CN209789832U - 一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，属于动物体征监测技术领域。本实用新型包括动物体征监测设备；其包括太阳能储电供电模块、STM8单片机模块、动物体征检测模块、LoRa通信模块、LED警示灯模块；太阳能储电供电模块用于提供电能；动物体征检测模块与STM8单片机模块连接，用于向STM8单片机模块发送检测的动物体征数据；STM8单片机模块与LoRa通信模块连接，将数据封装后，通过LoRa通信模块进行无线发送；STM8单片机模块与LED警示灯模块连接。本实用新型解决了牲畜体征难以监护的问题。本检测设备具有超低功耗的特点节能环保。

Description

一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，属于动物体征监测技术领域。

背景技术

嵌入式和物联网技术的深入发展，使人们的生活和生产方式发生了翻天覆地的变化，极大解放了人们的时间和空间。近年来随着传感技术的快速迭代，和低功耗广域网通信产品的问世，使嵌入式终端设备迎来了快速发展的时期，各行业低功耗远程监控设备如雨后春笋般出现。另一方面，随着芯片的功耗逐步降低和诸如光伏产品的清洁能源得到优化升级，使得低功耗设备依靠清洁能源独立供电成为可能。然而，当下这些技术大量部署在工业、制造业等产品附加值高的高新技术行业，在农业、畜牧业等低端产业链的发展较为滞后，大多还是集中化、自动化，但智能化程度很低，并且自动化养殖也更多限制于厂房圈养模式。最近，放养式的生态畜牧养殖受到广泛关注，生态散养的牲畜往往比普通厂房养殖出的牲畜体质健康、肉质紧实、利润可观。但散养牲畜面临难以监护、容易交叉感染等问题，所以往往饲养规模有限、发生群体疫情不易控制等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，该设备主要通过检测牲畜活跃程度和体温两种方式，实现对牲畜全天候的体征状态监护，解决了生态养殖中，牲畜体征难以监护的问题，降低了疾病大范围传播的概率。本检测设备具有超低功耗的特点，且通过太阳能电池板获得并储存全部设备使用所需电能，管理者无需给设备更换电池和充电，节能环保、后期维护成本低。

本实用新型技术方案是：一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，包括动物体征监测设备1；所述动物体征监测设备1包括太阳能储电供电模块1-1、STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5；所述太阳能储电供电模块1-1分别与STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5连接，用于为上述各模块提供电能；动物体征检测模块1-3与STM8单片机模块1-2连接，用于向STM8单片机模块1-2发送检测的动物体征数据；STM8单片机模块1-2与LoRa通信模块1-4连接，将数据封装后，通过LoRa通信模块1-4进行无线发送；STM8单片机模块1-2与LED警示灯模块1-5连接。

还包括LoRa网关2、Azure云服务器3、终端监视设备4；

所述动物体征监测设备1中的LoRa通信模块1-4与LoRa网关2连接，LoRa网关2通过LoRa射频接收动物体征检测设备1发来的数据，并通过在TCP/IP网络传输协议之上的MQTT协议，向Azure云服务器3进行无线转发；

所述Azure云服务器3接收LoRa网关2转发的数据，存储后，通过TCP/IP协议向用户的终端监视设备4分享或展示监视数据和预、报警信息。

所述STM8单片机模块1-2与LED警示灯模块1-5连接；当体征数据出现异常，突破预设的阈值时，点亮LED警示灯，动物体征检测模块1-3用于对动物的运动步数、体温进行实时检测；比如，对体征数据异常、报警阈值的定义可以为：运动步数相比前五天的平均值出现x％以上程度的减少进行预警，出现y％以上程度的减少进行报警，x、y自由设定，默认为x＝5、y＝15；体温偏离该动物种群的正常温度范围进行报警，温度范围根据种群不同自由设定。

所述动物体征监测设备1的外壳采用防水密封设计，IP防护等级为IP54；所述动物体征监测设备1的太阳能电池板使用6V、3W的太阳能电池板，工作电流约500ma；所述动物体征监测设备1的蓄电池采用单节松下18650型号的3400ma容量蓄电池，用户通过插拔自行更换，兼容其它品牌和容量的18650型号蓄电池。

所述太阳能储电供电模块1-1包括CN3063锂电池充电管理芯片U1、DW01锂电池保护芯片U2、8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3、RT9193-33低压差降压芯片U4、太阳能电池板插座接口J1、锂电池插座接口J2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、极性电解电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、绿色发光二极管LED1、红色发光二极管LED2；电路连接方式如下：CN3063锂电池充电管理芯片U1的1号引脚、3号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的2号引脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的4号引脚接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的5号引脚、8号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的6号引脚接绿色发光二极管LED1的负极端，绿色发光二极管LED1的正极端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的7号引脚接红色发光二极管LED2的负极端，红色发光二极管LED2的正极端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；

太阳能电池板插座接口J1的1号端口接电容C1的一端，电容C1的另一端太阳能电池板插座接口J1的2号端口；

DW01锂电池保护芯片U2的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的5号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的2号引脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；DW01锂电池保护芯片U2的3号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的4号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的5号引脚同时接电阻R1的一端、电容C3的一端，电阻R1的另一端接锂电池插座接口J2的2号端口，电容C3的另一端接锂电池插座接口J2的1号端口；DW01锂电池保护芯片U2的6号引脚接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的8号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的2号引脚、3号引脚同时地；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的6号引脚、7号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

锂电池插座接口J2的1号端口接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；锂电池插座接口J2的2号端口接电容C2的一端，电容C2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

RT9193-33低压差降压芯片U4的1号引脚、3号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；RT9193-33低压差降压芯片U4的2号引脚接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的4号引脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的5号引脚接3V3电源正极；电容C5的一端、极性电解电容C6的正极端同时接3V3电源正极，电容C5的另一端、极性电解电容C6的负极端同时接地。

所述STM8单片机模块1-2包括STM8S003F3微处理器芯片U5、程序下载器接口J3、电阻R6、复位开关S1、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、晶振Y1；电路连接方式如下：STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚电阻R6的一端、复位开关S1的一端、电容C7的一端，电阻R6的另一端接3V3电源正极，复位开关S1的另一端、电容C7是另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的5号引脚同时接电容C8的一端、晶振Y1的一端，STM8S003F3微处理器芯片U5的6号引脚同时接电容C9的一端、晶振Y1的另一端，电容C8的另一端、电容C9的另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的7号引脚接3V3电源正极；STM8S003F3微处理器芯片U5的8号引脚接电容C11的一端，电容C11的另一端接地；电容C10的一端接3V3电源正极，电容C10的另一端接地；

程序下载器接口J3的1号端口接3V3电源正极，程序下载器接口J3的2号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚，程序下载器接口J3的3号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的18号引脚，程序下载器接口J3的4号端口接地。

所述动物体征检测模块1-3包括ADXL345三轴加速度传感器芯片U6、MLX90615红外激光温度检测模块U7、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C12；电路连接方式如下：ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的1号引脚、6号引脚接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的2号引脚、4号引脚、5号引脚接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的7号引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的8号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的2号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的9号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的3号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的12号引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的13号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的14号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极；

MLX90615红外激光温度检测模块U7的1号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；MLX90615红外激光温度检测模块U7的3号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极。MLX90615红外激光温度检测模块U7的2号引脚同时接电容C12的一端、3V3电源正极，电容C12的另一端接地；MLX90615红外激光温度检测模块U7的4号引脚接地。

所述LoRa通信模块1-4包括433MHz射频LoRa模块U8、电容C13、电容C14、电容C15、电感L1、433MHz天线接口J4；电路连接方式如下：433MHz射频LoRa模块U8的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、11号引脚、12号引脚、19号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地；433MHz射频LoRa模块U8的13号引脚同时接电容C15的一端、电感L1的一端，电容C15的另一端接地，电感L1的另一端接3V3电源正极，433MHz射频LoRa模块U8的14号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的15号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的15号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的17号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的16号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的16号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的17号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的10号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的18号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的14号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的21号引脚接电容C13的一端，电容C13的另一端同时接433MHz天线接口J4的1号端口、电容C14的一端；电容C14的另一端接地，433MHz天线接口J4的2号端口接地。

所述LED警示灯模块1-5包括74LVC1G08单路与门芯片U9、PC817光电耦合芯片U10、电阻R11、电阻R12、自锁开关S2、整流二极管D1、黄色发光二极管LED3、PNP结三极管Q1；电路连接方式如下：74LVC1G08单路与门芯片U9的1号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的2号引脚同时接自锁开关S2的一端、电阻R12的一端，自锁开关S2的另一端接3V3电源正极，电阻R12的另一端接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的3号引脚接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的4号引脚接PC817光电耦合芯片U10的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的5号引脚接3V3电源正极；

PC817光电耦合芯片U10的2号引脚、3号引脚同时接地；PC817光电耦合芯片U10的4号引脚同时接PNP结三接管Q1的基极b、电阻R11的一端，电阻R11的另一端接3V3电源正极；整流二极管D1的负极端、黄色发光二极管LED3的正极端同时接3V3电源正极，整流二极管D1的正极端、黄色发光二极管LED3的负极端同时接PNP结三极管Q1的发射极e；PNP结三极管Q1的集电极c接地。

本实用新型的有益效果是：该设备主要通过检测牲畜活跃程度和体温两种方式，实现对牲畜全天候的体征状态监护，解决了生态养殖中，牲畜体征难以监护的问题，降低了疾病大范围传播的概率。监测数据能够通过低功耗广域网的LoRa通信技术上传至云端服务器，出现异常时及时推送给管理者终端设备进行预警和报警，实现了远程看护功能；管理者可以通过检查异常报警灯的亮灭，现场快速的筛选出来问题牲畜；更重要的是，本检测设备具有超低功耗的特点，且通过太阳能电池板获得并储存全部设备使用所需电能，管理者无需给设备更换电池和充电，节能环保、后期维护成本低。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构部署图；

图2是本实用新型的电路结构框图；

图3是本实用新型的太阳能储电供电模块电路连接图；

图4是本实用新型的STM8单片机模块电路连接图；

图5是本实用新型的动物体征检测模块电路连接图；

图6是本实用新型的LoRa通信模块电路连接图；

图7是本实用新型的LED警示灯模块电路连接图。

图1-7中各标号：1-动物体征监测设备、2-LoRa网关、3-Azure云服务器、4-终端监视设备、1-1-太阳能储电供电模块、1-2-STM8单片机模块、1-3-动物体征检测模块、1-4-LoRa通信模块、1-5-LED警示灯模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1-7所示，一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，包括动物体征监测设备1；所述动物体征监测设备1包括太阳能储电供电模块1-1、STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5；所述太阳能储电供电模块1-1分别与STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5连接，用于为上述各模块提供电能；动物体征检测模块1-3与STM8单片机模块1-2连接，用于向STM8单片机模块1-2发送检测的动物体征数据；STM8单片机模块1-2与LoRa通信模块1-4连接，将数据封装后，通过LoRa通信模块1-4进行无线发送；STM8单片机模块1-2与LED警示灯模块1-5连接。

还包括LoRa网关2、Azure云服务器3、终端监视设备4；

所述动物体征监测设备1中的LoRa通信模块1-4与LoRa网关2连接，LoRa网关2通过LoRa射频接收动物体征检测设备1发来的数据，并通过在TCP/IP网络传输协议之上的MQTT协议，向Azure云服务器3进行无线转发；

所述Azure云服务器3接收LoRa网关2转发的数据，存储后，通过TCP/IP协议向用户的终端监视设备4分享或展示监视数据和预、报警信息。

所述STM8单片机模块1-2与LED警示灯模块1-5连接；当体征数据出现异常，突破预设的阈值时，点亮LED警示灯，动物体征检测模块1-3用于对动物的运动步数、体温进行实时检测，对体征数据异常、报警阈值的定义为：运动步数相比前五天的平均值出现x％以上程度的减少进行预警，出现y％以上程度的减少进行报警，x、y自由设定，默认为x＝5、y＝15；体温偏离该动物种群的正常温度范围进行报警，温度范围根据种群不同自由设定。

所述动物体征监测设备1的外壳采用防水密封设计，IP防护等级为IP54；所述动物体征监测设备1的太阳能电池板使用6V、3W的太阳能电池板，工作电流约500ma；所述动物体征监测设备1的蓄电池采用单节松下18650型号的3400ma容量蓄电池，用户通过插拔自行更换，兼容其它品牌和容量的18650型号蓄电池。

所述太阳能储电供电模块1-1包括CN3063锂电池充电管理芯片U1、DW01锂电池保护芯片U2、8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3、RT9193-33低压差降压芯片U4、太阳能电池板插座接口J1、锂电池插座接口J2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、极性电解电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、绿色发光二极管LED1、红色发光二极管LED2；电路连接方式如下：CN3063锂电池充电管理芯片U1的1号引脚、3号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的2号引脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的4号引脚接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的5号引脚、8号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的6号引脚接绿色发光二极管LED1的负极端，绿色发光二极管LED1的正极端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的7号引脚接红色发光二极管LED2的负极端，红色发光二极管LED2的正极端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；

太阳能电池板插座接口J1的1号端口接电容C1的一端，电容C1的另一端太阳能电池板插座接口J1的2号端口；

DW01锂电池保护芯片U2的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的5号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的2号引脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；DW01锂电池保护芯片U2的3号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的4号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的5号引脚同时接电阻R1的一端、电容C3的一端，电阻R1的另一端接锂电池插座接口J2的2号端口，电容C3的另一端接锂电池插座接口J2的1号端口；DW01锂电池保护芯片U2的6号引脚接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的8号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的2号引脚、3号引脚同时地；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的6号引脚、7号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

锂电池插座接口J2的1号端口接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；锂电池插座接口J2的2号端口接电容C2的一端，电容C2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

RT9193-33低压差降压芯片U4的1号引脚、3号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；RT9193-33低压差降压芯片U4的2号引脚接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的4号引脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的5号引脚接3V3电源正极；电容C5的一端、极性电解电容C6的正极端同时接3V3电源正极，电容C5的另一端、极性电解电容C6的负极端同时接地。

所述STM8单片机模块1-2包括STM8S003F3微处理器芯片U5、程序下载器接口J3、电阻R6、复位开关S1、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、晶振Y1；电路连接方式如下：STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚电阻R6的一端、复位开关S1的一端、电容C7的一端，电阻R6的另一端接3V3电源正极，复位开关S1的另一端、电容C7是另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的5号引脚同时接电容C8的一端、晶振Y1的一端，STM8S003F3微处理器芯片U5的6号引脚同时接电容C9的一端、晶振Y1的另一端，电容C8的另一端、电容C9的另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的7号引脚接3V3电源正极；STM8S003F3微处理器芯片U5的8号引脚接电容C11的一端，电容C11的另一端接地；电容C10的一端接3V3电源正极，电容C10的另一端接地；

程序下载器接口J3的1号端口接3V3电源正极，程序下载器接口J3的2号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚，程序下载器接口J3的3号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的18号引脚，程序下载器接口J3的4号端口接地。

所述动物体征检测模块1-3包括ADXL345三轴加速度传感器芯片U6、MLX90615红外激光温度检测模块U7、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C12；电路连接方式如下：ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的1号引脚、6号引脚接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的2号引脚、4号引脚、5号引脚接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的7号引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的8号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的2号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的9号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的3号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的12号引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的13号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的14号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极；

MLX90615红外激光温度检测模块U7的1号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；MLX90615红外激光温度检测模块U7的3号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极。MLX90615红外激光温度检测模块U7的2号引脚同时接电容C12的一端、3V3电源正极，电容C12的另一端接地；MLX90615红外激光温度检测模块U7的4号引脚接地。

所述LoRa通信模块1-4包括433MHz射频LoRa模块U8、电容C13、电容C14、电容C15、电感L1、433MHz天线接口J4；电路连接方式如下：433MHz射频LoRa模块U8的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、11号引脚、12号引脚、19号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地；433MHz射频LoRa模块U8的13号引脚同时接电容C15的一端、电感L1的一端，电容C15的另一端接地，电感L1的另一端接3V3电源正极，433MHz射频LoRa模块U8的14号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的15号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的15号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的17号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的16号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的16号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的17号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的10号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的18号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的14号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的21号引脚接电容C13的一端，电容C13的另一端同时接433MHz天线接口J4的1号端口、电容C14的一端；电容C14的另一端接地，433MHz天线接口J4的2号端口接地。

所述LED警示灯模块1-5包括74LVC1G08单路与门芯片U9、PC817光电耦合芯片U10、电阻R11、电阻R12、自锁开关S2、整流二极管D1、黄色发光二极管LED3、PNP结三极管Q1；电路连接方式如下：74LVC1G08单路与门芯片U9的1号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的2号引脚同时接自锁开关S2的一端、电阻R12的一端，自锁开关S2的另一端接3V3电源正极，电阻R12的另一端接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的3号引脚接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的4号引脚接PC817光电耦合芯片U10的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的5号引脚接3V3电源正极；

PC817光电耦合芯片U10的2号引脚、3号引脚同时接地；PC817光电耦合芯片U10的4号引脚同时接PNP结三接管Q1的基极b、电阻R11的一端，电阻R11的另一端接3V3电源正极；整流二极管D1的负极端、黄色发光二极管LED3的正极端同时接3V3电源正极，整流二极管D1的正极端、黄色发光二极管LED3的负极端同时接PNP结三极管Q1的发射极e；PNP结三极管Q1的集电极c接地。

本实用新型的工作原理是：

所述动物体征监测设备1包括太阳能储电供电模块1-1、STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5；其中，太阳能储电供电模块1-1通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，存储在18650蓄电池中，太阳能电池板型号为6V3W，太阳充足时每小时发电量500ma，晴天时一天发电最短5小时，约2000ma左右。

用电模块包括STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3、LoRa通信模块1-4、LED警示灯模块1-5。其中，STM8单片机模块1-2、动物体征检测模块1-3一直处于工作状态，主要耗能芯片为STM8S003F3微处理器芯片U5、ADX L345三轴加速度传感器芯片U6、MLX90615红外激光温度检测模块U7，3.3V供电状态下，每小时耗电最多分别为：5ma、0.023ma、1.3ma，共6.323ma。LoRa通信模块1-4每半小时工作一次，一次工作时常约1分钟，主要耗电模块为433MHz射频LoRa模块U8，发送状态耗能87ma发射功率17dB，待机状态1.7ma。一小时平均耗能约为：120mA/60*2+1.7mA/60*(60-2)＝5.643ma。LED警示灯模块1-5平常处于不工作状态，当动物体征检测模块1-3检测出现异常，且自锁开关S2闭合时，才会点亮黄色发光二极管LED3进行提示，点亮LED。

综上，用电模块正常工作状态下，每小时的耗电总量约为12ma。LED警示灯模块1-5参与工作时，每小时耗电总量约为34ma。一节松下的18650蓄电池电量为3400ma3.6V-4.2V，理论上在无太阳能供电状态下，能够支撑11天以上。太阳能电池板每天可提供约2000ma的电量，在蓄电池完全失电的情况下，即10天没有太阳的极端状况，也只需两天即可完全充满电。所以，该动物体征监测设备1在蓄电池寿命期内，无需人工充电。

LED警示灯模块1-5平常处于不工作状态。当动物体征检测模块1-3检测出现异常，且自锁开关S2闭合时，才会点亮黄色发光二极管LED3进行提示，用户到现场后可以通过黄色发光二极管LED3方便的排查体征出现问题的动物。自锁开关S2和动物体征检测模块1-3检测出现异常的信号通过74LVC1G08单路与门芯片U9的“与门逻辑”进行连接，用户排查后可以关闭自锁开关S2熄灭黄色发光二极管LED3，以达到节省能耗的目的。关闭自锁开关S2不影响动物体征数据的上传。

所述动物体征监测设备1可实现对动物体温和活跃度的监测、数据上传、LED警示灯报警功能，且动物体征监测设备1具有极低的功耗，并且所耗电能完全通过太阳能电池板转化并储存在蓄电池中的电能提供，无需人为充电，蓄电池寿命期内不用更换电池，不用人工给设备充电。LoRa网关2可以主要搭载SX1301、SIM800C两款芯片，使用ARM Cortex-M3内核的芯片作为微处理控制器，主要功能是通过LoRa射频接收动物体征检测设备1发来的数据，并通过在TCP/IP网络传输协议之上的MQTT协议，向微软Azure云服务器3进行无线转发；Azure云服务器3接收LoRa网关2转发的数据，通过TCP/IP协议向用户的终端监视设备4分享或展示监视数据和预、报警信息。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：包括动物体征监测设备(1)；所述动物体征监测设备(1)包括太阳能储电供电模块(1-1)、STM8单片机模块(1-2)、动物体征检测模块(1-3)、LoRa通信模块(1-4)、LED警示灯模块(1-5)；所述太阳能储电供电模块(1-1)分别与STM8单片机模块(1-2)、动物体征检测模块(1-3)、LoRa通信模块(1-4)、LED警示灯模块(1-5)连接，用于为上述各模块提供电能；动物体征检测模块(1-3)与STM8单片机模块(1-2)连接，用于向STM8单片机模块(1-2)发送检测的动物体征数据；STM8单片机模块(1-2)与LoRa通信模块(1-4)连接，将数据封装后，通过LoRa通信模块(1-4)进行无线发送；STM8单片机模块(1-2)与LED警示灯模块(1-5)连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：还包括LoRa网关(2)、Azure云服务器(3)、终端监视设备(4)；

所述动物体征监测设备(1)中的LoRa通信模块(1-4)与LoRa网关(2)连接，LoRa网关(2)通过LoRa射频接收动物体征监测设备(1)发来的数据，并通过在TCP/IP网络传输协议之上的MQTT协议，向Azure云服务器(3)进行无线转发；

所述Azure云服务器(3)接收LoRa网关(2)转发的数据，存储后，通过TCP/IP协议向用户的终端监视设备(4)分享或展示监视数据和预、报警信息。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述动物体征监测设备(1)的外壳采用防水密封设计，IP防护等级为IP54；所述动物体征监测设备(1)的太阳能电池板使用6V、3W的太阳能电池板，工作电流约500ma；所述动物体征监测设备(1)的蓄电池采用单节松下18650型号的3400ma容量蓄电池，用户通过插拔自行更换，兼容其它品牌和容量的18650型号蓄电池。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述太阳能储电供电模块(1-1)包括CN3063锂电池充电管理芯片U1、DW01锂电池保护芯片U2、8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3、RT9193-33低压差降压芯片U4、太阳能电池板插座接口J1、锂电池插座接口J2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、极性电解电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、绿色发光二极管LED1、红色发光二极管LED2；电路连接方式如下：CN3063锂电池充电管理芯片U1的1号引脚、3号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的2号引脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；CN3063锂电池充电管理芯片U1的4号引脚接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的5号引脚、8号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的6号引脚接绿色发光二极管LED1的负极端，绿色发光二极管LED1的正极端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；CN3063锂电池充电管理芯片U1的7号引脚接红色发光二极管LED2的负极端，红色发光二极管LED2的正极端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的1号端口；

太阳能电池板插座接口J1的1号端口接电容C1的一端，电容C1的另一端太阳能电池板插座接口J1的2号端口；

DW01锂电池保护芯片U2的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的5号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的2号引脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地；DW01锂电池保护芯片U2的3号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的4号引脚；DW01锂电池保护芯片U2的5号引脚同时接电阻R1的一端、电容C3的一端，电阻R1的另一端接锂电池插座接口J2的2号端口，电容C3的另一端接锂电池插座接口J2的1号端口；DW01锂电池保护芯片U2的6号引脚接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的1号引脚接8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的8号引脚；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的2号引脚、3号引脚同时地；8025A增强型N沟道MOS场效应管芯片U3的6号引脚、7号引脚同时接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

锂电池插座接口J2的1号端口接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；锂电池插座接口J2的2号端口接电容C2的一端，电容C2的另一端接太阳能电池板插座接口J1的2号引脚；

RT9193-33低压差降压芯片U4的1号引脚、3号引脚同时接锂电池插座接口J2的2号端口；RT9193-33低压差降压芯片U4的2号引脚接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的4号引脚接电容C4的一端，电容C4的另一端接地；RT9193-33低压差降压芯片U4的5号引脚接3V3电源正极；电容C5的一端、极性电解电容C6的正极端同时接3V3电源正极，电容C5的另一端、极性电解电容C6的负极端同时接地。

5.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述STM8单片机模块(1-2)包括STM8S003F3微处理器芯片U5、程序下载器接口J3、电阻R6、复位开关S1、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、晶振Y1；电路连接方式如下：STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚电阻R6的一端、复位开关S1的一端、电容C7的一端，电阻R6的另一端接3V3电源正极，复位开关S1的另一端、电容C7是另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的5号引脚同时接电容C8的一端、晶振Y1的一端，STM8S003F3微处理器芯片U5的6号引脚同时接电容C9的一端、晶振Y1的另一端，电容C8的另一端、电容C9的另一端同时接地；STM8S003F3微处理器芯片U5的7号引脚接3V3电源正极；STM8S003F3微处理器芯片U5的8号引脚接电容C11的一端，电容C11的另一端接地；电容C10的一端接3V3电源正极，电容C10的另一端接地；

程序下载器接口J3的1号端口接3V3电源正极，程序下载器接口J3的2号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的4号引脚，程序下载器接口J3的3号端口接STM8S003F3微处理器芯片U5的18号引脚，程序下载器接口J3的4号端口接地。

6.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述动物体征检测模块(1-3)包括ADXL345三轴加速度传感器芯片U6、MLX90615红外激光温度检测模块U7、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C12；电路连接方式如下：ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的1号引脚、6号引脚接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的2号引脚、4号引脚、5号引脚接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的7号引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的8号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的2号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的9号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的3号引脚；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的12号引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的13号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；ADXL345三轴加速度传感器芯片U6的14号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极；

MLX90615红外激光温度检测模块U7的1号引脚同时接电阻R8的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的11号引脚，电阻R8的另一端接3V3电源正极；MLX90615红外激光温度检测模块U7的3号引脚同时接电阻R7的一端、STM8S003F3微处理器芯片U5的12号引脚，电阻R7的另一端接3V3电源正极，MLX90615红外激光温度检测模块U7的2号引脚同时接电容C12的一端、3V3电源正极，电容C12的另一端接地；MLX90615红外激光温度检测模块U7的4号引脚接地。

7.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述LoRa通信模块(1-4)包括433MHz射频LoRa模块U8、电容C13、电容C14、电容C15、电感L1、433MHz天线接口J4；电路连接方式如下：433MHz射频LoRa模块U8的1号引脚、2号引脚、3号引脚、4号引脚、11号引脚、12号引脚、19号引脚、20号引脚、22号引脚同时接地；433MHz射频LoRa模块U8的13号引脚同时接电容C15的一端、电感L1的一端，电容C15的另一端接地，电感L1的另一端接3V3电源正极，433MHz射频LoRa模块U8的14号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的15号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的15号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的17号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的16号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的16号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的17号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的10号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的18号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的14号引脚；433MHz射频LoRa模块U8的21号引脚接电容C13的一端，电容C13的另一端同时接433MHz天线接口J4的1号端口、电容C14的一端；电容C14的另一端接地，433MHz天线接口J4的2号端口接地。

8.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的动物体征监测嵌入式设备，其特征在于：所述LED警示灯模块(1-5)包括74LVC1G08单路与门芯片U9、PC817光电耦合芯片U10、电阻R11、电阻R12、自锁开关S2、整流二极管D1、黄色发光二极管LED3、PNP结三极管Q1；电路连接方式如下：74LVC1G08单路与门芯片U9的1号引脚接STM8S003F3微处理器芯片U5的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的2号引脚同时接自锁开关S2的一端、电阻R12的一端，自锁开关S2的另一端接3V3电源正极，电阻R12的另一端接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的3号引脚接地；74LVC1G08单路与门芯片U9的4号引脚接PC817光电耦合芯片U10的1号引脚；74LVC1G08单路与门芯片U9的5号引脚接3V3电源正极；

PC817光电耦合芯片U10的2号引脚、3号引脚同时接地；PC817光电耦合芯片U10的4号引脚同时接PNP结三接管Q1的基极b、电阻R11的一端，电阻R11的另一端接3V3电源正极；整流二极管D1的负极端、黄色发光二极管LED3的正极端同时接3V3电源正极，整流二极管D1的正极端、黄色发光二极管LED3的负极端同时接PNP结三极管Q1的发射极e；PNP结三极管Q1的集电极c接地。