CN105044386A - 一种水生动物行为监测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水生动物行为监测传感器，涉及水产养殖环境监控技术领域，所述传感器包括：外壳及内部组件；所述内部组件包括：传感器板、RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述传感器板连接所述RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述无线充电板连接所述充电电池。本发明的水生动物行为监测传感器可附着在水生动物身上，获取水生动物的行为的加速度数据，并将数据上报供工作人员分析和研究，提高了水产养殖环境监控准确度，解决现有水产养殖环境监控仅仅依靠水产养殖经验作为管理标准，准确度不高的问题。

Description

一种水生动物行为监测传感器

技术领域

本发明涉及水产养殖环境监控技术领域，具体涉及一种水生动物行为监测传感器。

背景技术

我国现有的水产养殖环境存在养殖密度过高，养殖水域生态环境日益恶化，养殖对象应激行为增加的问题，严重影响着我国水产品生产质量安全和水产养殖业的可持续发展。而现有水产养殖环境监控仅仅依靠水产养殖经验作为管理标准，很难做到准确可靠。

现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。随着集成电路和微机械加工技术的迅速发展，微传感器的研究和应用得到了极大的促进，其主要优点是：微型化、集成化、低成本、低功耗、可靠性高等。

采用微传感器技术，进行水产养殖对象(河蟹以及锦鲤、河豚等鱼类)的摄食、格斗、繁殖等行为研究，实现对水生动物的行为有效监测，掌握可靠的养殖数据，是科学养殖的要求。

现有的专利文献CN201120348980.6公开了一种基于加速度传感器的动物行为监测***，该***用三轴加速度传感器固定到动物身上，监测动物的行为情况。但是该***存在以下两个技术问题：

1、防水性较差，不能使用于水下动物的行为监测；

2、缺少三轴惯性器，容易出现误差，数据无法对应。

现有的专利文献CN201210122102.1公开了一种基于3D视觉和无线传感技术的水生动物行为监测装置，该装置能够做到对水生动物生存环境高精度模拟；能够保障在封闭环境下对水生动物进行3D视频监测，有效解决了过去类似装置采集视频信息不全面的缺点。但是该装置存在以下两个技术问题：

1、对相机的性能和位置要求较高；

2、对环境的光线要求较高，要得出动物行为的加速度等参数较为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有水产养殖环境监控仅仅依靠水产养殖经验作为管理标准，准确度不高的问题。

为此目的，本发明提出一种水生动物行为监测传感器，包括：外壳及内部组件；所述内部组件包括：传感器板、RFID天线板、无线充电板以及充电电池；

所述传感器板连接所述RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述无线充电板连接所述充电电池。

可选的，所述传感器板上设置有单片机MCU、3D姿态传感器以及RFID模块；

所MCU连接所述3D姿态传感器、RFID模块；

所述RFID模块连接所述RFID天线板。

可选的，所述MCU，包括：RFID接口；

所述MCU通过所述RFID接口连接所述RFID模块。

可选的，所述传感器板上还设置有调试模块；

所述调试模块连接所述MCU。

可选的，所述MCU，包括：调试接口；

所述MCU通过所述调试接口连接所述调试模块。

可选的，所述无线充电板，包括：无线供电模块、充电模块以及电池管理模块；

所述无线供电模块连接所述传感器板以及所述充电模块；

所述充电模块连接所述电池管理模块；

所述充电模块连接所述充电电池。

可选的，所述外壳，包括：第一壳和第二壳；

所述第一壳与所述第二壳过渡配合；

可选的，所述第一壳与所述第二壳过渡配合，包括：

所述第一壳与所述第二壳通过螺纹旋紧。

可选的，所述内部组件还包括：密封圈，用于密封所述第一壳和第二壳的连接处。

可选的，所述内部组件在所述外壳内的摆放位置，包括：

所述RFID天线板、传感器板、充电电池以及无线充电板依次由下到上层叠摆放。

相比于现有技术，本发明的水生动物行为监测传感器可附着在水生动物身上，获取水生动物的行为的加速度数据，并将数据上报供工作人员分析和研究，提高了水产养殖环境监控准确度。

进一步地，本发明的水生动物行为监测传感器能够不间断的连续采集水生动物的行为数据，为工作人员研究水生动物行为提供数据依据。

进一步地，本发明的水生动物行为监测传感器由于其外壳的尺寸小，各内部组件为结构紧凑，构成微传感器。

附图说明

图1为本发明一实施例公开的一种水生动物行为监测传感器内部组件结构图；

图2为本发明一实施例公开的一种水生动物行为监测传感器内部组件中传感器板的结构图；

图3为本发明一实施例公开的一种水生动物行为监测传感器内部组件中无线充电板的结构图；

图4为本发明一实施例公开的一种无线供电模块电路连接关系图；

图5为本发明一实施例公开的一种充电模块的电路图；

图6为本发明一实施例公开的电池管理模块电路图；

图7为本发明一实施例公开的RFID模块电路图；

图8为本发明一实施例公开的3D姿态传感器的电路图；

图9为本发明一实施例公开的第一壳的结构图；

图10为本发明一实施例公开的第一壳的三维图；

图11为本发明一实施例公开的第二壳的结构图；

图12为本发明一实施例公开的第二壳的三维图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例公开一种水生动物行为监测传感器，该传感器可包括：外壳及内部组件。

如图1所示，内部组件包括：传感器板、RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述传感器板连接所述RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述无线充电板连接所述充电电池。

在一个具体的例子中，如图2所示，上述水生动物行为监测传感器的传感器板上设置有单片机MCU、3D姿态传感器以及RFID模块；所述MCU连接所述3D姿态传感器、RFID模块；所述RFID模块连接所述RFID天线板。

上述实施例中的水生动物行为监测传感器可附着在水生动物身上，获取水生动物的行为的加速度数据，并将数据上报供工作人员分析和研究，提高了水产养殖环境监控准确度，解决现有水产养殖环境监控仅仅依靠水产养殖经验作为管理标准，准确度不高的问题。

进一步地，上述实施例中的水生动物行为监测传感器由于配置有无线充电板，能够不间断的连续采集水生动物的行为数据，为工作人员研究水生动物行为提供数据依据。

在一个具体的例子中，所述MCU，包括：RFID接口。所述MCU通过所述RFID接口连接所述RFID模块。

在一个具体的例子中，所述传感器板上还设置有调试模块；所述调试模块连接所述MCU。

在一个具体的例子中，所述MCU，包括：调试接口。所述MCU通过所述调试接口连接所述调试模块。本实施例中，调试接口为JTAG接口，调试模块主要实现MCU在开发过程中仿真调试作用。并且本实施例中，MCU还带有32.768KHz晶振，为MCU提供稳定的计时时钟源，保证MCU数据采集时间的准确度。

在一个具体的例子中，如图3所示，所述无线充电板，包括：无线供电模块、充电模块以及电池管理模块；所述无线供电模块连接所述传感器板以及所述充电模块；所述充电模块连接所述电池管理模块；所述充电模块连接所述充电电池。

在一个具体的例子中，无线供电模块为芯科泰公司的T3168模块无线供电接收方案的改进方案，使得无线供电模块的电路设计简单，供电电流大。如图4所示，无线供电模块电路连接关系为：J1为接入感应线圈，D1、D2对感应电流进行整流，经整流的感应电流的输入置无线供电芯片T3168的输入管脚，采用bulk方式，PWM调制，L1、C40整形输出了稳定的5.0V电压，其中R29与R30产生稳压参考点，再经线性稳压芯片AME8852-AET330降压，输出电压3.3V，其电流最大为150mA。

在一个具体的例子中，对于充电电池为锂电池的情况，考虑锂电池特性，充电时为保护电池，需要对充电电流限制，大约在1.5mA左右，且充电时间可控(可关断)，因此，本实施例中的充电模块为经过电阻优选和增加S9012充电限流模块的充电模块。电阻值优选为既能对电流进行限制，又能实现对充电控制，在电阻选择上根据三级管的放大倍数值，采用了1：6的电阻配比，使充电电流限制为1.5mA。本实施例中的充电模块的电路图如图5所示，当V_SEL拉高置3.0V时，整体电路处于对电池保护状态，相当于充电关断；当V_SEL拉低置0V，对其进行充电。

在一个具体的例子中，为保护电池不被过放电以及当无线供电模块工作时又能保证电流不反灌入充电电池，本实施例中的电池管理模块为增加两颗双通道的MOS管的电池管理模块。如图6所示的电池管理模块电路图，MOS管Q2采用N-MOS构造，保证电池在充电时不进行放电。MOS管Q3的功能为：保证在充电时不通过***电源倒灌入电池导致电池失效。同时，MCU可以控制管脚BAT_CTL拉低关闭掉电池，以保证电池不被过放或充电时不被放电。

在一个具体的例子中，为保障RFID数据的方便、高效的读写，MCU优选为STM8L151C8。

在一个具体的例子中，RFID模块为具有RFID双接口FLASH，相应地，MCU通过I2C与RFID双接口FLASH相连，RFID双接口FLASH采用的是ST的M24L64芯片，它具有I2C同时也能通过ISO15693协议通过RFID天线板与读卡器交换数据。RFID模块电路图如图7所示。

在一个具体的例子中，3D姿态传感器采用了MPU6050芯片，其集成了3轴加速度传感器与3轴惯性器，易于使用，避免实际工程中由于3轴加速度传感器与3轴惯性器在结构上放置导致的误差，数据无法对应的问题。3D姿态传感器的电路图如8所示，MCU通过I2C总线定时访问MPU6050取得3轴加速度数据和3轴惯性数据并加上时间戳进行打包。

在一个具体的例子中，传感器板的PCB图的相关参数如表1所示，无线充电板的PCB图的相关参数如表2所示，RFID天线板的PCB图的相关参数如表3所示。

表1传感器板PCB参数

表2无线充电板PCB参数

表3RFID天线板PCB参数

在一个具体的例子中，所述外壳，包括：第一壳和第二壳；所述第一壳与所述第二壳过渡配合。

在一个具体的例子中，所述第一壳与所述第二壳通过螺纹旋紧。

在一个具体的例子中，所述内部组件还包括：密封圈，用于密封所述第一壳和第二壳的连接处，具有防水性。

在一个具体的例子中，所述内部组件在所述外壳内的摆放位置，包括：所述RFID天线板、传感器板、充电电池以及无线充电板依次由下到上层叠摆放。无线充电线板放置在第一壳外沿。

在一个具体的例子中，第一壳的结构图如图9所示，第一壳的三维图如图10所示，第二壳的结构图如图11所示，第二壳的三维图如图12所示。由于其外壳的尺寸小，各内部组件为结构紧凑，本实施例中的水生动物行为监测传感器构成微传感器。

上述实施例中的水生动物行为监测传感器能够实现水下生物行为的加速度监测，并且能够避免的实际工程中由于3轴加速度传感器与3轴惯性器在结构上放置导致的误差，数据无法对应的问题；此传感器的防水性能好；数据采样周期为1～10秒一次数据；耗电量小且可以充电，一次充电后，可续航5～8小时；结构尺寸直径为3.5cm左右。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种水生动物行为监测传感器，其特征在于，包括：外壳及内部组件；所述内部组件包括：传感器板、RFID天线板、无线充电板以及充电电池；

所述传感器板连接所述RFID天线板、无线充电板以及充电电池；所述无线充电板连接所述充电电池。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器板上设置有单片机MCU、3D姿态传感器以及RFID模块；

所MCU连接所述3D姿态传感器、RFID模块；

所述RFID模块连接所述RFID天线板。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述MCU，包括：RFID接口；

所述MCU通过所述RFID接口连接所述RFID模块。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器板上还设置有调试模块；

所述调试模块连接所述MCU。

5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述MCU，包括：调试接口；

所述MCU通过所述调试接口连接所述调试模块。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述无线充电板，包括：无线供电模块、充电模块以及电池管理模块；

所述无线供电模块连接所述传感器板以及所述充电模块；

所述充电模块连接所述电池管理模块；

所述充电模块连接所述充电电池。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述外壳，包括：第一壳和第二壳；

所述第一壳与所述第二壳过渡配合。

8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述第一壳与所述第二壳过渡配合，包括：

所述第一壳与所述第二壳通过螺纹旋紧。

9.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述内部组件还包括：密封圈，用于密封所述第一壳和第二壳的连接处。

10.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述内部组件在所述外壳内的摆放位置，包括：

所述RFID天线板、传感器板、充电电池以及无线充电板依次由下到上层叠摆放。