一种反刍动物监测系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103337147 A (43)申请公布日 2013.10.02 CN 103337147 A *CN103337147A* (21)申请号 201310228837.7 (22)申请日 2013.06.08 G08C 17/02(2006.01) G01H 11/08(2006.01) A01K 29/00(2006.01) (71)申请人 山东大学 地址 250100 山东省济南市历城区山大南路 27 号 (72)发明人 姜威 何孟宁 司陈 郭庆 (74)专利代理机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 代理人 许德山 (54) 发明名称 一种反刍动物监测。

2、系统 (57) 摘要 一种反刍动物监测系统， 属畜牧养殖工程技 术领域。 包括反刍动物携带装置和舍外监控装置， 反刍动物携带装置和舍外监控装置通过无线信号 进行联系 ； 使用时， 先将固定有反刍动物携带装 置的外壳连同挂绳挂在反刍动物的脖子上， 挂绳 上的配重位于挂绳的最下端， 挂绳侧边上的外壳 带有压电陶瓷片的一面向内与反刍动物的体表紧 密接触， 使得压电陶瓷片随时能够采集监测反刍 动物的反刍时间信号。 本发明使用方便简单、 测量 准确、 不需人工干预、 智能化程度高。配合上位机 软件可实现反刍情况的检测、 统计、 分析、 查询等， 并可 24 小时不间断监测反刍动物的反刍情况， 检 测的智。

3、能化程度高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103337147 A CN 103337147 A *CN103337147A* 1/1 页 2 1. 一种反刍动物监测系统， 包括反刍动物携带装置和舍外监控装置， 其中反刍动物携 带装置包括压电陶瓷片、 放大滤波电路、 模数转换器、 触发电路、 单片机、 433MHz 通信模块、 433MHz 天线、 锂亚电池、 125KHz 天线、 触发电路， 舍外监控装置包括上位机、 触摸屏、。

4、 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块， 其特征在于反刍动物携带装置中的压电陶瓷片连接到放大滤 波电路的输入端， 放大滤波电路的输出端和模数转换器的输入端相连， 模数转换器的输出 端与单片机相连 ； 125KHz 天线与触发电路相连， 触发电路与单片机相连 ； 433MHz 天线与 433MHz 通信模块相连， 433MHz 通信模块和单片机相连， 锂亚电池分别和放大滤波电路、 单 片机、 触发电路及 433MHz 通信模块相连接以为其供电， 整个反刍动物携带装置封装在外壳 里， 压电陶瓷片固定在外壳外面， 反刍动物携带装置连同外壳被固定在挂绳上的侧边， 挂绳 的下端固定配重 ； 。

5、舍外监控装置中的上位机分别与 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块、 触 摸屏相连， 触摸屏上设置有奶牛反刍信息的检测、 统计、 分析、 查询界面 ； 反刍动物携带装置 和舍外监控装置通过无线信号进行联系 ； 所述的放大滤波电路主要是由运算放大器 OPA4330 构成， 运算放大器 OPA4330 中的四 个放大器顺序连接成第一级放大器、 第一级滤波器、 第二级滤波器和第二级放大器 ； 所述的触发电路主要是由两个三极管组成的二级放大电路构成， 用来放大微弱的触发 信号。 2. 如权利要求 1 所述的一种反刍动物监测系统， 其特征在于所述的配重重量范围为 700-1500 克。 权 。

6、利 要 求 书 CN 103337147 A 2 1/4 页 3 一种反刍动物监测系统 技术领域 0001 本发明涉及畜牧养殖工程技术领域， 涉及一种反刍动物反刍时间的测量系统， 特 别涉及一种反刍动物监测系统。 背景技术 0002 反刍活动是反映反刍动物健康的一个重要指标。 反刍动物的反刍节奏和时间与牛 的健康状况息息相关， 通过对反刍动物的反刍信号进行采集、 处理、 分析， 便能更加精确的 检测并发现反刍动物的健康状况。反刍活动出现相较于正常水平的突然下降， 就表明动物 失去食欲或者可能生病。长时间的失去食欲是动物处于疾病状态的一个指标。只要日常饮 食、 牧场管理和反刍动物的整体健康没有发。

7、生变化， 反刍动物的反刍活动就处于非常稳定 的状态。当管理失误发生时， 牧群的反刍率就会相应发生变化。反刍变化是反映反刍动物 潜在问题的最早期的征兆。对于牧场工作人员来说， 越早获得反刍动物潜在健康问题的信 息， 解决相应问题的费用也就越低。 0003 传统牧场反刍动物养殖主要通过牧场管理人员经验以及观察的方法检测反刍动 物疾病， 这种方法主要存在三个缺点 ： 一是准确性低， 没能通过科学的方法对牛的身体特征 进行准确的检测 ； 二是实时性差， 管理员检测的不及时可能会延误反刍动物疾病治疗的最 佳时机， 造成更大的损失 ； 三是工作量大， 需要大量的人力物力来完成疾病监测工作。针对 环境变化对。

8、反刍动物日常反刍时间影响的相关研究非常少， 主要原因就是想要通过观察反 刍动物及其反刍活动时间来获取反刍动物反刍活动数据非常困难。 0004 因此有必要研究开发一种可以对反刍活动水平进行一天 24 小时的自动监测与记 录， 并可以上传到上位机进行分析的装置。 0005 申请号为 200710014345.2、 公开号为 CN101077295、 发明名称为 “畜类动物采食量 检测方法及智能检测仪” 的发明公开了一种畜类动物采食量的智能检测仪， 该仪器使用时 将一开关式传感器安装在弹性支架组合上， 并将弹性支架组合固定到畜类动物头部， 使传 感器与畜类动物的颞窝部或脸颊部直接接触， 由于动物在咀。

9、嚼和反刍时会触动传感器而输 出反映咀嚼频率与次数、 反刍频率与次数的脉冲信号， 由单片机对脉冲信号进行计数、 保存 并作相应的处理即可确定吞咽次数， 由每次吞咽的食团质量， 即可计算出畜类动物在一段 时间内的采食量。该装置结构复杂， 并且不够坚固、 耗电量大， 无法长期使用。 发明内容 0006 为了克服现有技术存在的缺陷和不足， 本发明提供了一种反刍动物监测系统， 以 达到长期监测反刍动物的反刍行为的目的。 0007 本发明的技术方案如下 ： 0008 一种反刍动物监测系统， 包括反刍动物携带装置和舍外监控装置， 其中反刍动物 携带装置包括压电陶瓷片、 放大滤波电路、 模数转换器、 触发电路。

10、、 单片机、 433MHz 通信模 块、 433MHz 天线、 锂亚电池、 125KHz 天线、 触发电路， 舍外监控装置包括上位机、 触摸屏、 说 明 书 CN 103337147 A 3 2/4 页 4 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块， 其特征在于反刍动物携带装置中的压电陶瓷片连接到 放大滤波电路的输入端， 放大滤波电路的输出端和模数转换器的输入端相连， 模数转换器 的输出端与单片机相连 ； 125KHz 天线与触发电路相连， 触发电路与单片机相连 ； 433MHz 天 线与 433MHz 通信模块相连， 433MHz 通信模块和单片机相连， 锂亚电池分别和放大滤波电 路。

11、、 模数转换器、 单片机、 触发电路及 433MHz 通信模块相连接以为其供电， 整个反刍动物携 带装置封装在外壳里， 压电陶瓷片固定在外壳外面， 反刍动物携带装置连同外壳被固定在 挂绳上的侧边， 挂绳的下端固定配重 ； 舍外监控装置中的上位机分别与 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块、 触摸屏相连， 触摸屏上设置有奶牛反刍信息的检测、 统计、 分析、 查询界 面 ； 反刍动物携带装置和舍外监控装置通过无线信号进行联系 ； 0009 所述的放大滤波电路主要是由运算放大器 OPA4330 构成， 运算放大器 OPA4330 中的四个放大器顺序连接成第一级放大电器、 第一级滤波器、 。

12、第二级滤波器和第二级放大 器 ； 0010 所述的触发电路主要是由两个三极管组成的二级放大电路构成， 用来放大微弱的 触发信号。 0011 所述的配重重量范围为 700-1500 克。 0012 本发明系统在使用时， 先将固定有反刍动物携带装置的外壳连同挂绳挂在反刍动 物的脖子上， 挂绳上的配重位于挂绳的最下端， 挂绳侧边上的外壳带有压电陶瓷片的一面 向内与反刍动物的体表紧密接触， 这样使得作为接触式声音传感器的压电陶瓷片随时能够 采集监测反刍动物的反刍时间信号。 0013 本发明系统中所使用的 433MHz 通信模块型号是工作于发射模式的 A7108， 所使 用的 433MHz 接收模块型号。

13、是工作于接收模式的 A7108， 所使用的 125KHz 发射模块型号是 Z232， 所使用的模数转换器型号是 MSP430G2553 内置的 10 位模数转换器。 0014 本发明采用的一个技术方案是 ： 通过挂绳在反刍动物的颈部佩戴一个采集声音信 号的接触式声音传感器， 利用配重使声音传感器与反刍动物的体表紧密接触， 当反刍动物 采食或者反刍时， 传感器将声音信号转换为电信号， 然后由信号调理电路对该电信号进行 放大和滤波， 再由单片机的数模转换器对放大和滤波后的电信号进行采样， 并由单片机中 的 CPU（中央处理器） 对采样结果进行处理， 分别计算出反刍和采食的时间， 保存在反刍动 物携。

14、带装置的模数转换器中的数据存储器里。当反刍动物靠近舍外监控装置时， 由 125KHz 发射模块触发激活反刍动物监测装置的 433MHz 通信模块， 将采集到的信息传输到舍外监 控装置并由上位机进行记录， 并由上位机提供人机交互功能。 0015 本发明主要解决的技术问题是提供一种能够对反刍动物的反刍时间进行监测的 装置， 能够通过传感器采集反刍动物产生的声音信号， 通过对采集到的信号进行分析， 可以 计算出反刍动物的反刍时间， 实现反刍行为的自动检测。 与现有的技术方法相比， 本发明使 用方便、 仪器设备费用低、 测量准确、 方便、 不需要人工干预、 智能化程度高。配合上位机软 件可以实现反刍情。

15、况的检测、 统计、 分析、 查询等。 0016 本发明的有益效果是 ： 可以 24 小时不间断监测反刍动物的反刍情况， 检测的智能 化程度很高， 不需要人工干预。配合上位机软件， 可以更加精确的检测反刍动物的健康状 况。 说 明 书 CN 103337147 A 4 3/4 页 5 附图说明 0017 图 1 是本发明系统中反刍动物携带装置的安装位置示意图 ； 其中 ： 1、 反刍动物， 2、 挂绳， 3、 配重， 4、 反刍动物监测装置。 0018 图 2 是本发明系统的电路连接示意框图 ； 0019 其中 ： 5、 压电陶瓷片， 6、 放大滤波电路， 7、 单片机， 8、 433MHz 通。

16、信模块， 9、 433MHz 天线， 10、 433MHz 接收模块， 11、 上位机， 12、 触摸屏， 13、 锂亚电池， 14、 125KHz 发射模块， 15、 125KHz 天线， 16、 触发电路， 17、 模数转换器。 0020 压电陶瓷片 （5） 与放大滤波电路 （6） 相连， 放大滤波电路 （6） 与模数转换器 (17) 相连 , 模数转换器 (17) 与单片机 （7） 相连， 125KHz 天线 （15） 与触发电路 （16） 相连， 触发 电路 （16） 与单片机 （7） 相连， 433MHz 天线 （9） 与 433MHz 通信模块 （8） 相连， 433MHz 通信模。

17、 块 （8） 和单片机 （7） 相连， 锂亚电池 （13） 和放大滤波电路 （6） 、 单片机 （7） 、 触发电路 （16） 、 433MHz 通信模块 （8） 相连， 上位机 （11） 与 125KHz 发射模块 （14） 、 433MHz 接收模块 （10） 、 触 摸屏 （12） 相连。锂亚电池 （13） 和放大滤波电路 （6） 、 模数转换器 (17)、 单片机 （7） 、 触发电 路 （16） 、 433MHz 通信模块 （8） 相连。 0021 图 3 是本发明系统反刍动物携带装置中的触发电路的电路图。 0022 图 4 是本发明系统反刍动物携带装置中的放大滤波电路的电路图。 具。

18、体实施方式 0023 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明， 但不限于此。 0024 实施例 1 ： 0025 本发明实施例1如图1-2所示， 一种反刍动物监测系统， 包括反刍动物携带装置和 舍外监控装置， 其中反刍动物携带装置包括压电陶瓷片 5、 放大滤波电路 6、 模数转换器 17、 触发电路16、 单片机7、 433MHz通信模块8、 433MHz天线9、 锂亚电池13、 125KHz天线15、 ， 舍 外监控装置包括上位机 11、 触摸屏、 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块， 其特征在于反刍动 物携带装置中的压电陶瓷片连接到放大滤波电路的输入端， 放大滤波电路的输出。

19、端和模数 转换器的输入端相连， 模数转换器的输出端与单片机相连 ； 125KHz 天线与触发电路相连， 触发电路与单片机相连 ； 433MHz天线与433MHz通信模块相连， 433MHz通信模块和单片机相 连， 锂亚电池分别和放大滤波电路、 模数转换器 17、 单片机、 触发电路及 433MHz 通信模块相 连接以为其供电， 整个反刍动物携带装置封装在外壳里， 压电陶瓷片固定在外壳外面， 反刍 动物携带装置连同外壳被固定在挂绳上的侧边， 挂绳的下端固定配重 ； 舍外监控装置中的 上位机分别与 125KHz 发射模块、 433MHz 接收模块、 触摸屏相连， 触摸屏上设置有奶牛反刍 信息的检测。

20、、 统计、 分析、 查询界面 ； 反刍动物携带装置和舍外监控装置通过无线信号进行 联系 ； 0026 所述的放大滤波电路主要是由运算放大器 OPA4330 构成， 运算放大器 OPA4330 中的四个放大器顺序连接成第一级放大电器、 第一级滤波器、 第二级滤波器和第二级放大 器 ； 0027 所述的触发电路主要是由两个三极管组成的二级放大电路构成， 用来放大微弱的 触发信号。 0028 所述的配重重量范围为 700 克。 说 明 书 CN 103337147 A 5 4/4 页 6 0029 如图 3 所示， 触发电路包括电阻 （R1， R2， R3， R4） ， 电容 （C7， C9） ， 。

21、二极管 1N60 （D1） , 天线 （L1） L1 就是 125KHz 天线， 三极管 9013（Q1， Q2） ,R1 与单片机 （7） 的 IO 口和三极管 Q2 的基极相连， C7 与 L1 并联， 组成谐振电路。二极管 D1 与电阻 R2 组成检波电路， 三极管 Q1 与电阻 R3、 R4 相连， 组成放大电路。三极管的输出经过电容 C9 的滤波后接到单片机 （7） 的 IO 口。 0030 如图 4 所示， 放大滤波电路用一个运算放大器 OPA4330 顺序连接成第一级放大 电器、 第一级滤波器、 第二级滤波器和第二级放大器 （分别如图 4 中所示的 U3A， U3B， U3C， 。

22、U3D） ， 原器件包括二极管 1N4148（D2） ， 电阻 （R5， R6， R7， R8， R9， R10， R11， R12， R13， R14， R15， R16， R17， R18， R19， R20， R21,R22,R23,R24,R25,R26,R27） ， 电容 （C10， C11， C12， C13， C14， C15， C16， C17， C18） ， 连接关系见图 4。运算放大器 OPA4330 是 14 管脚运算放大器， 内 部包含四个放大器 （U3A， U3B， U3C， U3D） ， 4 号脚接电源正极， 11 号管脚接地。U3A 与 R5， R6， R7， R。

23、8， C10 相连， 组成第一级放大电路。U3A 的输出 （1 号管脚） 通过电容 C12 连接到 U3B， U3B 与 R9、 R10， R11， R12， R13， C12， C13 相连， 组成第一级滤波器。U3B 的输出 （7 号管脚） 通过电容 C14 连接到 U3C， U3C 与 R14， R15， R16， R25， R26， C14， C15 相连， 组成第二级滤波 器。U3C 的输出 （8 号管脚） 通过电容 C16 连接到 U3D， U3D 与 R17， R18， C17， R19， R20 相连， 组成第二级放大器。U3D 的输出 （14 号管脚） 通过电阻 R21 连接。

24、到二极管 D2 的阳极， 二极 管 D2 与 R21， R22， C18， 以及单片机的模数转换器相连， 组成检波电路。图中接地的元件有 OPA4330 的 11 号管脚， R6， C11， R10， R11， R24， R15， R26， R18， C17， R22， C18， 接电源正的元 件有 R5， R17， R23， R25， OPA4330 的 4 号脚。( 电阻、 电容都是无极性的， 正接反接都可以， 所 以没有管脚号的概念 ) 0031 实施例 2 ： 0032 和实施例 1 相同， 只是所述的配重重量范围为 1200 克。 说 明 书 CN 103337147 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103337147 A 7 2/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103337147 A 8 3/3 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103337147 A 9 。