CN115885883B - 一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及畜牧温控养殖的技术领域，具体公开了一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及方法，包括NTC温度探头、红外热成像测温摄像头、拾音器、保温灯以及处理模块；处理模块，所述处理模块分别同所述NTC温度探头、红外热成像测温摄像头、保温灯电连接，所述处理模块分别将收集的环境温度信息、红外温度信息、声音强度信息进行采集，并对每个信息设定区间阈值，每个区间阈值的组合分别对应控制保温灯的发热持续时间以及发热强度。本发明的目的在于提供一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及方法，以解决温度感知监测单一的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧温控养殖的技术领域，具体公开了一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及方法。
背景技术
畜牧养殖业是农业生产的一个重要组成部分，既能够使农民增加收益，又为人民生活提供了肉类食品，同时为食品工业提供了原料，是一非常重要的产业。
但是由于通常畜牧动物尤其是幼龄动物的御寒能力差，且高温易导致动物热应激，降低畜牧动物的生长性能，因此适宜的温度对畜牧的生长发育就显得非常重要。
针对上述情况，现有技术通常采用温控系统，实现对畜牧生产所在的环境进行温度调节的功能。畜牧动物包括猪、鸡、羊、牛等动物，例如下述的中国发明专利针对畜牧动物中的猪类公开了一种猪养殖温湿度控制系统（公开号：CN105259962A），包括检测系统和控制系统，所述检测系统包括温湿度传感器、信号调理电路、A/D转换模块、控制器、天线和无线收发模块，所述控制系统包括控制核心、电平转换模块、FPGA模块、驱动模块A、天线A和无线收发模块A，所述检测系统中，温湿度传感器依次连接信号调理电路、A/D转换模块、控制器、无线收发模块和天线；所述控制系统中，天线A依次连接无线收发模块A、控制核心、电平转换模块、A/D转换模块A和FPGA模块。
上述技术方案虽然能够实现养殖温度调节的功能，但是温度调节的判定标准仅是依靠温湿度传感器对养殖的环境进行判定，此种判定方式较为的单一，并且无法清楚准确的对猪的生理状态进行感知监测。例如当猪体表温度过低时，猪会发生颤抖的条件反射，需要适当调节环境温度升高。而现有的温控系统无法第一实现识别判断，严重影响畜牧动物的健康生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及方法，包括控制盒，所述控制盒内分别固定设有NTC温度探头、红外热成像测温摄像头、处理模块和控制模块；
NTC温度探头，用于监测养殖环境的温度，并生成对应的环境温度参数；
红外热成像测温摄像头，用于对养殖环境进行连续拍摄并生成红外感应测温图像；
控制模块，用于接收环境温度参数，并根据接收到的用户输入的工作模式信息，判断环境温度参数与预设阈值之间的差值，若环境温度参数低于预设阈值则生成升温控制信号；若环境温度参数超过预设阈值的部分超过预设警戒值，则生成高温报警信号；若环境温度参数不低于预设阈值则生成保温控制信号；
处理模块，用于在收到保温控制信号后，处理模块还用于红外感应测温图像分帧进行识别，对每一帧的红外感应测温图像提取闭合的高温轮廓信息，并标记每一个高温轮廓区域的几何中心点，对比预设时长范围内的红外感应测温图像中的几何中心点的变化情况，若存在几何中心点在竖直方向上往复运动，且往复运动的频率高于预设值，则生成升温控制信号。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：1、本技术方案通过监测环境温度、动物的体表温度，并且控制盒内设置的处理模块与控制模块，最终实现将相关结果在本地实现并实现精准温控的技术效果。
2、相比于现有技术温湿度控制系统，本技术方案能够通过视频图像红外观测感知判断畜牧动物的实时状态，在确保检测精准的基准前提下，具有更低的使用成本，能够在低成本条件具备精准检测控温的技术效果。
3、相比于传统的温控系统，本技术方案采用了多路信号的信息采集，并且综合智能判断，实现更为精准的温度控制策略。有效提高畜牧动物养殖的便捷性，提升动物生长环境的舒适度。
4、相比于传统的温控系统，本技术方案能够利用红外热成像测温摄像头以及处理模块，实现自动智能识别畜牧动物。在此基础之上还能够根据对比预设时长范围内的红外感应测温图像中的几何中心点的变化情况判读畜牧动物是否处于颤抖的状态（畜牧动物在寒冷条件下能够发生条件反射的颤抖），并且结合动物声音以及动物体表温度的综合判断，避免畜牧动物长期处于寒冷的养殖环境，最终达到精准智能温控调节的技术效果。
进一步，所述红外热成像测温摄像头的每秒显示帧数为30-90Hz。
进一步，当处理模块接收前后帧的几何中心点发生相对偏移量在1-5mm时，开始进行连续60次前后帧的几何中心点位置对比；若对比符合相对偏移量在1-5mm内出现大于30次则控制保温灯开启，若对比符合相对偏移量在1-5mm内出现小于30次则关闭保温灯。
进一步，当处理模块连续60次前后帧的几何中心点位置对比符合次数大于30次，处理模块对接收到的NTC温度探头的温度信号进行温度判定；当接收NTC温度探头的温度大于或等于18℃，处理模块控制关闭保温灯，且1min内不再进入监测模式；当接收NTC温度探头的温度低于18℃时则开启保温灯。
进一步，当接收NTC温度探头的温度低于18℃时，处理模块采集红外热成像测温摄像头的几何中心点位置处的温度信息；
当所在几何中心点区域温度小于35℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至23℃；
当所在几何中心点区域温度35℃-37℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的检测温度提升至20℃；
当所在几何中心点区域温度大于37℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至28℃，在NTC温度探头的检测温度达到28℃后，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度28-30℃范围内继续发热3h后关闭。
进一步，还包括拾音器，用于对监测养殖环境的声音强度以及音色；所述拾音器内设有微控制单元，所述微控制单元内预设有音色信息，所述微控制单元用于将所述拾音器采集的声音音色信息与预存的音色信息进行对比，并将对比信息发送至处理模块；
在NTC温度探头的检测温度达到23℃后，且处理模块接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯继续发热1h后关闭；在NTC温度探头的检测温度达到23℃后，处理模块未接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度23-28℃范围内继续发热0.5h后关闭。
进一步，还包括三轴云台，所述红外热成像测温摄像头固定于所述三轴云台自由端；所述三轴云台上设置有用于控制三轴云台动作的活动机构；
所述活动机构包括云台控制器以及控制三轴云台分别进行旋转运动、俯仰运动和横滚运动的第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机分别与云台控制器连接，所述云台控制器与所述处理模块连接；
所述云台控制器在收到升温控制信号后，控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机使所述红外热成像测温摄像头进行连续拍摄图像，并将相邻图像进行拼接成能够完整展示畜牧养殖的照片。
有益效果：本技术方案通过采用云台连续拍摄的方式，实现在监测到畜牧动物异常的情况下，通过云台连续拍摄以及拼接的方式，将畜牧养殖环境的全景照片完整拍摄，及时反馈至用户，便于用户直观判读畜牧的状态。
进一步，一种方法应用于畜牧养殖用智能保温灯控制系统的方法。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统的逻辑框架图；
图2为本发明实施例一的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统的处理模块监测模式的流程示意图；
图3为本发明实施例一的红外热成像测温摄像头的猪舍采集图像示意图；
图4为本发明实施例一的红外热成像测温摄像头的单头猪采集图像示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
基本如附图1与附图2所示：一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统及，包括控制盒，控制盒内设有NTC温度探头、拾音器、控制模块以及处理模块。还包括设置在畜牧养殖内的红外热成像测温摄像头与保温灯。
NTC温度探头，用于监测养殖环境的温度，并生成对应的环境温度电信号。NTC温度探头可选接口为2.54mm-2P杜邦母头，温度范围为-40℃-+300℃，常规（25℃）阻值10KΩ。
红外热成像测温摄像头，用于对养殖环境进行拍摄以及红外感应测温后成像，红外热成像测温摄像头的每秒显示帧数为30-90Hz。红外热成像测温摄像头可采用型号为华景康XK26E25的红外热成像测温摄像头。红外热成像测温摄像头为非制冷红外焦平面微测辐射计原理测温监控。
红外热成像测温摄像头连接有视频采集编码器。视频采集编码器用于按照预设编码格式转换红外热成像测温摄像头输出的图像数据。编码格式可采用高清晰、低码流的H.264编码格式，视频采集编码器连接处理模块。
控制模块，用于接收NTC温度探头的环境温度参数，控制模块能够由用户输入的工作模式信息，工作模式信息包括预设NTC温度探头的阈值温度以及预设阈值差值范围，预设阈值温度可选择25℃，阈值差值为7℃。并根据接收到的用户输入的工作模式信息，判断NTC温度探头的环境温度参数与预设阈值温度之间的差值，若环境温度参数低于预设阈值则生成升温控制信号（即低于18℃）；若环境温度参数超过预设阈值的部分超过预设警戒值（即高于32℃），则生成高温报警信号；若环境温度参数不低于预设阈值则生成保温控制信号（即18-32℃）。
控制模块用于在生成升温控制信号后控制保温灯启动发热，直至NTC温度探头监测的环境温度达到预设预设阈值温度后关闭保温灯。
控制模块用于在生成高温报警信号后，向用户发出高温报警信息。
处理模块用于在收到保温控制信号后，接收红外热成像测温摄像头的图像数据。处理模块内预设有图像信息。具体而言图像信息包括猪头、猪身、猪腿、猪尾等图像信息轮廓。
处理模块每间隔1分钟进行一次根据目标特征依次和图像特征的匹配并计算相似度。具体的匹配方式为将单独视频帧的图像进行缩放，直至获得与图像尺寸相同的视频帧。并且通过处理模块内预设的图像识别技术对拍摄图像同预设图像进行相似度对比。当相似度大于或等于90%，处理模块则进入监测模式，并标记同预设图像相似度一致的图像轮廓；若相似度小于90%，处理模块则退出监测模式。
保温灯，用于通电后发热发亮。保温钉可采用150W钨丝材质的铝合金灯泡。
拾音器，用于对监测养殖环境的声音强度以及音色。拾音器内设有微控制单元，微控制单元用于将拾音器采集的声音音色信息与预存的音色信息进行对比。微控制单元内预存有猪的音色信息。
处理模块还分别接收NTC温度探头、红外热成像测温摄像头、拾音器的电信号并且控制保温灯的开启及关闭。
监测模式：在监测模式内，处理模块对每一帧的红外感应测温图像提取闭合的同预设图像相似度一致的高温轮廓信息，并标记每一个高温轮廓区域的几何中心点。处理模块对每间隔1s进行一次前后的几何中心点位置对比。当几何中心点不大于1mm，且在连续记录的60次内出现不少于40次，则判定畜牧处于静止休息状态，处理模块控制退出监测模式，且10min内不再进入监测模式。具体红外采集图像如附图3、附图4所示。
当几何中心点大于或等于5mm时，则判定畜牧处于运动状态，处理模块控制退出监测模式，且3min内不再进入监测模式。
当几何中心点1-5mm，且在60次内出现大于30次，则判定畜牧处于处于颤抖状态。处理模块对接收到的NTC温度探头的温度信号进行温度判定。当接收NTC温度探头的温度大于或等于20℃，处理模块控制退出监测模式，且1min内不再进入监测模式。当接收NTC温度探头的温度低于20℃时则进入体表温度判定。
体表温度判定：处理模块采集红外热成像测温摄像头的几何中心点位置处的温度信息。
当任一所在几何中心点区域温度小于35℃时，则判定猪的体表温度过低。处理模块接收来自拾音器的微控制单元发出的电信号。处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至30℃。在NTC温度探头的检测温度达到30℃后，且处理模块接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯继续发热1h后关闭。在NTC温度探头的检测温度达到30℃后，处理模块未接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度25-30℃范围内继续发热0.5h后关闭。
当任一所在几何中心点区域温度35℃-37℃时，则判定猪的体表温度正常。处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的检测温度提升至20℃，当达到20℃时处理模块控制保温灯关闭。
当任一所在几何中心点区域温度大于37℃时，则判定猪处于异常发烧状态。处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至25℃。在NTC温度探头的检测温度达到25℃后，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度25-28℃范围内继续发热3h后关闭。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，还包括三轴云台，红外热成像测温摄像头固定于三轴云台自由端；三轴云台上设置有用于控制三轴云台动作的活动机构；
活动机构包括云台控制器以及控制三轴云台分别进行旋转运动、俯仰运动和横滚运动的第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机，第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机分别与云台控制器连接，云台控制器与处理模块连接；
云台控制器在收到升温控制信号后，控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机使红外热成像测温摄像头进行连续拍摄图像，并将相邻图像进行拼接成能够完整展示畜牧养殖的照片。
本实施例通过采用云台连续拍摄的方式，实现在监测到畜牧异常的情况下，通过云台连续拍摄以及拼接的方式，将畜牧养殖环境的全景照片完整拍摄，及时反馈至用户，便于用户直观判读畜牧的状态。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：包括控制盒，所述控制盒内分别固定设有NTC温度探头、红外热成像测温摄像头、处理模块和控制模块；
NTC温度探头，用于监测养殖环境的温度，并生成对应的环境温度参数；
红外热成像测温摄像头，用于对养殖环境进行连续拍摄并生成红外感应测温图像；
控制模块，用于接收环境温度参数，并根据接收到的用户输入的工作模式信息，判断环境温度参数与预设阈值之间的差值，若环境温度参数低于预设阈值则生成升温控制信号；
若环境温度参数超过预设阈值的部分超过预设警戒值，则生成高温报警信号；若环境温度参数不低于预设阈值则生成保温控制信号；
处理模块，用于在收到保温控制信号后，处理模块还用于红外感应测温图像分帧进行识别，对每一帧的红外感应测温图像提取闭合的高温轮廓信息，并标记每一个高温轮廓区域的几何中心点，对比预设时长范围内的红外感应测温图像中的几何中心点的变化情况，若存在几何中心点在竖直方向上往复运动，且往复运动的频率高于预设值，则生成升温控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：所述红外热成像测温摄像头的每秒显示帧数为30-90Hz。
3.根据权利要求1所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：当处理模块接收前后帧的几何中心点发生相对偏移量在1-5mm时，开始进行连续60次前后帧的几何中心点位置对比；若对比符合相对偏移量在1-5mm内出现大于30次则控制保温灯开启，若对比符合相对偏移量在1-5mm内出现小于30次则关闭保温灯。
4.根据权利要求3所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：当处理模块连续60次前后帧的几何中心点位置对比符合次数大于30次，处理模块对接收到的NTC温度探头的温度信号进行温度判定；当接收NTC温度探头的温度大于或等于18℃，处理模块控制关闭保温灯，且1min内不再进入监测模式；当接收NTC温度探头的温度低于18℃时则开启保温灯。
5.根据权利要求4所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：当接收NTC温度探头的温度低于18℃时，处理模块采集红外热成像测温摄像头的几何中心点位置处的温度信息；
当所在几何中心点区域温度小于35℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至23℃；
当所在几何中心点区域温度35℃-37℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的检测温度提升至20℃；
当所在几何中心点区域温度大于37℃时，处理模块控制保温灯开启，直至NTC温度探头的温度提升至28℃，在NTC温度探头的检测温度达到28℃后，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度28-30℃范围内继续发热3h后关闭。
6.根据权利要求5所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：还包括拾音器，用于对监测养殖环境的声音强度以及音色；所述拾音器内设有微控制单元，所述微控制单元内预设有音色信息，所述微控制单元用于将所述拾音器采集的声音音色信息与预存的音色信息进行对比，并将对比信息发送至处理模块；
在NTC温度探头的检测温度达到23℃后，且处理模块接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯继续发热1h后关闭；在NTC温度探头的检测温度达到23℃后，处理模块未接收到拾音器判断的猪叫声，处理模块控制保温灯在NTC温度探头检测温度23-28℃范围内继续发热0.5h后关闭。
7.根据权利要求1所述的一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统，其特征在于：还包括三轴云台，所述红外热成像测温摄像头固定于所述三轴云台自由端；所述三轴云台上设置有用于控制三轴云台动作的活动机构；
所述活动机构包括云台控制器以及控制三轴云台分别进行旋转运动、俯仰运动和横滚运动的第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机，所述第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机分别与云台控制器连接，所述云台控制器与所述处理模块连接；
所述云台控制器在收到升温控制信号后，控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机使所述红外热成像测温摄像头进行连续拍摄图像，并将相邻图像进行拼接成能够完整展示畜牧养殖的照片。
8.一种畜牧养殖用智能保温灯控制系统方法，其特征在于：使用了如权利要求1-6中任一项所述的应用于畜牧养殖用智能保温灯控制系统。
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