CN203719670U - 奶牛计步器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种奶牛计步器，包括三维加速度传感器、ZIGBEE芯片、ZIGBEE无线发射装置、射频无线发射装置、ZIGBEE天线及射频天线；所述三维加速度传感器连接所述ZIGBEE芯片，所述ZIGBEE芯片分别连接所述ZIGBEE无线发射装置和射频无线发射装置，所述ZIGBEE无线发射装置连接所述ZIGBEE天线，所述射频无线发射装置连接所述射频天线。本实用新型提供的奶牛计步器，能够精确记录奶牛的运动量，从而对奶牛的生理状态进行辅助判断。

Description

奶牛计步器

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，特别是指一种奶牛计步器。

背景技术

通常情况下，奶牛饲养场中的奶牛都是成群饲养，为了奶牛的繁殖，需要时刻注意奶牛的生理状况，以便及时发现正处于发情期的奶牛并使其尽快进行交配，从而提高奶牛繁殖效率。现有技术中，通常是依靠饲养员的经验来判断奶牛是否处于发情期，有时并不能及时发现某一头奶牛正处于发情期，从而错失了奶牛的交配良机，也同时降低了奶牛繁殖效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种奶牛计步器，能够精确记录奶牛的运动量，从而对奶牛的生理状态进行辅助判断，提高奶牛繁殖效率。

基于上述目的本实用新型提供的一种奶牛计步器，包括三维加速度传感器、ZIGBEE芯片、ZIGBEE无线发射装置、射频无线发射装置、ZIGBEE天线及射频天线；所述三维加速度传感器连接所述ZIGBEE芯片，所述ZIGBEE芯片分别连接所述ZIGBEE无线发射装置和射频无线发射装置，所述ZIGBEE无线发射装置连接所述ZIGBEE天线，所述射频无线发射装置连接所述射频天线。

在一些实施方式中，所述计步器还包括电源及电源控制装置，用于为所述计步器稳定供电。

在一些实施方式中，所述电源为锂电池，所述电源控制装置包括正电压稳压器、第十一电容、第十二电容、第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容、第二十五电容；所述锂电池正极连接正电压稳压器的电源输入端，同时正电压稳压器的电源输入端经并联的第十一电容和第十二电容接地，所述锂电池负极接地；正电压稳压器的输出端为所述计步器中其他器件供电，且正电压稳压器的输出端经并联的第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容及第二十五电容接地；正电压稳压器的接地端接地。

在一些实施方式中，所述ZIGBEE芯片型号为STM32W108CB，所述三维加速度传感器的型号为LIS302DL；所述正电压稳压器的输出端连接三维加速度传感器的电源端、I/O引脚电源端，并经第六电阻连接三维加速度传感器的SPI使能端；三维加速度传感器的第一惯性中断端和第二惯性中断端分别连接ZIGBEE芯片的第六数字I/O端和第五数字I/O端；三维加速度传感器的I2C串行数据端和I2C串行时钟端分别连接ZIGBEE芯片的第二数字I/O端和第一数字I/O端。

在一些实施方式中，所述ZIGBEE无线发射装置包括石英晶体振荡器、第二电阻、第五电容及第六电容；所述ZIGBEE芯片的第一晶体振荡器I/O端和第二晶体振荡器I/O端分别连接并联的石英晶体振荡器和第二电阻的两端，并分别经第五电容和第六电容接地。

在一些实施方式中，所述射频无线发射装置包括三极管、第三电阻、第四电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十电容、第一二极管及稳压二极管；射频无线发射装置的接口端连接所述ZIGBEE芯片的第三数字I/O端；所述接口端经第三电阻连接三极管的基极，三极管的集电极经依次串联的第十二电阻、稳压二极管、第九电阻和第十电容接地，同时经依次串联的第十电阻和第十一电阻接地，同时还经串联的第十电阻和第一二极管连接所述正电压稳压器的输出端；所述三极管的基极和发射极之间连接第四电阻，同时所述发射极接地。

在一些实施方式中，所述射频天线包括X轴天线、Y轴天线和Z轴天线。

在一些实施方式中，所述X轴天线包括第三电感L3、第二十六电容C26、第三十二电容C32、第一二极管组D4和第二二极管组D7；所述第一二极管组D4和第二二极管组D7分别连接并联的第三电感L3、第二十六电容C26和第三十二电容C32的两端；

所述Y轴天线包括第四电感L4、第三十电容C30、第三十三电容C33、第三二极管组D5和第四二极管组D8；所述第三二极管组D5和第四二极管组D8分别连接并联的第四电感L4、第三十电容C30和第三十三电容C33的两端；

所述Z轴天线包括第五电感L5、第三十一电容C31、第三十四电容C34、第五二极管组D6和第六二极管组D9；所述第五二极管组D6和第六二极管组D9分别连接并联的第五电感L5、第三十一电容C31和第三十四电容C34的两端。

在一些实施方式中，所述计步器还包括存储装置，所述存储装置包括串行非易失性存储器、第十三电阻和第十四电阻；串行非易失性存储器的电源端连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的串行数据地址端连接所述ZIGBEE芯片的第十三数字I/O端，同时经第十四电阻连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的串行时钟端连接所述ZIGBEE芯片的第十二数字I/O端，同时经第十三电阻连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的其他引脚接地。

在一些实施方式中，所述计步器还包括发光单元，所述发光单元包括第一发光二极管、第二发光二极管、第十五电阻和第十六电阻；所述ZIGBEE芯片的第十九数字I/O端经串联的第十六电阻和第二发光二极管接地；所述ZIGBEE芯片的第二十数字I/O端经串联的第十五电阻和第一发光二极管接地。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的奶牛计步器，通过采用三维加速度传感器，确保每个方向的运动量都能被记录，并同时采用了Zigbee模式和射频模式两种无线通讯模式，使得计步器可以从短距离和长距离两种距离均能发射出计步数据；从而在较大活动范围内均能准确采集奶牛的计步信息。

进一步的，供电电源可仅采用内置一个一次性锂电池，并同时采用超低功耗设计和特殊的电源控制技术，其工作寿命可以达到10年。

较佳的，射频天线采用XYZ轴天线，使得计步器能够发送来自各方向的计步信息。

附图说明

图1为本实用新型提供的奶牛计步器实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中三维加速度传感器的电路示意图；

图3为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中ZIGBEE芯片的电路示意图；

图4为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中电源及电源控制装置的电路示意图；

图5为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中存储装置的电路示意图；

图6为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中射频无线发射装置的电路示意图；

图7为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中发光单元的电路示意图；

图8为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中射频天线的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

参照附图1，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例的结构示意图。

所述奶牛计步器100，包括三维加速度传感器101、ZIGBEE芯片102、ZIGBEE无线发射装置103、射频无线发射装置104、ZIGBEE天线107及射频天线108；所述三维加速度传感器101连接所述ZIGBEE芯片102，所述ZIGBEE芯片102分别连接所述ZIGBEE无线发射装置103和射频无线发射装置104，所述ZIGBEE无线发射装置103连接所述ZIGBEE天线107，所述射频无线发射装置104连接所述射频天线108。

进一步的，所述计步器100还包括电源106及电源控制装置105，用于为所述计步器100稳定供电。

参照附图4，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中电源及电源控制装置的电路示意图。

较佳的，所述电源106为锂电池BT1，所述电源控制装置105包括正电压稳压器U4、第十一电容C11、第十二电容C12、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十五电容C25；所述锂电池BT1正极连接正电压稳压器U4的电源输入端VIN，同时正电压稳压器U4的电源输入端VIN经并联的第十一电容C11和第十二电容C12接地，所述锂电池BT1负极接地；正电压稳压器U4的输出端VOUT为所述计步器100中其他器件供电，且正电压稳压器U4的输出端VOUT经并联的第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23及第二十五电容C25接地；正电压稳压器U4的接地端接地。

所述正电压稳压器U4，优选的采用TOREX公司XC6206产品，在输出电流较大的情况下，输入输出压差也能很小；为奶牛计步器能够长时间稳定运行而且最大限度的使用电池提供了可靠的保证。

参照附图2和附图3，分别为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中三维加速度传感器的电路示意图和ZIGBEE芯片的电路示意图。

较佳的，所述ZIGBEE芯片102（图3中附图标记为U2）的型号为STM32W108CB，所述三维加速度传感器101的型号为LIS302DL；所述正电压稳压器U4的输出端VOUT（即为计步器中其他器件的供电端VCC）连接三维加速度传感器101的电源端Vdd、I/O引脚电源端Vdd_IO，并经第六电阻R6连接三维加速度传感器101的SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）使能端CS；三维加速度传感器101的第一惯性中断端INT1和第二惯性中断端INT2分别连接ZIGBEE芯片102的第六数字I/O端PA5和第五数字I/O端PA4；三维加速度传感器101的I2C串行数据端SDA和I2C串行时钟端SCL分别连接ZIGBEE芯片102的第二数字I/O端PA1和第一数字I/O端PA0。

可选的，所述ZIGBEE无线发射装置103包括石英晶体振荡器X1、第二电阻R2、第五电容C5及第六电容C6；所述ZIGBEE芯片102的第一晶体振荡器I/O端OSCA和第二晶体振荡器I/O端OSCB分别连接并联的石英晶体振荡器X1和第二电阻R2的两端，并分别经第五电容C5和第六电容C6接地。

由于采用了所述ZIGBEE芯片102和所述ZIGBEE无线发射装置103，使得所述计步器100集成了Zigbee通讯协议，定时发送Zigbee数据，外界则可以通过Zigbee路由设备采集Zigbee数据，频率为24MHz。计步信息包括最近24小时内的运动量以及累计运动量数值。

ZigBee是一项基于无线标准的无线网络技术，用于满足远距离监控和传感器及控制网络应用的独特需求。所述ZIGBEE芯片102优选采用ST公司最新的基于Cortex-M3内核和符合ST的SimpleMACw无线网络协议的ZIGBEE芯片。其在开阔地通讯距离能够达到100m，一般室内也能在50m左右。

所述三维加速度传感器101优选采用ST公司的最新3D加速度传感器LIS302DL，具有体积小，功耗低的特点。3D加速度传感器芯片可以在一节电池的低电压微功耗下面持续运行，不断检测XYZ轴方向加速度的变化，同时优选采用I2C数字接口从而更有利于和所述ZIGBEE芯片102通讯联系，速度更快更省时间。为了能够进一步省电节能，在程序上可做优化处理工作，使得只有在奶牛运动的时候才被激活，平时处于极低功耗的监控状态，有效保证了设备的长期稳定使用。

参照附图6，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中射频无线发射装置的电路示意图。

所述射频无线发射装置104包括三极管Q1、第三电阻R3、第四电阻R4、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十电容C10、第一二极管D1及稳压二极管D10；射频无线发射装置104的接口端GPIOA连接所述ZIGBEE芯片102的第三数字I/O端PA2；所述接口端GPIOA经第三电阻R3连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经依次串联的第十二电阻R12、稳压二极管D10、第九电阻R9和第十电容C10接地，同时经依次串联的第十电阻R10和第十一电阻R11接地，同时还经串联的第十电阻R10和第一二极管D1连接所述正电压稳压器U4的输出端VOUT（也即VCC）；所述三极管Q1的基极和发射极之间连接第四电阻R4，同时所述三极管Q1的发射极接地。

参照附图8，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中射频天线的电路示意图。

所述射频天线108包括X轴天线、Y轴天线和Z轴天线。

所述X轴天线包括第三电感L3、第二十六电容C26、第三十二电容C32、第一二极管组D4和第二二极管组D7；所述第一二极管组D4和第二二极管组D7分别连接并联的第三电感L3、第二十六电容C26和第三十二电容C32的两端；射频信号通过所述射频无线发射装置104中的第十二电阻R12和稳压二极管D10之间的连接点分别发送到所述第一二极管组D4和第二二极管组D7。

所述Y轴天线包括第四电感L4、第三十电容C30、第三十三电容C33、第三二极管组D5和第四二极管组D8；所述第三二极管组D5和第四二极管组D8分别连接并联的第四电感L4、第三十电容C30和第三十三电容C33的两端；射频信号通过所述射频无线发射装置104中的第十二电阻R12和稳压二极管D10之间的连接点分别发送到所述第三二极管组D5和第四二极管组D8。

所述Z轴天线包括第五电感L5、第三十一电容C31、第三十四电容C34、第五二极管组D6和第六二极管组D9；所述第五二极管组D6和第六二极管组D9分别连接并联的第五电感L5、第三十一电容C31和第三十四电容C34的两端；射频信号通过所述射频无线发射装置104中的第十二电阻R12和稳压二极管D10之间的连接点分别发送到所述第五二极管组D6和第六二极管组D9。

所述射频无线发射装置104采用LC并联谐振方式获得外部能量和信息。设备设置了XYZ轴三个方向的天线，当外部任何一个方向出现唤醒信号（134.2KHz）的时候，相应的天线和匹配电容达到共振点，共振能量存到第十电容C10，同时为了防止电压太高，用稳压二极管D10来限制最高电压。等到第十电容C10上面电压超过3V的时候，开始激活所述ZIGBEE芯片102，所述ZIGBEE芯片102运算以后向三极管Q1发出一串数字信号，经三极管Q1放大后通过天线发射到空中。激发处的接收电路收到以后就能还原出原来的信号。这就为有效的在近距离传输计步数据提供了可靠的保障。保证了和原有的一些系统的可靠兼容。

所述射频信号采用了无源动物电子标签的通讯协议，符合国际标准ISO11784/5，能直接代替电子耳标的功能，频率为134.2KHz。所述计步信息附加在奶牛电子耳标信息中一起输出，可以得到最近24小时内的运动量数值。

参照附图5，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中存储装置的电路示意图。

所述计步器100还可以包括存储装置，所述存储装置包括串行非易失性存储器U3、第十三电阻R13和第十四电阻R14；串行非易失性存储器U3的电源端连接所述正电压稳压器U4的输出端VOUT；串行非易失性存储器U3的串行数据地址端连接所述ZIGBEE芯片102的第十三数字I/O端PB4，同时经第十四电阻R14连接所述正电压稳压器U4的输出端VOUT（也即VCC）；串行非易失性存储器U3的串行时钟端连接所述ZIGBEE芯片102的第十二数字I/O端PB3，同时经第十三电阻R13连接所述正电压稳压器U4的输出端VOUT（也即VCC）；串行非易失性存储器U3的其他引脚接地。

所述串行非易失性存储器U3，用于计步信息存储，优选采用RAMTRON公司的FM24CL16。

参照附图7，为本实用新型提供的奶牛计步器实施例中发光单元的电路示意图。

所述计步器100还包括发光单元，所述发光单元包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第十五电阻R15和第十六电阻R16；所述ZIGBEE芯片102的第十九数字I/O端PC2经串联的第十六电阻R16和第二发光二极管LED2接地；所述ZIGBEE芯片102的第二十数字I/O端PC3经串联的第十五电阻R15和第一发光二极管LED1接地。

下面简单介绍一下上述实施例中提供的奶牛计步器的工作原理：

所述三维加速度传感器101采集奶牛的计步信息并将该计步信息发送给所述ZIGBEE芯片102，所述ZIGBEE芯片102将所述计步信息转换为发送信号分别发送给所述ZIGBEE无线发射装置103和射频无线发射装置104，所述ZIGBEE无线发射装置103将该发送信号转换为ZIGBEE信号通过ZIGBEE天线107发送出去，所述射频无线发射装置104将该发送信号转换为射频信号通过射频天线108发送出去。

从上述实施例可以看出，本实用新型提供的奶牛计步器，通过采用三维加速度传感器，确保每个方向的运动量都能被记录，并同时采用了Zigbee模式和射频模式两种无线通讯模式，使得计步器可以从短距离和长距离两种距离均能发射出计步数据；从而在较大活动范围内均能采集奶牛的计步信息。

进一步的，供电电源可仅采用内置一个一次性锂电池，并同时采用超低功耗设计和特殊的电源控制技术，其工作寿命可以达到10年。

较佳的，射频天线采用XYZ轴天线，使得计步器能够发送来自各方向的计步信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种奶牛计步器，其特征在于，包括三维加速度传感器、ZIGBEE芯片、ZIGBEE无线发射装置、射频无线发射装置、ZIGBEE天线及射频天线；所述三维加速度传感器连接所述ZIGBEE芯片，所述ZIGBEE芯片分别连接所述ZIGBEE无线发射装置和射频无线发射装置，所述ZIGBEE无线发射装置连接所述ZIGBEE天线，所述射频无线发射装置连接所述射频天线。

2.根据权利要求1所述的计步器，其特征在于，所述计步器还包括电源及电源控制装置，用于为所述计步器稳定供电。

3.根据权利要求2所述的计步器，其特征在于，所述电源为锂电池，所述电源控制装置包括正电压稳压器、第十一电容、第十二电容、第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容、第二十五电容；所述锂电池正极连接正电压稳压器的电源输入端，同时正电压稳压器的电源输入端经并联的第十一电容和第十二电容接地，所述锂电池负极接地；正电压稳压器的输出端为所述计步器中其他器件供电，且正电压稳压器的输出端经并联的第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容及第二十五电容接地；正电压稳压器的接地端接地。

4.根据权利要求3所述的计步器，其特征在于，所述ZIGBEE芯片型号为STM32W108CB，所述三维加速度传感器的型号为LIS302DL；所述正电压稳压器的输出端连接三维加速度传感器的电源端、I/O引脚电源端，并经第六电阻连接三维加速度传感器的SPI使能端；三维加速度传感器的第一惯性中断端和第二惯性中断端分别连接ZIGBEE芯片的第六数字I/O端和第五数字I/O端；三维加速度传感器的I2C串行数据端和I2C串行时钟端分别连接ZIGBEE芯片的第二数字I/O端和第一数字I/O端。

5.根据权利要求4所述的计步器，其特征在于，所述ZIGBEE无线发射装置包括石英晶体振荡器、第二电阻、第五电容及第六电容；所述ZIGBEE芯片的第一晶体振荡器I/O端和第二晶体振荡器I/O端分别连接并联的石英晶体振荡器和第二电阻的两端，并分别经第五电容和第六电容接地。

6.根据权利要求4所述的计步器，其特征在于，所述射频无线发射装置包括三极管、第三电阻、第四电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十电容、第一二极管及稳压二极管；射频无线发射装置的接口端连接所述ZIGBEE芯片的第三数字I/O端；所述接口端经第三电阻连接三极管的基极，三极管的集电极经依次串联的第十二电阻、稳压二极管、第九电阻和第十电容接地，同时经依次串联的第十电阻和第十一电阻接地，同时还经串联的第十电阻和第一二极管连接所述正电压稳压器的输出端；所述三极管的基极和发射极之间连接第四电阻，同时所述发射极接地。

7.根据权利要求6所述的计步器，其特征在于，所述射频天线包括X轴天线、Y轴天线和Z轴天线。

8.根据权利要求7所述的计步器，其特征在于，所述X轴天线包括第三电感、第二十六电容、第三十二电容、第一二极管组和第二二极管组；所述第一二极管组和第二二极管组分别连接并联的第三电感、第二十六电容和第三十二电容的两端；

所述Y轴天线包括第四电感、第三十电容、第三十三电容、第三二极管组和第四二极管组；所述第三二极管组和第四二极管组分别连接并联的第四电感、第三十电容和第三十三电容的两端；

所述Z轴天线包括第五电感、第三十一电容、第三十四电容、第五二极管组和第六二极管组；所述第五二极管组和第六二极管组分别连接并联的第五电感、第三十一电容和第三十四电容的两端。

9.根据权利要求4所述的计步器，其特征在于，所述计步器还包括存储装置，所述存储装置包括串行非易失性存储器、第十三电阻和第十四电阻；串行非易失性存储器的电源端连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的串行数据地址端连接所述ZIGBEE芯片的第十三数字I/O端，同时经第十四电阻连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的串行时钟端连接所述ZIGBEE芯片的第十二数字I/O端，同时经第十三电阻连接所述正电压稳压器的输出端；串行非易失性存储器的其他引脚接地。

10.根据权利要求4所述的计步器，其特征在于，所述计步器还包括发光单元，所述发光单元包括第一发光二极管、第二发光二极管、第十五电阻和第十六电阻；所述ZIGBEE芯片的第十九数字I/O端经串联的第十六电阻和第二发光二极管接地；所述ZIGBEE芯片的第二十数字I/O端经串联的第十五电阻和第一发光二极管接地。