CN215422244U - 一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置。本实用新型涉及畜牧可穿戴设备技术领域，所述装置包括：牲畜可穿戴设备、太阳能供电装置、电源控制装置和系统功能装置；所述太阳能供电装置供电输出端连接牲畜可穿戴设备的供电输入端，所述牲畜可穿戴设备的数据信号输出端连接电源控制装置的数据信号输入端，所述系统功能装置的数据信号输出端连接牲畜可穿戴设备的数据信号输入端；本实用新型传感器选用三轴加速度计，主要用以实现对步频的测量，最终通过步频数据来研究牲畜的健康状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及畜牧可穿戴设备技术领域，是一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置。
背景技术
随着人工智能在畜牧农业领域的应用的发展，智慧牧场系统，应用牲畜可穿戴设备，物联网和大数据等技术，可实现对牲畜牧场，育肥场和养殖场的全面管理。以大型牧场散养牧牛为例，由于牧区面积大，无法对牧牛健康状态进行实施的监测，当发现明显症状后，可能已经错过最佳治疗时间，增大牧场管理成本。因此，通过可穿戴设备实时监控牧牛定位信息，并通过步频来表征牧牛健康状态，实现精准饲养，疫病防控，具有十分重要的应用价值，同时，现有设备续航时间短，无法实现长时间续航。
实用新型内容
本实用新型为了长航时畜牧定位及步频检测可穿戴设备，本实用新型提供了一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，本实用新型提供了以下技术方案：
一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，所述装置包括：牲畜可穿戴设备、太阳能供电装置、电源控制装置和系统功能装置；
所述太阳能供电装置供电输出端连接牲畜可穿戴设备的供电输入端，所述牲畜可穿戴设备的数据信号输出端连接电源控制装置的数据信号输入端，所述系统功能装置的数据信号输出端连接牲畜可穿戴设备的数据信号输入端；
所述太阳能供电装置包括蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板，所述太阳能供电装置接收蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板的输出电压；
所述电源控制装置包括低功耗管理单元和主控单元，所述主控单元控制信号输出端分别连接电源控制装置和系统功能装置控制信号输入端；
所述系统功能装置包括GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器，所述GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器的数据信号输出端分别连接主控单元的数据信号输入端。
优选地，所述太阳能电池板采用柔性SunPower类的电池板，大小为100*60mm，功率为6W。
优选地，所述均衡充电单元为的四串12V磷酸铁锂保护板。
优选地，所述主控单元采用Cotex M3内核的STM32F103处理器。
优选地，所述运动传感器采用三轴加速度计。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型传感器选用三轴加速度计，主要用以实现对步频的测量，最终通过步频数据来研究牲畜的健康状态。即可实现能源可自给自足、可精确定位、可采集步频数据、可对整套系统的用电设备电源进行管理、同时能够将相关数据按一定的通信协议利用Lora扩频技术传输到指定接收设备上的一整套能够独立自主且长航时工作的硬件设备系统。
附图说明
图1为一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1所示，本实用新型提供一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，一一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，所述装置包括：牲畜可穿戴设备、太阳能供电装置、电源控制装置和系统功能装置；
所述太阳能供电装置供电输出端连接牲畜可穿戴设备的供电输入端，所述牲畜可穿戴设备的数据信号输出端连接电源控制装置的数据信号输入端，所述系统功能装置的数据信号输出端连接牲畜可穿戴设备的数据信号输入端；
所述太阳能供电装置包括蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板，所述太阳能供电装置接收蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板的输出电压；
所述电源控制装置包括低功耗管理单元和主控单元，所述主控单元控制信号输出端分别连接电源控制装置和系统功能装置控制信号输入端；
所述系统功能装置包括GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器，所述GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器的数据信号输出端分别连接主控单元的数据信号输入端。
太阳能供电装置，太阳能电池板选择柔性SunPower类型的电池板作为畜牧可穿戴设备的能源提供系统，其大小为100*60mm，其功率大致为6W左右，完全能够满足设备的蓄电和和为用电设备供电的需求。
太阳能电源控制器选用全自动快速MPPT追踪太阳能控制器作为电池和用电设备前端的电压处理模块，把电压整流稳压到一个恒定的电压范围；
当选用锂电池或者镍氢电池时，由于整套电池是由单节电池组成的电池组，因此在充电时必须做好均衡充，这样减小对电池的损伤，本方案选用的四串12V磷酸铁锂保护板作为均衡充；
该设备的电能由太阳能电池板提供，先经过进行稳压整流处理，然后进入蓄电池均衡充电路板进行电能均衡，最后进入蓄电池存储，用其中的一部分点能作为整套设备的电源，另一部分存储于蓄电池中，以备无太阳能时使用；
电源控制模块系统主控单元和低功耗管理单元。畜牧可穿戴设备的主控模块是以具有Cotex M3内核的STM32F103为主处理器的控制单元，主要由电源管理、最小系统、外设接口等组成，通过在主处理器上编程实现外设的控制及相关算法的实现，最终达到需要的功能。低功耗管理模块主要用对对整个系统的用电设备的开关进行管理，当数据传输完成后，通过主控向该模块发送一帧下次导通电源的时间指令，然后关闭通过指令断开电源，系统进入关机状态，当到达预设时间时，该模块会自动导通电源，整个系统恢复了工作状态，然后接着进行正常的工作程序，等执行完毕任务后，在下发下次开启时间指令，然后该模块关闭，进入断电状态，依次循环。
系统功能装置包括GPS定位装置，Lora通信装置和运动传感器组成。GPS定位主要实现对牲畜的定位跟踪，Lora通过扩频技术，通信距离较以往的数传电台(Zigbee模块)远，且概念新颖。利用市面上现有的Lora通信模块，通过相关接口连接到主控模块上，主控单元把需要的数据通过Lora模块传输到指定接收设备上，实现了终端到总控平台之间的通信，传感器模块选用三轴加速度计，主要用以实现对步频的测量，最终通过步频数据来研究牲畜的健康状态。
根据天气情况，当天气晴朗有阳光时，阳光被太阳能电池板转换为电能，先经过太阳能电源控制器进行稳压整流处理，把太阳能板充电时的宽范围电压稳定在一个正常的蓄电池充电范围及主控系统稳定工作的电压范围，防止充电时损坏设备或蓄电池；
然后进入蓄电池均衡充电路板进行电能均衡，最后进入蓄电池存储，用其中的一部分点能作为整套设备的电源，另一部分存储于蓄电池中，以备无太阳能时使用；
系统供电后，开始进行数据采集，包括定位信息和步频数据的原始十六进制数据；
进行数据解算，解算出经纬度、时间、步频等数据；
将所有数据整合，把需要的数据通过Lora模块传输到远程服务系统的指定接收设备上，实现了终端到总控平台之间的通信；
通过低功耗管理单元进行定时控制，当数据传输完成后，通过控制系统发送一帧下次导通电源的时间指令，然后关闭通过指令断开电源，系统进入关机状态，当到达预设时间时，该模块会自动导通电源，整个系统恢复了工作状态，然后接着进行正常的工作程序，等执行完毕任务后，在下发下次开启时间指令，然后关闭，进入断电状态，依次循环。
本发明所述太阳能供电模块中，太阳能电池板选择柔性SunPower类型的电池板作为畜牧可穿戴设备的能源提供系统，其大小为100*60mm，其功率大致为6W左右。其具体参数如下。
(1)工作电压：18V
(2)工作电流：0.6A
(3)开路电压:21.24V
(4)短路电流:0.6A
(5)功率:6W
(6)尺寸：100×60×2mm
(7)重量：0.2kg左右
(8)标准测试条件下测试(STC):
(9)辐射：1000W/m2
(10)1.5倍光谱
太阳能电源控制器选用全自动快速MPPT追踪太阳能控制器作为电池和用电设备前端的电压处理模块，把电压整流稳压到一个恒定的电压范围；
当选用锂电池或者镍氢电池时，由于整套电池是由单节电池组成的电池组，因此在充电时必须做好均衡充，这样减小对电池的损伤，本方案选用的四串12V磷酸铁锂保护板作为均衡充；
该设备的电能由太阳能电池板提供，先经过太阳能电源管理模块进行稳压整流处理，然后进入蓄电池均衡充电路板进行电能均衡，最后进入蓄电池存储，用其中的一部分点能作为整套设备的电源，另一部分存储于蓄电池中，以备无太阳能时使用
本发明所述畜牧可穿戴设备的主控模块是以具有Cotex M3内核的STM32F103为主处理器的控制模块，主要由电源管理、最小系统、外设接口等组成，通过在主处理器上编程实现外设的控制及相关算法的实现，最终达到需要的功能。其参数要求为
供电电压：1.71V-3.6V，带Vbat引脚
最高主频：168MHz
闪存容量；1MB
128KB SDRAM，4KB备份域SRAM，20个32位备份域寄存器
3个I2C模块，兼容SMBus
多大3个通用定时器，可运行在最大系统频率
3个SPI(2个I2S)
6个USART接口
设计为两层PCB板，尺寸大小为小于60*40mm，做好防电磁干扰，所有电子元件一律采用标准型封装，电容电阻等尽量不使用0402封装，接插件一律使用5569插座。
低功耗管理单元主要用对对整个系统的用电设备的开关进行管理，当数据传输完成后，通过主控向该模块发送一帧下次导通电源的时间指令，然后关闭通过指令断开电源，系统进入关机状态，当到达预设时间时，低功耗管理单元会自动导通电源，整个系统恢复了工作状态，然后接着进行正常的工作程序，等执行完毕任务后，在下发下次开启时间指令，然后该模块关闭，进入断电状态，依次循环。其详细参数为
·工作电压：DC5V-DC24V
·输出电压：等于输入电压(关闭输出模式)
·输出电流：小于5000mA(5A，驱动能力强)
·正常工作电流：13mA
·低功耗模式：3.8uA
4、本发明所述GPS定位装置主要实现对牲畜的定位跟踪，其主要参数为
(1)主芯片:ublox UBX-M8030
(2)频率L1,1575.42MHz
(3)协议NMEA 0183v2.3GALILEO L1 open service(with upgrade)Default:GGA,GSA,GSV,RMC
(4)Support:VTG,GLL,TXT ublox binary and NMEA Command
(5)可用波特率1200,4800,9600,19200,38400,57600,112500bps
(6)通道72Internal ROM 3Mbit of ROM and 2Mbit of RAM
(7)灵敏度 跟踪：-167dBm 捕捉：-160dBm 冷启动-148dBm
(8)冷启动 平均26秒 温启动 平均24秒 热启动 平均1秒。
(9)精度 HorizontalPosition:Autonomous<2.5maverage,SBAS<2.0m averageVelocity:0.1m/s Timepulse signal:RMS 30ns
(10)高度 ≦50000米
(11)速度 ≦515m/s
(12)加速度 ≦4G
(13)更新频率 1-10Hz
(14)电源 电源 3.3VDC ±5％
(15)备份电压 1.8～3.6VDC
(16)耗电量 49～55mA
(17)湿度范围 5％to 95％non-condensing
(18)工作温度 -40℃to 80℃
(19)储存温度 -40℃to 80℃
(20)数据速率：9600bps[可选4800，38400]
(21)操作温度:-40℃to+85℃
(22)尺寸:40.0*30.0*10mm
(23)宽电压范围:主电源为+3.5V～+5.5V,自备RTC电源
内建25*25*2mm无源陶瓷天线
Lora通信装置通过扩频技术，通信距离较以往的数传电台(Zigbee模块)远，且概念新颖。利用市面上现有的Lora通信模块，通过相关接口连接到主控模块上，主控模块把需要的数据通过Lora模块传输到指定接收设备上，实现了终端到总控平台之间的通信，在数据传输过程中以透明的方式进行传输，数据传输波特率暂定为9600，传输频率为1次/10分钟。
下位机向上位机传输的数据主要有：(1)设备编号(2)报文编号(3)位置信息(4)运动数据(5)设备电压，其通信协议如下表1：
表1通信协议
以上所述仅是一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置的优选实施方式，一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，其特征是：所述装置包括：牲畜可穿戴设备、太阳能供电装置、电源控制装置和系统功能装置；
所述太阳能供电装置供电输出端连接牲畜可穿戴设备的供电输入端，所述牲畜可穿戴设备的数据信号输出端连接电源控制装置的数据信号输入端，所述系统功能装置的数据信号输出端连接牲畜可穿戴设备的数据信号输入端；
所述太阳能供电装置包括蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板，所述太阳能供电装置接收蓄电池、均衡充电单元、太阳能电源控制器和太阳能电池板的输出电压；
所述电源控制装置包括低功耗管理单元和主控单元，所述主控单元控制信号输出端分别连接电源控制装置和系统功能装置控制信号输入端；
所述系统功能装置包括GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器，所述GPS定位装置、Lora通信装置和运动传感器的数据信号输出端分别连接主控单元的数据信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，其特征是：所述太阳能电池板采用柔性SunPower类的电池板，大小为100*60mm，功率为6W。
3.根据权利要求2所述的一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，其特征是：所述均衡充电单元为的四串12V磷酸铁锂保护板。
4.根据权利要求3所述的一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，其特征是：所述主控单元采用Cotex M3内核的STM32F103处理器。
5.根据权利要求4所述的一种畜牧定位及步频检测可穿戴装置，其特征是：所述运动传感器采用三轴加速度计。
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