patent/CN114617077A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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