CN208367517U - 一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，包括MCU主处理器，所述MCU主处理器与高性能MCU、A/D转换器、信号放大器、MIS微惯性运动传感器、温湿度传感器、脉动传感器、UART接口、ZIGBEE通信模块、开关及指示电路、主板电源供电管理电路、锂电池、电源充电电路和高精度LDO电源电性连接，本实用新型实现了具有低成本、低功耗，佩戴方便、可无线通信组网、具有动物体征分析与预警等创新实用功能，可实现畜牧动物日常活动过程中各种姿势行为的检测、行为数据分析、姿态解算处理；且能实现与之配套的网关设备进行无线通信，将解算处理后的数据发送到网关，设备配合网关设备及软件可组成动物行为物联网监测系统，实现多动物无线远程监测。

Description

一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端

技术领域

本实用新型涉及物联网测控技术领域，具体来说，涉及一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端。

背景技术

动物行为分析在畜禽养殖自动化研究领域有着非常重要的地位，而对动物行为进行分析也能够为畜禽健康分析提供参考依据，为科学养殖、疫情防控等提供客观数据依据，以便做出科学的决策判断。目前，动物行为姿态检测的主要研究方向分为两种，一是以视频采集和图像处理技术为基础，模拟人眼提取目标特征进行姿态检测，二是以传感器技术为基础，利用各传感器的特点采集与姿态相关的加速度及角度数据，通过运动算法计算分析得到姿态情况。

但利用视频技术监控动物行为并分析动物健康存在许多问题：视频监控对电源功耗、传输带宽都有较高的要求；且都是有线传输，安装麻烦，流量使用成本高；对图像处理技术也有较高的实现成本，导致此方式总体实现成本很高，目前在成本敏感的农业养殖产业中实际应用较困难；此外，视频方式无法感知动物体温和身体体征信息，对动物的综合行为体征缺乏全面准备的判断。

以传感器技术为基础的动物行为监控也面临一些问题：目前普遍属于理论研究和实验阶段，很少有实际的产品应用出现；对动物的行为判断不够实时准确；单纯的姿态算法，没有传输能力和组网能力，无法形成一个实际可用的产品；没有集成温湿度和其他动物体征感应，在设备内部更没有做动物疫情数据分析与预警。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，解决了现有技术中的高成本，行为判断不准确，无动物体征监测，无法无线组网通信，佩戴不够方便等问题，实现了具有低成本、低功耗，佩戴方便、可无线通信组网、具有动物体征分析与预警等创新实用功能，可实现畜牧动物日常活动过程中各种姿势行为的检测、行为数据分析、姿态解算处理；且能实现与之配套的网关设备进行无线通信，将解算处理后的数据发送到网关，设备配合网关设备及软件可组成动物行为物联网监测系统，实现多动物无线远程监测。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括高性能MCU和MCU主处理器，所述高性能MCU的第一输入端与A/D转换器的输出端连接，所述A/D转换器的输入端与信号放大器的输出端连接，所述信号放大器的输入端分别与MIS微惯性运动传感器、温湿度传感器、脉动传感器的输出端连接，所述高性能MCU的第一输出端通过UART接口与MCU主处理器的第一输入端连接。

所述MCU主处理器的第一输出端与ZIGBEE通信模块的输入端连接，所述ZIGBEE通信模块的第一输出端与开关及指示电路的第一输入端连接，所述MCU主处理器的第二输入端与主板电源供电管理电路的输出端连接，所述主板电源供电管理电路的第一输入端与锂电池的第一输出端连接，所述主板电源供电管理电路的第二输入端与电源充电电路的第一输出端连接，所述电源充电电路的第二输出端与锂电池的输入端连接，所述电源充电电路的第三输出端与所述开关及指示电路的第二输入端连接，所述开关及指示电路的第三输入端与所述锂电池的第二输出端连接；所述主板电源供电管理电路的第二输出端与高精度LDO电源连接的第一输入端连接，所述高精度LDO电源的第一输出端与所述高性能MCU的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第二输出端与MIS微惯性运动传感器的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第三输出端与温湿度传感器的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第四输出端与脉动传感器的第二输入端连接。

该监测终端的传感采集单元首先完成动物行为状态的基本传感参量的采集，基本传感参量包括三轴加速度、三轴角速度、三轴磁场、温湿度、脉动等原始数据，原始数据送至高性能MCU进行预处理、滤波算法补偿再发送给所述MCU主处理器，通过所述MCU主处理器完成数据的接收与处理，根据运动姿态参数进行姿态识别算法处理，得出最终姿态结果，同时加入当前时间、温湿度值和脉动值；将数据进行协议编码后发送给ZIGBEE通信模块，ZIGBEE通信模块接收到数据后经过ZIGBEE协议后通过天线发送给网关设备；在整个设备工作过程中，所述开关及指示电路连接控制指示灯指示数据是否正在采集、传输，基于MIS可更有效的管理所采集的信息。

优选的，所述MCU主处理器的第三输入端与RTC电池的输出端连接，所述MCU主处理器的第四输入端与复位电路的输出端连接，所述MCU主处理器的第五输入端与晶振电路的输出端连接。

优选的，所述电源充电电路采用型号为TP4056的芯片。

优选的，所述MCU主处理器的型号为STM32F103C8T6。

优选的，所述ZIGBEE通信模块的型号为ZA2530A。

优选的，该终端的外壳采用防水材质制成，且设备外壳上设有固定背带。

本实用新型的有益效果是：

(1)现有技术采用单一传感器很难准确检测动物的姿态信息，为了能够准确的解算出动物的姿态信息，需要融合处理多种传感器的数据，本实用新型通过整合运动传感器内三轴加速度、三轴陀螺仪和三轴磁力计共九轴运动传感参数，对动物姿态进行解算得出姿态角，增强了解算的准确性和稳定性，能快速感应动物的行为变化，并准确的解算出动物当前的行为状态，如坐、走、跑、站、趴、侧躺等行为姿态；

(2)可实现低功耗工作和无线数据传输通信；

(3)加入动物体温湿度及脉动感应采集，感应动物体征信息，监测统计数据，更准确的了解动物体征状态，做动物疫情数据分析与预警可起到一定的疫情防控作用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端的电路原理结构示意图。

附图标记说明：

1、高性能MCU；2、MCU主处理器；3、A/D转换器；4、信号放大器；5、MIS微惯性运动传感器；6、温湿度传感器；7、脉动传感器；8、UART接口；9、ZIGBEE通信模块；10、开关及指示电路；11、主板电源供电管理电路；12、锂电池；13、电源充电电路；14、高精度LDO电源；15、RTC电池；16、复位电路；17、晶振电路；18、天线；19、I2C及SPI接口；20、外部电源。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，包括高性能MCU1和MCU主处理器2，所述高性能MCU1的第一输入端与A/D转换器3的输出端连接，所述A/D转换器3的输入端与信号放大器4的输出端连接，所述信号放大器4的输入端分别与MIS微惯性运动传感器5、温湿度传感器6、脉动传感器7的输出端连接，所述高性能MCU1的第一输出端通过UART接口8与MCU主处理器2的第一输入端连接；所述MCU主处理器2的第一输出端与ZIGBEE通信模块9的输入端连接，所述ZIGBEE通信模块9的第一输出端与开关及指示电路10的第一输入端连接，所述MCU主处理器2的第二输入端与主板电源供电管理电路11的输出端连接，所述主板电源供电管理电路11的第一输入端与锂电池12的第一输出端连接，所述主板电源供电管理电路11的第二输入端与电源充电电路13的第一输出端连接，所述电源充电电路13的第二输出端与锂电池12的输入端连接，所述电源充电电路13的第三输出端与所述开关及指示电路10的第二输入端连接，所述开关及指示电路10的第三输入端与所述锂电池12的第二输出端连接；所述主板电源供电管理电路11的第二输出端与高精度LDO电源14连接的第一输入端连接，所述高精度LDO电源14的第一输出端与所述高性能MCU1的第二输入端连接，所述高精度LDO电源14的第二输出端与MIS微惯性运动传感器5的第二输入端连接，所述高精度LDO电源14的第三输出端与温湿度传感器6的第二输入端连接，所述高精度LDO电源14的第四输出端与脉动传感器7的第二输入端连接。

该监测终端的传感采集单元首先完成动物行为状态的基本传感参量的采集，基本传感参量包括三轴加速度、三轴角速度、三轴磁场、温湿度、脉动等原始数据，原始数据送至高性能MCU1进行预处理、滤波算法补偿再通过UART接口8发送给所述MCU主处理器2，原始数据经过高性能MCU1进行预处理再发送给所述MCU主处理器2可缩减处理时间提高效率，通过所述MCU主处理器2完成数据的接收与处理，根据运动姿态参数进行姿态识别算法处理，得出最终姿态结果，同时加入当前时间、温湿度值和脉动值；将数据进行协议编码后发送给ZIGBEE通信模块9，ZIGBEE通信模块9接收到数据后经过ZIGBEE协议后通过天线18或I2C及SPI接口19发送给网关设备；在整个设备工作过程中，所述开关及指示电路10连接控制指示灯指示数据是否正在采集、传输，基于MIS可更有效的管理所采集的信息。

所述运动传感器内集成了三轴加速度计、三轴角速度计与三轴磁场计，性能稳定可靠；高性能MCU1处理器cortex-MO运行主频高达48MHz，兼顾低功耗与高性能1；高精度LDO电源14为传感器和高性能MCU1处理器提供稳定精准的电源；该终端的外壳采用防水材质制成，且设备外壳上设有固定背带，用于将监测终端套在动物的身体上；所述开关及指示电路10可控制设备电源的开与关，可使各个模块通过指示灯指示设备的开启状态、数据的传输状态、电源的充电状态等；所述主板电源供电管理电路11主要完成设备的充电、供电、低功耗电量管理等功能。

实施例2：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，所述MCU主处理器2的第三输入端与RTC电池15的输出端连接，可为MCU主处理器2提供电源，所述MCU主处理器2的第四输入端与复位电路16的输出端连接，就是利用复位电路16把MCU主处理器2恢复到起始状态，就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态重新进行计算；所述MCU主处理器2的第五输入端与晶振电路17的输出端连接，所述晶振电路17为MCU主处理器2提供基础的时钟信号；所述电源充电电路13采用型号为TP4056的芯片，可实现对整个终端电路的供电，接收外部电源20到终端电路电源的转换，将5V电源转换为3.3V，供终端电路使用，实现外部电源20对设备内部锂电池12的充电，实现外部电源20与内部锂电池12供电选择的自动切换；所述MCU主处理器2的型号为STM32F103C8T6；所述ZIGBEE通信模块9的型号为ZA2530A；MCU主处理器2可接收缓存传感器采集单元的运动参数数据，通过姿态识别算法解算运动参数数据得出最终姿态结果，将识别出的结果加上时间编码后发送给所述ZIGBEE通信模块9，所述ZIGBEE通信模块9可实现监测终端与网关设备的无线通信与组网，所述ZIGBEE通信模块9接收MCU主处理器2传来的数据，然后按照ZIGBEE协议将数据发送给网关设备，配合动物行为智能监测物联网平台软件，可构建起动物行为智能监测物联网系统及大数据统计分析平台。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，包括高性能MCU和MCU主处理器，所述高性能MCU的第一输入端与A/D转换器的输出端连接，所述A/D转换器的输入端与信号放大器的输出端连接，所述信号放大器的输入端分别与MIS微惯性运动传感器、温湿度传感器、脉动传感器的输出端连接，所述高性能MCU的第一输出端通过UART接口与MCU主处理器的第一输入端连接；

所述MCU主处理器的第一输出端与ZIGBEE通信模块的输入端连接，所述ZIGBEE通信模块的第一输出端与开关及指示电路的第一输入端连接，所述MCU主处理器的第二输入端与主板电源供电管理电路的输出端连接，所述主板电源供电管理电路的第一输入端与锂电池的第一输出端连接，所述主板电源供电管理电路的第二输入端与电源充电电路的第一输出端连接，所述电源充电电路的第二输出端与锂电池的输入端连接，所述电源充电电路的第三输出端与所述开关及指示电路的第二输入端连接，所述开关及指示电路的第三输入端与所述锂电池的第二输出端连接；所述主板电源供电管理电路的第二输出端与高精度LDO电源连接的第一输入端连接，所述高精度LDO电源的第一输出端与所述高性能MCU的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第二输出端与MIS微惯性运动传感器的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第三输出端与温湿度传感器的第二输入端连接，所述高精度LDO电源的第四输出端与脉动传感器的第二输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，所述MCU主处理器的第三输入端与RTC电池的输出端连接，所述MCU主处理器的第四输入端与复位电路的输出端连接，所述MCU主处理器的第五输入端与晶振电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，所述电源充电电路采用型号为TP4056的芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，所述MCU主处理器的型号为STM32F103C8T6。

5.根据权利要求1所述的一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，所述ZIGBEE通信模块的型号为ZA2530A。

6.根据权利要求1所述的一种基于MIS和ZigBee的无线动物行为智能监测终端，其特征在于，该终端的外壳采用防水材质制成，且设备外壳上设有固定背带。