WO2019125114A1 - Método y sistema inalámbrico de monitoreo de salud para ganado de engorda mediante el monitoreo de rumia en tiempo real - Google Patents

Método y sistema inalámbrico de monitoreo de salud para ganado de engorda mediante el monitoreo de rumia en tiempo real Download PDF

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Octavio SANCHEZ AROCHA
Jesus Rene VILLALOBOS CANO
Marcos Antonio SANCHEZ GONZALEZ
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Sanchez Arocha Octavio
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61D—VETERINARY INSTRUMENTS, IMPLEMENTS, TOOLS, OR METHODS
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Forestry; Mining

Definitions

  • the present invention has its predominant field of application in embedded systems with wireless communication for monitoring, particularly in the monitoring of health status in cattle fattening based on triaxial acceleration sensors and temperature, powered by electric power generating cells by thermal energy of the animal.
  • Rumination is a proven direct indicator of the health and well-being of bovines. Veterinarians and nutritionists have long trusted that rumination (Come) serves as a key monitor of bovine health. Cows rumble from 450 to 500 minutes per day, and a decrease in rumination time is a clear sign that there is something that affects rumen function or animal welfare. Therefore, monitoring of rumination may offer an early opportunity for diagnosis. An animal that lives under a continuous poor state of health reduces its physical activity, therefore, it does not eat or drink water. Consequently, it does not produce meat. Subsequently, this condition leads to a state of general deterioration of health that invariably ends with death.
  • Registration US201303336 presents a system for controlling and monitoring animals, including the control device system that can be adapted to animals and arranged to communicate with each other.
  • Each control device is capable of determining the position of an animal with respect to a second animal, as well as the distance between animals and the relative movement of animals equipped with the control device.
  • the control device system it also includes a stimulus device that allows stimuli to be applied to an animal or animals based on the relative position, movement and / or distance of the respective animals from each other.
  • JP2008228573 describes a system to control the health of ruminants, is characterized by having an acceleration sensor attached to a collar fitted to the neck of the bovine and used to measure accelerations in the longitudinal direction and a sensor of temperature to measure the temperature of the lower jaw and the body.
  • the state of health, sexual excitement and time of birth of the ruminant can be captured, on the basis of acceleration data and / or temperature data measured with the acceleration sensor and / or the temperature sensor.
  • the patent no. JP2015057067 details a method of control of ruminants to control the behavior of a ruminant includes: a step of obtaining movement information in the jaws that is emitted from a device attached to a peripheral part of the mouth of a ruminant according to an amount of flexion generated by movements of the ruminant jaw; a step of obtaining head inclination information emitted from a device attached to the head of the ruminant according to an amount of inclination generated by the inclination of the head of the ruminant and a step of discrimination between the behaviors of ruminants feeding, ruminating , drink and rest based on the information of movement in the jaws and information of inclination in head of the ruminant.
  • Patent No. CN203206907 describes its utility model as a monitor of activity status and body temperature of the cow is composed of a carapace, a sensor of activity status and body temperature, a microcontroller of a receiver module and integrated wireless transmitter, an antenna printed by PCB and a power module.
  • the body temperature and the activity state of the cows are controlled for a long time and transmitted to a host computer in wireless mode, so that unusual conditions are analyzed and the benefits of the cows and the economic benefits are improved.
  • the patent no. US9370170 calls for a system to remotely monitor a variety of sensors.
  • the systems preferably comprise a plurality of sensors configured to transmit data to a coordinator in a radio link of low power and / or short range.
  • the sensors can be used to provide data on a variety of parameters such as temperature and movements of the animal.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the method for representing the stages of the system for monitoring the health status of beef cattle of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram of the system in question, where the components of the embedded system for monitoring are illustrated in more detail.
  • Figure 3 is a schematic diagram of this invention, where it is illustrated when the animal is drinking.
  • Figure 4 is a schematic diagram of this invention, where it is illustrated when the animal is eating.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of this invention, where the communication between the central server and the embedded system is illustrated.
  • the system starts from the reception of data from the sensors [Block 1A] of triaxial acceleration and temperature.
  • a set of own Wavelet Functions or characteristics of the basic movements of the Livestock [1B] resulting from movement in the different axis of the sensors are implemented.
  • a database [1 E] stores a set of movements characteristic of the behavior of the animal, resulting from the convolution [1 C] of two or more functions characteristic of cattle (FOPG), to identify characteristic events where it eats, drinks, ruminates , rest lying down, rest at rest, walk without stress, walk with stress, walk firmly, walk weakly, jump a fence or copulate, as well as the position of the or objects, people or animals that generate stress in the animal.
  • FOPG functions characteristic of cattle
  • the embedded system for collecting and sending data of the animal as its behavior and temperature includes subsystems such as: a) Sensor of triaxial acceleration (2C) to characterize behavior where you eat (Rumea), lie down, rest at rest, walk without stress, walk with stress, walk firmly, walk weakly, jump a fence or copulate, b) Temperature sensor (2E) for Monitor your body temperature and characterize when you drink water, c) A microcontroller (2B) to collect, analyze, interpret and process sensor data, d) Wireless communication unit (2A) to transmit data to central unit based on low power Bluetooth and e) electrical energy storage unit such as a battery (2D) disposed in the embedded system.
  • a flexible cell that generates electrical energy (2F) and the embedded system is held in a self-adjusting harness (2G) to prevent damage and discomfort to the animal.
  • each animal has an embedded system (5D) which communicates with a module called receiver (5E) via BLE devices (Bluetooth with low energy consumption) and bluetooth protocol (5C). The information is then forwarded to a central server (5A) via TCP / IP (5B) for processing.
  • 5D embedded system
  • BLE devices Bluetooth with low energy consumption
  • 5C bluetooth protocol

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Abstract

La presente invención describe un sistema inalámbrico de monitoreo de salud para ganado de engorda, mediante el monitoreo de rumia basado en sensores de aceleración triaxial y de temperatura, alimentado por celdas generadoras de energía eléctrica mediante energía térmica del animal, caracterizado por: Un sistema embebido para recolección y envió de datos del animal como su comportamiento y temperatura, dispuesto tal sistema estratégicamente en el costado izquierdo justamente en la posición del rumen, dicho sistema embebido incluye subsistemas como: a) Sensor de aceleración triaxial para caracterizar comportamiento donde come (Rumea), descansa acostado, descansa parado, camina sin estrés, camina con estrés, camina firma, camina débil, brinca una cerca o copula, b) Sensor de temperatura para monitorear su temperatura corporal y caracterizar cuando bebe agua, c) Un microcontrolador para recolectar, analizar, interpretar y procesar datos de sensores y d) unidad de comunicación inalámbrica para transmitir datos a unidad central basado en Bluetooth de bajo consumo.

Description

MÉTODO Y SISTEMA INALAMBRICO DE MONITOREO DE SALUD PARA GANADO DE ENGORDA MEDIANTE EL MONITOREO DE RUMIA EN
TIEMPO REAL
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene su campo de aplicación preponderante en sistemas embebidos con comunicación inalámbrica para monitoreo, particularmente en el monitoreo del estado de salud en bovinos de engorda basado en sensores de aceleración triaxial y temperatura, alimentado por celdas generadoras de energía eléctrica mediante energía térmica del animal.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La rumia es un indicador directo comprobado de la salud y el bienestar de bovinos. Los veterinarios y los nutridonistas han confiado durante mucho tiempo que la rumia (Come) sirve como un monitor clave de la salud de bovinos. Las vacas rumean de 450 a 500 minutos por día, y un descenso en el tiempo de rumia es una clara señal de que hay algo que afecta la función del rumen o el bienestar animal. Por lo tanto, el monitoreo de la rumia puede ofrecer una oportunidad temprana para el diagnóstico. Un animal que vive bajo un mal estado de salud continuo reduce su actividad física, por lo tanto, no come ni bebe agua. En consecuencia, no produce carne. Posteriormente, esta condición lo lleva a un estado de deterioro general de la salud que invariablemente termina con la muerte.
En las distintas bases de datos con registros de invenciones se encuentran múltiples patentes relacionadas con métodos y tecnologías relacionadas al sistema de monitoreo del estado de salud de bovinos de engorda en tiempo real de la presente invención. A continuación, se presenta una breve compilación. El registro US201303336 presenta un sistema para controlar y vigilar animales, incluyendo el sistema dispositivo de control que pueden ser adaptados a los animales y dispuestos para comunicarse entre sí. Cada dispositivo de control es capaz de determinar la posición de un animal con respecto a un segundo animal, así como la distancia entre animales y el movimiento relativo de animales equipados con el dispositivo de control. El sistema de dispositivos de control también incluye un dispositivo de estímulo que permite que se apliquen estímulos a un animal o animales basándose en la posición relativa, movimiento y / o distancia de los animales respectivos entre sí.
Así mismo se encuentra la patente No. JP2008228573, describe un sistema para controlar la salud de los rumiantes, se caracteriza por tener un sensor de aceleración unido a un collar ajustado al cuello del bovino y utilizado para medir aceleraciones en la dirección longitudinal y un sensor de temperatura para medir la temperatura de la mandíbula inferior y del cuerpo. El estado de salud, la excitación sexual y el tiempo de nacimiento del rumiante pueden ser captados, sobre la base de datos de aceleración y / o datos de temperatura medidos con el sensor de aceleración y / o el sensor de temperatura.
Similar a la anterior, la patente no. JP2015057067 detalla un método de control de rumiantes para controlar los comportamientos de un rumiante incluye: un paso de obtener información de movimiento en las mandíbulas que se emite desde un dispositivo unido a una parte periférica de la boca de un rumiante de acuerdo con una cantidad de flexión generada por los movimientos de la mandíbula del rumiante; un paso de obtener información de inclinación en la cabeza emitida desde un dispositivo unido a la cabeza del rumiante de acuerdo con una cantidad de inclinación generada por la inclinación de la cabeza del rumiante y un paso de discriminación entre los comportamientos de rumiantes de alimentación, rumia, beber y descanso basados en la información de movimiento en las mandíbulas e información de inclinación en cabeza del rumiante.
La patente No. CN203206907 describe su modelo de utilidad como un monitor de estado de actividad y temperatura corporal de la vaca está compuesto por un caparazón, un sensor de estado de actividad y temperatura corporal, un microcontrolador de un módulo receptor y transmisor inalámbrico integrado, una antena impresa por PCB y un módulo de potencia. La temperatura corporal y el estado de actividad de las vacas se controlan durante un largo tiempo y se transmiten a una computadora anfitriona en modo inalámbrico, de modo que se analizan las condiciones inusuales y se mejoran los beneficios de las vacas y los beneficios económicos.
La patente no. US9370170 reclama un sistema para monitorízar a distancia una variedad de sensores. Los sistemas comprenden preferiblemente una pluralidad de sensores configurados para transmitir datos a un coordinador en un enlace de radiofrecuencia de baja potencia y / o corto alcance. Los sensores pueden usarse para proporcionar datos sobre una variedad de parámetros como temperatura y movimientos del animal.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Breve descripción de las figuras:
La figura 1 es un diagrama esquemático del método para representar las etapas del sistema para monitoreo del estado salud de bovinos de engorda, de la presente invención.
La figura 2 es diagrama esquemático del sistema en cuestión, donde se ilustra más a detalle los componentes del sistema embebido para monitoreo. La figura 3 es un diagrama esquemático de esta invención, donde se ilustra cuando el animal está bebiendo.
La figura 4 es un diagrama esquemático de esta invención, donde se ilustra cuando el animal está comiendo.
La figura 5 es un diagrama esquemático de esta invención, donde se ilustra la comunicación entre el servidor central y el sistema embebido.
Como se ilustra en la figura 1 , el sistema parte de la recepción de datos desde los sensores [Bloque 1A] de aceleración triaxial y de temperatura. Se implementan un conjunto de Funciones Wavelet propias o características de los movimientos básicos del Ganado [1B] resultantes de movimiento en los distintos ejes de los sensores. Una base de datos [1 E] almacena un conjunto de movimientos característicos del comportamiento del animal, resultante de la convolución [1 C] de dos o más funciones ondeletas propias del ganado (FOPG), para identificar eventos característicos donde come, bebe, rumia, descansa acostado, descansa parado, camina sin estrés, camina con estrés, camina firme, camina débil, brinca una cerca o copula, así como la posición del o los objetos, personas o animales que generan estrés en el animal. Una unidad de procesamiento de señales con implementación de transformadas de Wavelet discreta para deconvoludonar las funciones [1C] y extraer los movimientos característicos del animal por segmentos acotados en el tiempo [1D] complementando la identificación de dichos patrones de comportamiento [1F]. Al menos una interface sistema-usuario para despliegue de salida de información describiendo la presencia de al menos un evento característico del animal [1G].
Como se ilustra en la figura 2, el sistema embebido para recolección y envió de datos del animal como su comportamiento y temperatura, dispuesto tal sistema estratégicamente en el costado izquierdo justamente en la posición del rumen, dicho sistema embebido incluye subsistemas como: a) Sensor de aceleración triaxial (2C) para caracterizar comportamiento donde come (Rumea), descansa acostado, descansa parado, camina sin estrés, camina con estrés, camina firme, camina débil, brinca una cerca o copula, b) Sensor de temperatura (2E) para monitorear su temperatura corporal y caracterizar cuando bebe agua, c) Un microcontrolador (2B) para recolectar, analizar, interpretar y procesar datos de sensores, d) unidad de comunicación inalámbrica (2A) para transmitir datos a unidad central basado en Bluetooth de bajo consumo y e) unidad de almacenamiento de energía eléctrica tal como una batería (2D) dispuesta en el sistema embebido. Una celda flexible generadora de energía eléctrica (2F) y el sistema embebido está sujeta mediante un arnés (2G) autoajustable para prevenir daños e incomodidades en el animal.
Como se ilustra en la figura 3, cuando el animal está bebiendo agua (3B) en una gráfica de temperatura vs tiempo, se puede apreciar como en un primer (3B1 ) y segundo (3B2) momento de tiempo cae la temperatura corporal (3A) del animal. Como se ilustra en la figura 4, cuando el animal está rumiando (a) y cuando no lo está (b), en una gráfica de aceleración vs Como se ilustra en la figura 5, cada animal cuenta con un sistema embebido (5D) el cual se comunican con un Módulo denominado receptor (5E) vía dispositivos BLE (Bluetooth de bajo consumo energético) y protocolo bluetooth (5C). Posteriormente se reenvía la información hacia un servidor central (5A) vía TCP/IP (5B) para su procesamiento.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema inalámbrico de monitoreo de salud para ganado de engorda, mediante el monitoreo de rumia basado en sensores de aceleración triaxial y de temperatura, alimentado por celdas generadoras de energía eléctrica mediante energía térmica del animal, caracterizado por:
a. Un sistema embebido para recolección y envió de datos del animal como su comportamiento y temperatura, dispuesto tal sistema estratégicamente en el costado izquierdo justamente en la posición del rumen, dicho sistema embebido incluye subsistemas como:'a) Sensor de aceleración triaxial para caracterizar comportamiento donde come (Rumea), descansa acostado, descansa parado, camina sin estrés, camina con estrés, camina firme, camina débil, brinca una cerca o copula, b) Sensor de temperatura para monitorear su temperatura corporal y caracterizar cuando bebe agua, c) Un microcontrolador para recolectar, analizar, interpretar y procesar datos de sensores, d) unidad de comunicación inalámbrica para transmitir datos a unidad central basado en Bluetooth de bajo consumo y e) unidad de almacenamiento de energía eléctrica tal como una batería dispuesta en el sistema embebido;
b. Al menos un módulo receptor enrutador para recibir datos por Bluetooth de los sensores dispuestos en los animales y posteriormente se reenvía la información hacia un servidor central vía TCP/IP para su procesamiento;
c. Un servidor central que revise los datos transmitidos por el modulo receptor donde se procesa y monitorea el estado de salud y comportamiento de los animales;
d. Un Algoritmo basado en Transformada de Wavelet para descomposición y reconstrucción de la señal enviada por los sensores del sistema embebido y comparada con funciones de Wavelet Propias o características de los movimientos básicos del Ganado resultantes de movimiento para identificar eventos característicos donde come (Rumia), bebe, descansa acostado, descansa parado, camina sin estrés, camina con estrés, camina firme, camina débil, brinca una cerca o copula;
e. Al menos una celda flexible generadora de energía eléctrica basada en las diferencias de temperatura, la temperatura ambiente contra la corporal del animal. f. Al menos una interface sistema-usuario para despliegue de salida de información describiendo la presencia de al menos un evento característico del animal;
2. Un sistema como el indicado en reivindicación 1 , donde el sistema cuenta con base de datos escalable con caracterización de movimientos y patrones de comportamiento predeterminados del animal para su comparación con datos en tiempo real;
3. Un sistema como el indicado en reivindicación 2, donde se implementa un algoritmo de inteligencia artificial para aprendizaje especializado, mediante la identificación de patrones de movimiento colectivo o por grupos para la inferencia de comportamiento individual esperado y su pertenencia a un grupo con comportamiento similar.
4. Un sistema como el indicado en reivindicación 1, donde el sistema embebido y celda generadora están adheridos a la piel del bovino por medio de pegamento y por medio de un arnés auto ajustable para no lastimar e incomodar al animal;
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