CN204013611U - 基于物联网的奶牛场无线监测系统 - Google Patents

基于物联网的奶牛场无线监测系统 Download PDF

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许世卫
李哲敏
董晓霞
李灯华
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Abstract

本实用新型提供一种基于物联网的奶牛场无线监测系统,包括无源电子标签RFID模块、超高频RFID读写装置、非接触式红外测温模块、环境信息感知模块、网关模块、多个无线通信节点、远程服务器和用户终端。本实用新型的系统基于物联网用传感器和Zigbee无线通信技术的融合应用,解决了传统管理方式功耗高、延时长、管理滞后、安全性无保证等诸多限制因素,使传统奶牛模式转变为以信息网络为中心的精准管理模式,让畜牧业生产实现自动化,网络化和智能化。本系统智能、低成本、易扩展和管理,系统简洁,使用方便。

Description

基于物联网的奶牛场无线监测系统
技术领域
本实用新型涉及无线传感通信技术领域,具体涉及一种基于物联网的奶牛场无线监测管理系统。
背景技术
物联网(The internet of things)被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮,被认定为全球新的经济增长点。我国非常重视物联网产业的发展,十二五规划中,被列为国家的战略新兴产业。物联网是指通过传感器、射频识别(RFID)、全球定位系统、二码等信息感知设备,按约定的协议连接起来,通过有线或无线网络进行信息交换和通信,以实现智能化识别、数据采集、智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
近年来随着无线网络,传感器技术的发展,精准农业已经成为科学工作者关注的热点。奶牛在养育过程中,畜牧场环境如温湿度、风速、雨量等对其生长、发育、产奶有着重要的影响。传统的奶牛场管理方式靠人工采取环境信息,浪费大量的人力物力财力,且管理效率低下,管理覆盖面积较小,不利于奶牛场的高效运转和管理。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种基于物联网的奶牛场无线监测管理系统,能够对奶牛场环境信息、图像视频信息,奶牛生理信息等进行动态、实时、低成本、智能化的监测,从而实现以最小或最节省的投入达到同等收入或是更高的收入,极大地提高奶牛场的管理效率。
本实用新型提供的基于物联网的奶牛场无线监测管理系统,包括无源电子标签RFID模块、超高频RFID读写装置、非接触式红外测温模块、环境信息感知模块、网关模块、多个IEEE 802.15.4无线通信节点、远程服务器和用户终端,
所述无源电子标签RFID模块,设置于奶牛耳朵上,用于记录佩戴其的奶牛的相关信息;
所述超高频RFID读写装置,用于对无源电子标签RFID模块中记录的奶牛的相关信息进行读取,并通过其对应的无线通信节点将读取到的奶牛信息发送给网关模块;
所述非接触式红外测温模块,用于对奶牛体温进行非接触式采集,并通过其对应的无线通信节点将采集的体温数据传送至网关模块;
所述环境信息感知模块,用于采集奶牛场的环境信息,并通过其对应的无线通信节点将采集的环境信息数据传送至网关模块;
所述网关模块,用于获取所述超高频RFID读写装置发送的奶牛信息,所述非接触式红外测温模块发送的体温数据,和所述环境信息感知模块发送的环境信息数据,并通过无线通信将获取的环境信息数据传输至远程服务器;
所述奶牛场无线监测系统还包括协调器,所述协调器用于对各无线通信节点与网关模块之间的链路进行管理和控制,并对各传感子模块进行身份管理。
所述远程服务器,用于获取并管理奶牛信息数据、体温数据、环境信息数据;
所述用户终端,用于从远程服务器获取奶牛场的监测信息。
所述环境信息感知模块包括多个高度集成的传感子模块及相应个数的无线通信节点,其中,所述传感子模块由集成在带有数码管的传感面板上的传感器构成。
所述非接触式红外测温模块,包含对热红外灵敏的热电堆探测器芯片、信号处理ASSP、报警器、低噪声放大器、数模转换器ADS和DSP芯片。
所述传感子模块包括温湿度传感子模块,风速传感子模块,雨量传感子模块,其中,
所述温湿度传感子模块,包括温度传感器,湿度传感器,放大器,A/D数模转换器,校验存储器,CRC发生器,SCK数据线,DATA三态门;
所述风速传感子模块,包括风速传感器、传输电缆;
所述雨量传感子模块,用于测量地面降雨,并将测量得到的降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出;
所述环境信息感知模块还包括无线视频模块,所述无线视频模块用于对奶牛场的进行视频摄像和图像拍摄。
所述环境信息感知模块,红外测温模块,RFID读写模块通过ZigBee组网方式与网关模块进行通信连接。
综上所述,本实用新型的系统基于物联网用传感器和Zigbee无线通信技术的融合应用,解决了传统管理方式功耗高、延时长、管理滞后、安全性无保证等诸多限制因素,使传统奶牛模式转变为以信息网络为中心的精准管理模式,让畜牧业生产实现自动化,网络化和智能化。本系统智能、低成本、易扩展和管理,系统简洁,使用方便。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统的结构示意图;
图2给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统中协调器的结构示意图;
图3给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统中温湿度传感器芯片的结构示意图;
图4给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统中温湿度传感器模块的电路结构示意图;
图5给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统中雨量传感器模块的数据传输示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
图1给出了本实用新型一实施例提供的基于物联网的奶牛场无线监测系统的结构示意图,如图1所示,本实施例的基于物联网的奶牛场无线监测管理系统,包括无源电子标签RFID模块、超高频RFID读写装置、非接触式红外测温模块、环境信息感知模块、网关模块、多个IEEE 802.15.4无线通信节点、远程服务器和用户终端;
所述无源电子标签RFID模块与超高频RFID读写装置连接,所述超高频RFID读写装置、所述非接触式红外测温模块通过无线通信节点将信息发送给网关模块;所述环境信息感知模块也通过无线通信节点将信息发送给网关模块;所述网关模块通过3G无线通信模块将所采集信息传输至远程服务器;所述远程服务器与用户终端连接。
所述环境信息感知模块包括温湿度传感模块,风速传感模块,雨量传感模块,和无线视频模块,且高度集成为一体。传感器以插件的方式与无线通信节点连接,集成在一个带有数码管的传感面板上,通过传感面板与节点之间的标准I/O接口实现传感数据传输。优选地,所述无线通信节点芯片采用CC-2530芯片。所有的无线传感器安装简便,即插即用,可以任意改变安装位置,不受线缆的束缚;良好的网络扩展能力,随意增加和减少采集终端数量,同一网络中可支持几百个采集器和控制器;跳频和加密认证机制,保证系统安全可靠运行;管理方式多样,用户可通过直接访问网关或网络服务器对所有的监控进行管理。
进一步地,所述奶牛场无线监测系统还包括协调器,所述协调器用于对各无线通信节点与网关模块之间的链路进行管理和控制,并对各传感子模块进行身份管理。图2给出了协调器的结构示意图,包括CC-2530,支撑电路和外部电路。所述CC-2530所述支撑电路包括电源电路、晶振电路和复位电路。所述外部电路包括串行通信模块,液晶模块和射频通信模块。
所述网关模块通过ZigBee射频与协调器无线连接,收集协调器传送的无线传感网络内的多元化采集信息(包括一般环境传感信息和多媒体视频图像信息等),并通过局域网或3G移动网络将所采集数据传到远程服务器上。
所述奶牛无源电子标签RFID模块,外形为耳标,安装于奶牛耳朵上,与安装在奶牛场舍栏里的超高频RFID读写装置相对应,工作距离大于等于1米,该标签记载奶牛的年龄,产奶量,产奶周期、疾病历史、日饮食量和日运动量等详细参数;
所述超高频RFID读写装置,包括单片机和无线收发装置,安装于奶牛栏中,用于为无源RFID电子标签提供工作电流并读取信息;超高频RFID读写装置读取电子标签数据后通过无线通信节点接入网关模块将数据传送到远程服务器中;
所述非接触式红外测温模块,包含对热红外灵敏的热电堆探测器芯片,信号处理ASSP,报警器,并集成了低噪声放大器,17位数模转换器ADS和DSP单元,测温范围内分辨率为0.02度。非接触式红外测温模块每天周期性测量采集奶牛体温,并通过无线通信节点将所采集体温数据传送至远程服务器。
所述电源模块为太阳能电池板,蓄电池和市电,电源模块为环境信息感知模块,数据采集模块,网关模块,无线通信节点,非接触红外测温仪,和超高频RFID读写装置提供工作电源;
所述服务器为管理资源并为用户提供服务的计算机软件和运行软件的计算机或计算机系统;
所述用户终端为大屏显示终端,个人计算机或手机移动终端硬件设备;
所述温湿度传感模块包括温度传感器,湿度传感器,放大器,A/D数模转换器,校验存储器,CRC发生器,SCK数据线,DATA三态门等。图3为温湿度传感器芯片的结构示意图,优选地,温湿度传感模块芯片采用SHT10,用于采集周围环境的温度和湿度,采用SMD贴片封装。温度测量范围: -20℃~100℃,测量精度:+0.4℃,湿度测量范围:0%~99%,测量精度:+3%。所述放大器将传感器输出的模拟信号放大;所述A/D转换器将放大的模拟信号转换为数字信号;所述数据总线将数据提供给用户使用;所述校验存储器保障模数转换的准确度,所述CRC发生器保障数据通信的安全;所述SCK数据线负责处理器和SHT10的通讯同步;所述DATA三态门用于数据的读取。图4为温湿度传感器模块的电路结构示意图。
所述风速传感模块由风速传感器、传输电缆等附属装置组成。传感器采用非接触式磁传感测量原理,风杯由高耐候性、高强度、防腐蚀和防水金属制造,传感器壳体使用铝镁合金成形,内部数字电路全部采用 CMOS芯片,低功耗,且均经过喷涂三防漆处理,整个传感器具有很好的耐恶劣环境的适应性。
图5为雨量传感器模块数据传输结构图。所述雨量传感器为水文气象雨量计,用于测量地面降雨,将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出,以满足信息传输、处理、记录和显示的需要。雨水通过盛水桶导入雨量计内部的翻斗内。翻斗置于一个水平轴上并处于不稳定平衡状态,在其正常位置上,装满雨水后,黑色翻斗翻转,倾倒至另一停靠位置上并倒空翻斗里的水,倒下的雨水将从雨量计底盒的出水孔流出。当雨水倒空后随即又回到正常的位置上,开始重新接受继续降落的雨水。翻斗的每次翻转动作通过干弹簧转换成一个脉冲信号(1脉冲=0.2mm降水量)传输到单片机采集处理系统。所述雨量传感器与无线传感。
所述无线视频模块为一个CCD视频摄像头,带有转动云台,拍摄角度可调节,用于对奶牛场的进行视频摄像和图像拍摄,可以远程操控、调焦和调节像素,便于观察奶牛场细节和人员情况。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于物联网的奶牛场无线监测系统,包括无源电子标签RFID模块、超高频RFID读写装置、非接触式红外测温模块、环境信息感知模块、网关模块、多个IEEE 802.15.4无线通信节点、远程服务器和用户终端,其特征在于,
所述无源电子标签RFID模块,设置于奶牛耳朵上,用于记录佩戴其的奶牛的相关信息;
所述超高频RFID读写装置,用于对无源电子标签RFID模块中记录的奶牛的相关信息进行读取,并通过其对应的无线通信节点将读取到的奶牛信息发送给网关模块;
所述非接触式红外测温模块,用于对奶牛体温进行非接触式采集,并通过其对应的无线通信节点将采集的体温数据传送至网关模块;
所述环境信息感知模块,用于采集奶牛场的环境信息,并通过其对应的无线通信节点将采集的环境信息数据传送至网关模块;
所述网关模块,用于获取所述超高频RFID读写装置发送的奶牛信息,所述非接触式红外测温模块发送的体温数据,和所述环境信息感知模块发送的环境信息数据,并通过无线通信将获取的环境信息数据传输至远程服务器;
所述远程服务器,用于获取并管理奶牛信息数据、体温数据、环境信息数据;
所述用户终端,用于从远程服务器获取奶牛场的监测信息。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述环境信息感知模块包括多个高度集成的传感子模块及相应个数的无线通信节点,其中,所述传感子模块由集成在带有数码管的传感面板上的传感器构成。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述奶牛场无线监测系统还包括协调器,所述协调器用于对各无线通信节点与网关模块之间的链路进行管理和控制,并对各传感子模块进行身份管理。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述非接触式红外测温模块,包含对热红外灵敏的热电堆探测器芯片、信号处理ASSP、报警器、低噪声放大器、数模转换器ADS、DSP芯片。
5.根据权利要求2所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述传感子模块包括温湿度传感子模块,风速传感子模块,雨量传感子模块,其中,
所述温湿度传感子模块,包括温度传感器,湿度传感器,放大器,A/D数模转换器,校验存储器,CRC发生器,SCK数据线,DATA三态门;
所述风速传感子模块,包括风速传感器、传输电缆;
所述雨量传感子模块,用于测量地面降雨,并将测量得到的降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出。
6.根据权利要求2所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述环境信息感知模块还包括无线视频模块,所述无线视频模块用于对奶牛场的进行视频摄像和图像拍摄。
7.根据权利要求1-6之一所述的基于物联网的奶牛场无线监测系统,其特征在于,所述环境信息感知模块,红外测温模块,RFID读写模块通过ZigBee组网方式与网关模块进行通信连接。
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