CN209107356U

CN209107356U - 一种采集牲畜活动量的装置和***

Info

Publication number: CN209107356U
Application number: CN201820509167.4U
Authority: CN
Inventors: 闫高亮
Original assignee: Makino Inner Mongolia Xin Guang Information Technology Co Ltd
Current assignee: Makino Inner Mongolia Xin Guang Information Technology Co Ltd
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2028-04-11

Abstract

本实用新型公开了一种采集牲畜活动量的装置和***。该装置包括：气泡传感器、处理器和无线通信模块；气泡传感器包括：腔体、红外发射管、红外接收管和转换电路；红外发射管用于发射红外信号；红外接收管用于接收红外发射管发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号输出给转换电路；转换电路用于将电流信号转换为电压信号并输出；处理器，用于控制红外发射管发射红外信号，以及用于采集转换电路输出的电压值，根据所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息；无线通信模块，用于将来自处理器的活动量信息通过无线通信方式发送出去。本实用新型可根据采集到的红外接收管的电压值得到牲畜的活动量情况，准确有效，方便牧场管理。

Description

一种采集牲畜活动量的装置和***

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种采集牲畜活动量的装置和***。

背景技术

在畜牧业中，对牲畜的活动量检测具有重要的意义。例如，通过分析牲畜的活动量可以及时发现牲畜是否处于发情、发病等状态，从而使得牧场管理人员可以及时采取相应的应对措施。因此，牧场管理人员希望可以快速、准确地了解牲畜的活动量。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的采集牲畜活动量的装置和***。

依据本实用新型的一个方面，提供了一种采集牲畜活动量的装置，该装置包括：气泡传感器、处理器和无线通信模块；所述气泡传感器包括：腔体、红外发射管、红外接收管和转换电路；

所述红外发射管和所述红外接收管设置在腔体的两侧；所述腔体内装载有一定量的指定液体，使得在所述腔体中所述指定液体和空气各占一定比例；所述红外发射管用于发射红外信号；红外发射管所发射的红外信号经过所述腔体中的指定液体和空气到达红外接收管；所述红外接收管用于接收所述红外发射管发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号输出给转换电路；所述转换电路用于将电流信号转换为电压信号并输出；

所述处理器，用于控制所述红外发射管发射红外信号，以及用于采集所述转换电路输出的电压值，根据所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息；

无线通信模块，用于将来自处理器的活动量信息通过无线通信方式发送出去。

可选地，所述处理器包括：

红外发射控制模块，用于向所述红外发射管发送发射红外信号的控制信号；

电压采集模块，用于采集所述转换电路输出的电压值；

中心控制模块，用于控制所述红外发射控制模块发送控制信号，以及用于根据电压采集模块所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息。

可选地，所述中心控制模块，用于将电压采集模块所采集的电压值直接作为活动量信息发送给无线通信模块；

或者，

所述中心控制模块，用于根据电压采集模块在预设时间内所采集的电压值计算出一个活动量值发送给无线通信模块。

可选地，所述中心控制模块，具体用于统计预设时间内所采集的所有电压值中的表示有活动的电压值的个数，将统计的表示有活动的电压值的个数与预设时间内所采集的所有电压值的个数之间的比值作为活动量值。

可选地，所述腔体为圆柱体容置腔或者球形容置腔。

可选地，所述腔体的材质是透明的玻璃或者塑料。

可选地，所述腔体两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管和所述红外接收管。

可选地，所述装置在被使用时佩戴在牲畜的身上。

依据本实用新型的另一个方面，提供了一种采集牲畜活动量的***，其特征在于，该***包括：服务器和多个上述的采集牲畜活动量的装置；

其中，各采集牲畜活动量的装置将数据通过无线通信方式发送至服务器；

所述服务器用于对来自采集牲畜活动量的装置的数据进行分析处理，根据分析结果确定相应牲畜的发情和/或健康状态。

可选地，所述采集牲畜活动量的装置通过基于蜂窝的窄带物联网的通信协议直接与服务器进行通信；

或者，

所述采集牲畜活动量的装置通过基站与服务器进行通信。

由上述可知，本实用新型的技术方案，处理器控制所述红外发射管发射红外信号，牲畜在活动过程中，气泡传感器中红外发射管所发射的红外信号经过腔体中的指定液体和空气到达红外接收管的路径发生变化，使得红外接收管根据红外信号产生的电流信号发生变化，转换电路将电流信号转换为电压值并输出至处理器，处理器根据所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息。该技术方案可以根据采集到的红外接收管的电压值得到牲畜的活动量，准确有效，有益于对牲畜的健康、发情等状态做出准确的判断，提高牲畜饲养的自动化程度和精细化程度，方便牧场管理。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的一种采集牲畜活动量的装置的功能结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的一种气泡传感器的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的另一种气泡传感器的结构示意图；

图4出了根据本实用新型一个实施例的一种处理器的功能结构示意图；

图5示出了根据本实用新型一个实施例中的100秒内采集到红外接收管的电压值的模拟仿真图；

图6示出了根据本实用新型一个实施例的一种采集牲畜活动量的***的结构示意图；

图7示出了根据本实用新型一个实施例的另一种采集牲畜活动量的***的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

牲畜发情鉴定是牧场生产及繁育管理的重要环节，通过监测牲畜发情时生理指标的变化进行发情鉴定，不但准确性高，同时还减少了人为观察可造成的失误，节约了劳动力成本，能够显著提高牧场的繁殖管理效率。牲畜在发情时活动量会显著增加，而生病时活动量则会显著降低。研究表明，牲畜发情时的活动量比非发情时高2-3倍。因此，活动量是检测牲畜发情及牲畜健康状态的科学指标，采集牲畜的活动量具有重要的意义。

图1示出了根据本实用新型一个实施例的一种采集牲畜活动量的装置的结构示意图，如图1所示，采集牲畜活动量的装置100包括气泡传感器110、处理器110_3和无线通信模块130。图2示出了根据本实用新型一个实施例的一种气泡传感器的结构示意图，如图2所示，气泡传感器110包括：腔体110_1、红外发射管110_2、红外接收管110_3和转换电路(图中未画出)；红外发射管110_2和红外接收管110_3设置在腔体110_1的两侧；腔体110_1内装载有一定量的指定液体，使得在腔体110_1中指定液体和空气各占一定比例；红外发射管110_2用于发射红外信号；红外发射管110_2所发射的红外信号经过腔体110_1中的指定液体和空气到达红外接收管110_3；红外接收管110_3用于接收红外发射管110_2发射出来的红外信号，并根据红外信号产生相应的电流信号输出给转换电路；转换电路用于将电流信号转换为电压信号并输出；

处理器110_3，用于控制红外发射管110_2发射红外信号，以及用于采集所述转换电路输出的电压值，根据所采集的电压值向无线通信模块130发送活动量信息；

无线通信模块130，用于将来自处理器的活动量信息通过无线通信方式发送出去。

在本实施例中，采集牲畜活动量装置可以安装在牲畜身上不易脱落、不影响牲畜行动的部位，优选地，可以固定在牲畜的脖颈正下方的位置。具体地，可以通过绑带绑定在牲畜身上。

可见，本实用新型的技术方案，处理器控制所述红外发射管发射红外信号，牲畜在活动过程中，气泡传感器中红外发射管所发射的红外信号经过腔体中的指定液体和空气到达红外接收管的路径发生变化，使得红外接收管根据红外信号产生的电流信号发生变化，转换电路将电流信号转换为电压值并输出至处理器，处理器根据所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息。该技术方案可以根据采集到的红外接收管的电压值得到牲畜的活动量，准确有效，有益于对牲畜的健康、发情等状态做出准确的判断，提高牲畜饲养的自动化程度和精细化程度，方便牧场管理。

图3示出了根据本实用新型一个实施例的另一种气泡传感器的结构示意图，如图2和图3所示，气泡传感器110的腔体110_1为球形容置腔或者圆柱体容置腔。当腔体110_1为球形容置腔时，红外接收管110_3与红外发射管110_2之间的连线不经过球形容置腔的中心点O。红外接收管110_3与红外发射管110_2之间的连线为P3，红外发射管110_2与球形容置腔中心点O之间的连线为P2，红外接收管110_3与球形容置腔中心点O之间的连线为P1，在腔体110_1两侧设置红外接收管110_3与红外发射管110_2的过程中，需要保证P3不经过球形容置腔的中心点O，也就是说P1与P2之间成一定的夹角。这样设置的目的在于，使得红外发射管发射的红外信号到达红外接收管的路径不经过所述球形容置腔的中心，需要说明的是，若红外发射管发射110_2的红外信号到达红外接收管110_3的路径经过所述球形容置腔的中心，则红外接收管110_3接收红外发射信号后将不会产生相应的电流变化，将无法实时精确的采集被测物体的运动量。在此，需要进一步说明的是，腔体110_1的材质是透明的玻璃或者塑料。腔体110_1两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管110_2和所述红外接收管110_3。当腔体110_1为圆柱体容置腔时，图2为该圆柱体容置腔的横截面，圆柱体容置腔相比于球形容置腔更便于固定。转换电路包括采样电阻和A/D转换电路；采样电阻，用于将红外接收管的电流信息转化为电压模拟信息；A/D转换电路，用于将电压模拟信息转化为电压数字信息，并将电压数字信息发送给处理器。在本实用新型的另外一个实施例中，转换电路包括采样电阻，由采样电阻将红外接收管的电流信息转化为电压模拟信息，并将该电压模拟信息发送至自带有A/D转换功能的处理器。在实际应用中，如果处理器自带有A/D转换功能，则转换电路包括采样电阻；如果处理器不自带有A/D转换功能，则转换电路包括采样电阻和A/D转换电路。

仍如图2所示，上述气泡传感器110的工作原理是：当运动传感器垂直静止时，红外发射管110_2发射的红外信号经过的所述腔体内的液体与空气的比例是固定的，所以红外接收管110_3接收固定的红外信号；当该运动传感器向某一方向运动时，由于重力作用，所述腔体110_1内液体的液位发生变化，使得所述红外发射管110_2发射的红外信号经过的所述腔体110_1内的液体与空气的比例发生变化，导致所述红外接收管110_3接收的信号发生变化，进而判断被测物体是否产生了运动。本实施例中的气泡传感器设计成本低廉、操作便捷。

图4出了根据本实用新型一个实施例的一种处理器的功能结构示意图，如图4所示：该处理器120包括：红外发射控制模块121，用于向红外发射管110_2发送发射红外信号的控制信号；电压采集模块122，用于采集转换电路输出的电压值；中心控制模块123，用于控制红外发射控制模块121发送控制信号，以及用于根据电压采集模块122所采集的电压值向无线通信模块130发送活动量信息。

在本实施例中，中心控制模块123有以下两种工作模式：

第一种工作模式为：

中心控制模块123，用于将电压采集模块122所采集的电压值直接作为活动量信息发送给无线通信模块130。也就是说，采集牲畜活动量的装置100的中心控制模块123不对采集的电压值进行复杂的处理，直接将采集到的电压值通过无线通信模块130发送出去，从而降低对采集牲畜活动量的装置硬件成本的要求。具体地，采集牲畜活动量的装置100直接将采集到的电压值发送至服务器，由服务器对接收到的电压值进行分析处理，判断该牲畜是否处于发情状态，如果检测到牲畜处于发情状态，则发送预警信息给牧场育种员，方便牧场育种员及时处理。当然，也可以通过监测到的牲畜的活动量对牲畜的健康等状态进行判断，当判断出牲畜的健康等状态出现异常时，进行预警处理，提高牲畜饲养的自动化程度和精细化程度。

第二种工作模式为：

中心控制模块123，用于根据电压采集模块122在预设时间内所采集的电压值计算出一个活动量值发送给无线通信模块130。具体地，中心控制模块123统计预设时间内所采集的所有电压值中的表示有活动的电压值的个数，将统计的表示有活动的电压值的个数与预设时间内所采集的所有电压值的个数之间的比值作为活动量值。假设，采集牲畜活动量的装置100中的电压采集模块122每秒采集10个电压值，则1分钟采集600个电压值，5分钟采集3000个电压值，则中心控制模块123根据该3000个电压值统计其中的表示有活动的电压值个数，例如2700个(即3000个电压值中有2700个电压值表示牲畜动了，另外3000个电压值表示牲畜没有动)，则确定出牲畜的5分钟活动量为2700/3000，即0.9或90％。以此类推，据此方法获取该牲畜每小时的活动量为0.9*12＝10.8、每天的活动量为10.8*12＝129.6、以及每周的活动量为129.6*7＝907.2。本实施例中，中心控制模块123将在预设时间(例如5分钟)内所采集的活动量0.9或90％发送给无线通信模块130，再由无线通信模块130将该活动量发送至服务器，服务器接收采集牲畜活动量的装置100每小时发送的活动量，并将该活动量存储在存储器中，服务器对数据库中每周的活动量进行分析，判断该牲畜是否处于发情状态。如果检测到牲畜处于发情状态(例如，假设发情活动量阈值为850，由于907.2大于850，则确定该牲畜处于发情状态)，则发送预警信息给牧场育种员，方便牧场育种员及时处理。当然，也可以通过监测到的牲畜的活动量对牲畜的健康等状态进行判断，当判断出牲畜的健康等状态出现异常时，进行预警处理，提高牲畜饲养的自动化程度和精细化程度。

需要说明的是，中心控制模块123在运行第一种工作模式时，即，中心控制模块123将电压采集模块122所采集的电压值直接作为活动量信息通过无线通信模块130发送给服务器后，服务器根据电压值分析活动量的方式可以与中心控制模块123在运行第二种工作模式时根据电压值分析活动量的方式相同，对服务器根据电压值分析活动量的方式不作限定。

在本实用新型的一个实施例中，中心控制模块123或者服务器可以采用如下方法对采集到的电压值进行处理：累加一定时间内接收到的电压值，并将累加得到的电压值保存到所述存储单元，计算每两个相同间隔的累加值的差值x_(n+m)-x_n，将所述差值的绝对值|x_(n+m)-x_n|与第一预设值进行比较，若|x_(n+m)-xn|大于第一预设值，继续判断x_(n+m)-x_n是否大于零，若是，记录x_(n+m)为最大值；若否，记录x_(n+m)为最小值；重复上述操作，当所述累加值从上升阶段进入下降阶段时，确定不等于初始值的所述最大值和所述最小值；计算所述最大值与所述最小值的差值，并将所述最大值与最小值的差值与第二预设值进行比较，若所述差值大于第二预设值，那么记录一个活动量；若所述差值小于第二预设值，那么不记录活动量；将所述最大值与所述最小值设置为初始值，重复上述操作。具体地，图5示出了根据本实用新型一个实施例中的100秒内采集到红外接收管的电压值的模拟仿真图，如图5所示，每一个点就代表每1秒的电压值是红外接收管1秒内接收到红外发射管发射的20个红外信号产生的电流对应的20个电压采样值累加之后的和。采集到如图5所示的100个数据后，进行如下处理以计算量化后的活动量：为了便于描述，以1组数据为例，假如这组数据为：X₁＝3、X₂＝5、X₃＝3、X₄＝1、X₅＝7、X₆＝3和X₇＝2，为了防止采集到的数据变化不明显，利用公式x_(n+m)-x_n计算每间隔1秒的数值的差值，即令m＝2，n＝1ˉ7，并令最大值的初始值为0，最小值的初始值为10，第一预设值为1，第二预设值为5；计算X₃-X₁＝0、X₄-X₂＝-4、X₅-X₃＝4、X₆-X₄＝2、X₇-X₅＝-5，计算得出X₄-X₂的绝对值大于第一预设值1，且X₄-X₂小于0，且X₄小于最小值的初始值10，则记录X₄为最小值；计算得出X₅-X₃的绝对值大于第一预设值1，且X₅-X₃大于0，且X₅大于最大值的初始值0，则记录X₅为最大值；计算得出X₆-X₄的绝对值大于第一预设值1，且X₆-X₄大于0，但是X₆小于X₅，因此，此时的最大值依旧为X₅；计算得出X₇-X₅的绝对值大于第一预设值1，且X₇-X₅小于0，则判断为此时的数据从上升阶段变化到下降阶段，计算最大值X₅与最小值X₄的差值，即计算X₅-X₄＝6。进而判断出X₅-X₄的差值大于第二预设值5，则计数一个活动量。每计数一个运动量后，就将最大值和最小值设置为初始值，重复上述操作，找到下一时间内的最大值和最小值。利用这种所述的方法，分析图5中的数据，将第一预设值设置为5，第二预设值设置为50，最大值的初始值设置为0，最小值的初始值设置为9999，那么可计算获得9个活动量。据此方法可以计算出每个小时的活动量。需要说明的是，第一预设值设置的目的在于找到一定时间内的最大值和最小值；第二预设值设置的目的是为了将小小的波动排除，精确计数运动量，提高运动传感器的灵敏度。

图6示出了根据本实用新型一个实施例的另一种采集牲畜活动量的***的结构示意图，如图6所示，该***包括：服务器510和多个如图1所示的采集牲畜活动量的装置100；

其中，各采集牲畜活动量的装置100将数据通过无线通信方式发送至服务器510；

所述服务器510用于对来自采集牲畜活动量的装置100的数据进行分析处理，根据分析结果确定相应牲畜的发情和/或健康状态。

具体地，所述采集牲畜活动量的装置100通过基于蜂窝的窄带物联网的通信协议直接与服务器进行通信。其中，基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet ofThings,NB-IoT)只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本。在牲畜饲养中应用NB-IoT可降低牧场管理的成本，并保证采集牲畜活动量的***的稳定、有效运行。

另外，图7示出了根据本实用新型一个实施例的另一种采集牲畜活动量的***的结构示意图，如图7所示，所述采集牲畜活动量的装置100通过基站520与服务器510进行通信。具体地，采集牲畜活动量的装置100佩戴在牲畜脖颈位置。基站520安装在牧场。一个基站520可以接收多个采集牲畜活动量的装置100的数据，基站520与采集牲畜活动量的装置100通过Zigbee，WiFi或其他自主网络(频段是免牌照频段)等多种方式进行数据传输。基站520还可以包括互联网接入模块，例如使用TCP/IP协议，具体地，互联网接入方案包括但不限于GPRS、3G、4G、WiFi和有线等方式。基站520汇总各个采集牲畜活动量的装置100采集的数据后发送到服务器510中，服务器510将采集牲畜活动量的装置100采集的数据存储在数据库中，并根据采集牲畜活动量的装置100采集的数据分析牲畜的行为，判断牲畜的健康、发情等状态。

采集牲畜活动量的装置100可以通过包括但不限于GPRS、3G、4G、WiFi和有线等方式与基站进行通信，基站520也可以通过包括但不限于GPRS、3G、4G、WiFi和有线等方式与服务器进行通信。

综上所述，本实用新型的技术方案，处理器控制所述红外发射管发射红外信号，牲畜在活动过程中，气泡传感器中红外发射管所发射的红外信号经过腔体中的指定液体和空气到达红外接收管的路径发生变化，使得红外接收管根据红外信号产生的电流信号发生变化，转换电路将电流信号转换为电压值并输出至处理器，处理器根据所采集的电压值向无线通信模块发送活动量信息。该技术方案可以根据采集到的红外接收管的电压值得到牲畜的活动量，准确有效，有益于对牲畜的健康、发情等状态做出准确的判断，提高牲畜饲养的自动化程度和精细化程度，方便牧场管理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种采集牲畜活动量的装置，其特征在于，该装置包括：气泡传感器、处理器和无线通信模块；所述气泡传感器包括：腔体、红外发射管、红外接收管和转换电路；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器包括：

电压采集模块，用于采集所述转换电路输出的电压值；

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述中心控制模块，用于将电压采集模块所采集的电压值直接作为活动量信息发送给无线通信模块；

或者，

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述中心控制模块，具体用于统计预设时间内所采集的所有电压值中的表示有活动的电压值的个数，将统计的表示有活动的电压值的个数与预设时间内所采集的所有电压值的个数之间的比值作为活动量值。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔体为圆柱体容置腔或者球形容置腔。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述腔体的材质是透明的玻璃或者塑料。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述腔体两侧设置有固定卡槽，用于固定所述红外发射管和所述红外接收管。

8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，

所述装置在被使用时佩戴在牲畜的身上。

9.一种采集牲畜活动量的***，其特征在于，该***包括：服务器和多个如权利要求1-8中任一项所述的采集牲畜活动量的装置；

10.如权利要求9所述的采集牲畜活动量的***，其特征在于，

所述采集牲畜活动量的装置通过基于蜂窝的窄带物联网的通信协议直接与服务器进行通信；

或者，

所述采集牲畜活动量的装置通过基站与服务器进行通信。