CN208708444U - 一种基于声学的母猪发情监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于声学的母猪发情监测系统，包括：安装在猪栏两侧的多个第一、二音频采集器；设置在猪栏内部的红外监测模块、温湿度传感器；设置于母猪上的速度传感器、体温传感器；设置于母猪上耳朵上的RFID耳标，RFID耳标内存有母猪信息，包括母猪编号、出生日期、已经生产的仔猪信息；设置在猪栏的多个距离测量传感器，距离测量传感器用于根据设定的测量时间间隔T，测量母猪与距离测量传感器的距离。所述第一、二音频采集器、红外监测模块、温湿度传感器、速度传感器、体温传感器、RFID耳标、距离测量传感器均连接信号处理模块，所述信号处理模块连接控制器模块。本实用新型装置采用无线通讯方式进行数据传输、无应激、确性高；而且降低了猪场管理员的工作量，能及时对发情母猪进行相应处理，提高了其受孕几率；同时能实时监测母猪的各项生理参数。

Description

一种基于声学的母猪发情监测系统

技术领域

本实用新型涉及母猪养殖技术领域，具体涉及一种基于声学的母猪发情监测系统。

背景技术

在饲养母猪过程中，需要经常观察母猪是否处于发情状态，在母猪发情时进行授精可以大幅度提升其受孕几率，从而发挥动物的繁殖潜力，提高经济效益。母猪发情检测一般可分为两大类。一类是传统方法，主要有外部观察法、阴道黏膜黏液检查法、静立反射检查法、公猪试情法。目前我国大部分猪场仍采用传统方式进行发情检测，这种检测方法存在耗时长、耗力大且很难鉴定隐性发情问题，已经不适应大规模、集约化的养殖方式。另一类为针对母猪发情期行为和温度变化的数字化检测技术。汪开英等在一家母猪试验场中运用红外传感器实时监测母猪的发情行为，根据母猪的日平均活动量进行发情鉴定，准确率为84.2%；Ostersen 等采用RFID技术监测6h内母猪与公猪互相亲近持续时间及频率，实现母猪发情的自动检测；V.G.Simes等利用红外热成像技术来研究母猪发情前与发情期的外阴部温度与排卵之间的关系，发现母猪发情前外阴部温度开始升高，达到峰值后逐渐降低，发情后6~12h达到最低,而发情前后臀部温度差异不显著，并提出根据阴部温度来判断排卵时间具有一定的可行性，但存在监测步骤繁琐、准确率低等问题。目前基于声音信息的母猪发情检测方面的研究还很薄弱，对猪声音的研究主要集中在关系猪健康状态和福利化养殖评价的猪咳嗽声、哺乳声上，在猪发情检测上的应用鲜有报道。

发明内容

本实用新型提供一种基于声学的母猪发情监测系统，通过采集母猪的发声信号，并可识别发情声信号，从而能够实时监控母猪是否发情，并做出预警。该装置不仅无接触、无应激、准确性高；而且降低了猪场管理员的工作量，能及时对发情母猪进行相应处理，提高了其受孕几率；同时能实时监测母猪的各项生理参数。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于声学的母猪发情监测系统，该装置包括：

安装在猪栏两侧的多个第一音频采集器、多个第二音频采集器；

设置在猪栏内部的红外监测模块、温湿度传感器；温湿度传感器用于采集猪栏内部环境的温湿度；

设置于母猪上的速度传感器、体温传感器，分别用于采集母猪的运动量、体温信息；

设置于母猪上耳朵上的RFID耳标，RFID耳标内存有母猪信息，包括母猪编号、出生日期、已经生产的仔猪信息；

设置在猪栏的多个距离测量传感器，距离测量传感器用于根据设定的测量时间间隔T，测量母猪与距离测量传感器的距离；

所述第一音频采集器、第二音频采集器、红外监测模块、温湿度传感器、速度传感器、体温传感器、RFID耳标、距离测量传感器均连接信号处理模块，所述信号处理模块连接控制器模块。

所述控制器模块分别连接报警模块、GSM通讯模块、无线通讯模块。

所述信号处理模块通过无线网络连接控制器模块，控制器模块通过无线通讯连接远程监控中心15。

所述第一音频采集器、第二音频采集器均包括电容式声音传感器、声音采集芯片，电容式声音传感器将采集到的模拟信号处理后传送到声音采集芯片。

所述红外监测模块包括红外发射单元、红外接收单元，当母猪站立起来时，就会进入红外监测模块的感应范围，母猪运动引起位置变化，红外监测模块的热点原理使得监测到的母猪身体发出的热辐射温度不同，引起红外监测模块的输出电压值不同，红外接收单元接收到热辐射状态后，传输给控制器模块。

所述信号处理模块包括依次连接的信号放大电路、信号滤波电路、A/D转换电路。

所述无线通讯模块采用Zigbee无线通讯模块或者WIFI通讯模块。

所述控制器模块采用TI公司生产的TMS320V- C5509型DSP处理器。

本实用新型一种基于声学的母猪发情监测系统，技术效果如下：

（1）、通过采集母猪的发声信号，从而能够实时监控母猪是否发情，并做出预警，不仅无接触、无应激、准确性高；且降低了猪场管理员的工作量，能及时对发情母猪进行相应处理，提高了其受孕几率。

（2）、速度传感器在母猪运动时会产生规律性振动，可以通过母猪运动检测速度传感器振动状态，从而计算出步数。速度传感器与红外监测模块配合使用，综合监测出母猪的运动状况。从而为母猪发情提供一种辅助监测手段。

（3）、温湿度传感器用于采集猪栏内部环境的温湿度，便于随时调控，使母猪获得更佳的活动空间。

（4）、母猪的颈部设置有体温传感器，随时监测母猪的体温状况；或者体温传感器将设置于RFID耳标上，在识别身份信息的同时可以检测母猪的体温状况，为母猪发情提供辅助监测。

（5）、控制器模块根据接收到的输入的参数、以及距离测量传感器发送回来的距离测试数据，计算出同一传感器相邻两次测量距离数据的变化量，并对所有距离测量传感器在设定统计时间内的变化量的绝对值进行求和，得到设定统计时间内的距离变化总和，当设定统计时间内的距离变化总和超过阈值时，判断母猪已发情，将结果发送到结果远程监控中心。从而为母猪发情提供一种另外辅助的监测手段。

（6）、当控制器模块判断母猪已发情时，报警模块发出声光报警显示，饲养人员可以后续立即采取受精措施，避免错失最佳母猪发情时间。

（7）、控制器模块就会发出控制命令通过GSM通信向饲养人员的手机发短信，提醒某一头母猪已发情，注意采取受精措施。

（8）、无线通讯模块采用Zigbee无线通讯模块或者WIFI通讯模块，避免了人工现场监测，养殖人员只需要在远程监控中心远程操作，即可实现对母猪发情远程智能监测。

附图说明

图1为本实用新型装置的各传感器安装示意图。

图2为本实用新型装置的控制部分连接示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种基于声学的母猪发情监测系统，该装置包括：

安装在猪栏1两侧的多个第一音频采集器2、多个第二音频采集器3。所述猪栏1设有若干个。猪场中有多个猪栏1用于养殖。所述音频采集器用来母猪发声信号，包括：发情声、打喷嚏、吃食、尖叫、哼哼、甩耳朵等声音。

所述第一音频采集器2、第二音频采集器3设有若干个。每个猪栏1两侧设置两个音频采集器。在中大型猪场，有多个猪栏1，音频采集器采集距离有限，因此需要设置多个第一音频采集器2、多个第二音频采集器3。为了保证猪发声信号采集的完整性，因此音频采集器设置于猪栏1两侧中部。

设置在猪栏1内部的墙壁红外监测模块4、温湿度传感器5；温湿度传感器5用于采集猪栏1内部环境的温湿度。所述红外监测模块4包括红外发射单元4.1、红外接收单元4.2，当母猪9站立起来时，就会进入红外监测模块4的感应范围，母猪9运动引起位置变化，红外监测模块4的热点原理使得监测到的母猪9身体发出的热辐射温度不同，引起红外监测模块4的输出电压值不同，红外接收单元4.2接收到热辐射状态后，传输给控制器模块11。红外监测模块4的高度等于母猪9站立时尾巴的高度，检测结果更好，防止位置过低或过高时对运动状态记录不准确。所述红外监测模块4的红外发射单元4.1、红外接收单元4.2分别采用红外发射器是IR333C，红外接收器是IRM-3638T。既可以实现收发自测，也可以使用两个模块实现远距离红外通信。

设置于母猪9颈部的速度传感器6、体温传感器7，分别用于采集母猪9的运动量、体温信息。速度传感器2在母猪9运动时会产生规律性振动，可以通过母猪9运动检测速度传感器6振动状态，从而计算出步数，速度传感器2采用飞思卡尔的 MMA7455L速度传感器。体温传感器7采用Silicon Labs的温度传感器Si7051。最大误差仅±0.1℃，而且其功耗极低，1Hz采样频率的电流仅为195nA。该温度传感器采用紧凑型的3mm x 3mm DFN封装。

设置于母猪9上耳朵上的RFID耳标8，RFID耳标8内存有母猪9信息，包括母猪9编号、出生日期、已经生产的仔猪信息。RFID耳标8包括RFID读卡器、蓄电池、存储器。RFID耳标8的存储器内存储有母猪的身份信息，控制器模块11从RFID读卡器获取存储器内存储的母猪9的身份信息，将母猪9的身份信息与监测到的温度、运动状况对应，可以监测每个母猪9的发情状况及体温、运动变化趋势图。

设置在猪栏1的多个距离测量传感器12，距离测量传感器12用于根据设定的测量时间间隔T，测量母猪9与距离测量传感器12的距离。控制器模块11接收输入单元发送来的设置信息，接收距离测量传感器12发送来的距离信息，将距离信息保存在控制器模块11的存储器内作为初始值，控制器模块11将收集到的距离信息进行分析； 输出单元用于将接收到控制器模块11的分析结果输出到报警模块16、远程监控中心15。距离测量传感器12数量为1-100个，距离测量传感器12设置在猪栏1的上部四个顶角和每两个顶角之间的中点位置。设定的测量时间间隔T为0＜时间间隔≤3600秒。距离测量传感器12采用TCRT16-40超声波距离传感器。距离测量传感器12实现母猪发情检测，参照中国专利“母猪发情检测装置和系统”（申请号：201210312336.2；申请日： 20120829）的记载。

所述第一音频采集器2、第二音频采集器3、红外监测模块4、温湿度传感器5、速度传感器6、体温传感器7、RFID耳标8、距离测量传感器12均连接信号处理模块10，所述信号处理模块10连接控制器模块11。为了防止母猪在喝水、洗澡等过程中使设备进水，影响监测结果，红外监测模块4、速度传感器6、体温传感器7、RFID耳标8、温湿度传感器5表面设置有防水密封层。

所述控制器模块11分别连接报警模块16、GSM通讯模块13、无线通讯模块14。

报警模块16采用声光报警装置，报警模块16的主要作用是防止饲养人员没有及时看到提示短信，主要起到警示作用。GSM通讯模块13采用西门子公司的TC53i模块，实现与控制器模块11通讯，用于将数据通过GSM发送短信给饲养人员手机。

所述无线通讯模块14采用Zigbee无线通讯模块或者WIFI通讯模块。

所述控制器模块11是整个装置的核心，完成音频信号的采集、控制、存储、处理以及与外界通讯等功能。选用的是TI公司生产的DSP芯片TMS320V- C5509（简称VC5509），它是一款性价比极高的16位定点DSP，具有多个高性能运算单元，系统时钟为144MHz，指令运算速度高达 1OOMMACS，而且提供丰富的片上扩展接口。

所述信号处理模块10通过无线网络连接控制器模块11，控制器模块11通过无线通讯连接远程监控中心15。远程监控中心15采用PC上位机，可以用于种猪养殖和猪场管理中对母猪的发情监测，可以实现母猪养殖过程中的发情声的在线监测和预警。同时上位机对每一头母猪9的发情信息进建档存储、实时图形化显示，便于后续进行对母猪发情规律进行调用、分析、判断。

所述第一音频采集器2、第二音频采集器3均包括电容式声音传感器、声音采集芯片，电容式声音传感器将采集到的模拟信号处理后传送到声音采集芯片。电容式声音传感器采样频率为30Hz~18kHz，声音采集芯片采用TLV320AIC23B（简称AIC23），它是TI公司的一款高性能立体声音频编解码器芯片，具有48kHz带宽，可以满足包括噪声信号在内的声音信号的采集要求。

所述信号处理模块10包括依次连接的信号放大电路10.1、信号滤波电路10.2、A/D转换电路10.3。所述信号放大电路10.1采用MAX4196芯片，实现传感器检测信号的放大；所述信号滤波电路10.2采用二阶低通ButterWorth滤波电路，滤除传感器信号中的其他干扰杂波；所述A/D转换电路10.3采用ADC0808芯片，实现传感器检测信号的数字转换。

实施步骤：

1）母猪9发声信号采集：分别将第一音频采集器2和第二音频采集器3设置于猪栏1两侧中部，

设置参数如下：采集时长：5s；采样频率：24000Hz；采集通道：双通道；共采集500个母猪发情声样本和500个非发情声样本。

2）母猪发声信号预处理：分别对采集的猪声信号,通过信号处理模块10进行分帧加窗、预加重、语音增强、端点检测，实现猪声音信号的去噪和有效信号检测；

3）样本集划分：对步骤1）采集的母猪发声信号样本按4：1划分为训练集和验证集，样本总数为1000个。

4）识别发情声：控制器模块11对未知母猪发声种类的声音信号进行检测，判断母猪发声是否为发情声，若是发情声，则报警模块16发出警报，并提示猪栏1位置。

Claims (8)

1.一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于该系统包括：

安装在猪栏（1）两侧的多个第一音频采集器（2）、多个第二音频采集器（3）；

设置在猪栏（1）内部的红外监测模块（4）、温湿度传感器（5）；温湿度传感器（5）用于采集猪栏（1）内部环境的温湿度；

设置于母猪（9）上的速度传感器（6）、体温传感器（7），分别用于采集母猪（9）的运动量、体温信息；

设置于母猪（9）上耳朵上的RFID耳标（8），RFID耳标（8）内存有母猪（9）信息，包括母猪（9）编号、出生日期、已经生产的仔猪信息；

设置在猪栏（1）的多个距离测量传感器（12），距离测量传感器（12）用于根据设定的测量时间间隔T，测量母猪（9）与距离测量传感器（12）的距离；

所述第一音频采集器（2）、第二音频采集器（3）、红外监测模块（4）、温湿度传感器（5）、速度传感器（6）、体温传感器（7）、RFID耳标（8）、距离测量传感器（12）均连接信号处理模块（10），所述信号处理模块（10）连接控制器模块（11）。

2.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述控制器模块（11）分别连接报警模块（16）、GSM通讯模块（13）、无线通讯模块（14）。

3.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述信号处理模块（10）通过无线网络连接控制器模块（11），控制器模块（11）通过无线通讯连接远程监控中心（15）。

4.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述第一音频采集器（2）、第二音频采集器（3）均包括电容式声音传感器、声音采集芯片，电容式声音传感器将采集到的模拟信号处理后传送到声音采集芯片。

5.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述红外监测模块（4）包括红外发射单元（4.1）、红外接收单元（4.2），当母猪（9）站立起来时，就会进入红外监测模块（4）的感应范围，母猪（9）运动引起位置变化，红外监测模块（4）的热点原理使得监测到的母猪（9）身体发出的热辐射温度不同，引起红外监测模块（4）的输出电压值不同，红外接收单元（4.2）接收到热辐射状态后，传输给控制器模块（11）。

6.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述信号处理模块（10）包括依次连接的信号放大电路（10.1）、信号滤波电路（10.2）、A/D转换电路（10.3）。

7.根据权利要求2所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述无线通讯模块（14）采用Zigbee无线通讯模块或者WIFI通讯模块。

8.根据权利要求1所述一种基于声学的母猪发情监测系统，其特征在于：所述控制器模块（11）采用TI公司生产的TMS320V- C5509型DSP处理器。