一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103284759 A (43)申请公布日 2013.09.11 CN 103284759 A *CN103284759A* (21)申请号 201310232636.4 (22)申请日 2013.06.13 A61B 8/00(2006.01) (71)申请人 中国农业大学 地址 100083 北京市海淀区清华东路 17 号 (72)发明人 高万林 罗璇 张晗 肖颖 韩孟 (54) 发明名称 一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控 制系统 (57) 摘要 本发明涉及一种基于超声波的、 可探测猪活 体脂肪厚度的物联网终端控制系统， 所述物联网 终端控制系统包括主控模块。

2、、 声波发射器、 声波接 收器、 电源模块、 按键模块、 显示模块、 射频识别模 块、 网络传输模块。 该装置可提供满足人们对测量 猪脂肪厚度的需求， 并可以对不同猪的生长情况 进行跟踪记录， 进而对不同品种、 不同年龄、 不同 性别的猪进行分析比较。养殖场可以通过信息系 统随时了解所有畜禽的现实状况， 保障健康安全 的养殖和生产管理。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 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3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103284759 A CN 103284759 A *CN1。

3、03284759A* 1/1 页 2 1. 一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统， 其特征在于包括用于控制整 个系统的主控制模块、 对该系统进行供电的电源模块、 将测试出来的脂肪层厚度进行直观 显示的显示模块以及对具体操作进行控制的按键模块， 所述控制系统还包括超声波探测装 置， 用来探测猪活体脂肪厚度。 2. 如权利要求 1 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 所述超声波探测装置包括 用来发射超声波的超声波发射器， 以及用来接收反射回来的超声波的超声波接收器 ； 所述 物联网终端控制系统还包括射频识别模块， 该射频识别模块对猪耳标进行识别， 将识别数 据传输给所述主控制模块， 。

4、所述主控制模块记录耳标识别数据 ； 所述物联网终端控制系统 还包括网络传输模块， 用以将超声波探测数据和射频识别数据传送至设备终端。 3. 如权利要求 2 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 所述超声波发射器包括超 声波发射传感器 UCM40T 和超声波发射电路， 超声波发射电路将从主控制模块接收到的方 波脉冲信号送入乙类推挽放大电路， 用其输出信号驱动 CMOS 管， 将所述方波脉冲信号加到 高频脉冲变压器进行功率放大， 使幅值增加后， 将放大的方波脉冲信号施加到超声波换能 器上， 从而产生频率为 125kHz 的超声波， 并将其发射出去。 4. 如权利要求 2 所述的物联网终端控制系。

5、统， 其特征在于， 所述超声波接收器包括与 超声波发射传感器 UCM40T 配对的 UCM40R 接收传感器以及接收放大电路 ； 所述接收放大电 路包括由 OP37 构成的两级运放电路、 由 TL082 构成的二阶带通滤波电路以及由 LM393 构成 的比较电路。 5. 如权利要求 4 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 该两级运放电路的第一级 放大 100 倍， 第二级放大 50 倍 ； 所述由 TL082 构成的二阶带通滤波电路， 用来对回波信号 放大后再进一步滤波 ； 滤波后的信号输入到由 LM393 构 成的比较器的反相输入端， 与基准 电压相比较， 并对其比较输出电压进行限幅，。

6、 再将比较输出电压接至 D 触发器， 从而整形出 方波信号， 再将整形得到的方波信号传送至 FPGA， 再启动接收模块计数， 达到脉冲串设定值 时， 关闭计时计数器停止计数。 6. 如权利要求 2 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 所述按键模块包括电源总 开关按键、 开始测量 （发射超声波） 按键以及系统复位按键。 7. 如权利要求 2 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 所述显示模块通过串口连 接并驱动控制两个七段高亮数码管， 并进行移位显示。 8. 如权利要求 2 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 网络传输模块通过存储器 先将数据进行存储， 再通过串口通讯模块将数据传。

7、输到上位机， 最后通过蓝牙将采集到的 数据传送到终端设备。 9. 如权利要求 8 所述的物联网终端控制系统， 其特征在于， 所述终端设备为手机， 该手 机通过 GSM 网络或无线互联网相互连接。 权 利 要 求 书 CN 103284759 A 2 1/3 页 3 一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统 技术领域 0001 本发明涉及超声波探测、 无线通信以及嵌入式控制领域。 背景技术 0002 声波技术目前已经很成熟了， 但是在畜牧养殖方面的应用还不尽如人意， 而射频 识别技术和无线传输技术近年来应用在农业物联网上也越来越广泛， 为了更高效地对猪 场进行管理， 本发明将电子技术、 声波。

8、技术、 射频识别技术以及无线传输技术有效地结合起 来， 对畜牧业养殖具有很大的促进意义。 0003 猪体内大部分的脂肪都是皮下脂肪层， 这和猪体内总脂肪含量是高度相关的。本 世纪六十年代在欧洲发展起来的超声波猪脂肪厚度测量技术可以对猪皮下脂肪的厚度进 行比较准确的测量， 进而可以估算出猪体内总的脂肪含量， 那么猪体内瘦肉的含量也可以 相应的计算出来。 发明内容 0004 为了克服现有的脂肪厚度测量装置笨重、 成本高、 使用复杂的不利因素， 本发明提 供一种方便快捷、 使用简单， 成本低廉的装置， 该装置能够有效地对猪体脂肪进行厚度测 量， 并方便测量数据的传输汇总到用户设备终端， 以通过信息系。

9、统随时了解所有畜禽的现 实状况。 0005 本发明提供了一种可探测猪活体脂肪厚度的物联网终端控制系统， 包括用于控制 整个系统的主控制模块、 对该系统进行供电的电源模块、 将测试出来的脂肪层厚度进行直 观显示的显示模块以及对具体操作进行控制的按键模块和无线传输模块， 所述控制系统还 包括超声波探测装置， 用来探测猪活体脂肪厚度。 0006 所述超声波探测装置包括用来发射超声波的超声波发射器， 以及用来接收 反射 回来的超声波的超声波接收器 ； 所述物联网终端控制系统还包括射频识别模块， 该射频识 别模块对猪耳标进行识别， 将识别数据传输给所述主控制模块， 所述主控制模块记录耳标 识别数据 ； 。

10、所述物联网终端控制系统还包括网络传输模块， 用以将超声波探测数据和射频 识别数据传送至设备终端。 0007 所述超声波发射器包括超声波发射传感器 UCM40T 和超声波发射电路， 超声波发 射电路将从主控制模块接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路， 用其输出信号驱动 CMOS 管， 将所述方波脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大， 使幅值增加后， 将放大 的方波脉冲信号施加到超声波换能器上， 从而产生频率为 125kHz 的超声波， 并将其发射出 去。 0008 所述超声波接收器包括与超声波发射传感器UCM40T配对的UCM40R接收传感器以 及接收放大电路 ； 所述接收放大电路包括由 。

11、OP37 构成的两级运放电路、 由 TL082 构成的二 阶带通滤波电路以及由 LM393 构成的比较电路。 0009 该两级运放电路的第一级放大 100 倍， 第二级放大 50 倍 ； 所述由 TL082 构成的二 说 明 书 CN 103284759 A 3 2/3 页 4 阶带通滤波电路， 用来对回波信号放大后再进一步滤波 ； 滤波后的信号输入到由 LM393 构 成的比较器的反相输入端， 与基准电压相比较， 并对其比较输出电压进行限幅， 再将比较输 出电压接至 D 触发器， 从而整形出方波信号， 再将整形得到的方波信号传送至 FPGA， 再启动 接收模块计数， 达到脉冲串设定值时， 关。

12、闭计时计数器停止计数。 0010 所述按键模块包括电源总开关按键、 开始测量 （发射超声波） 按键以及系统复位按 键。 0011 所述显示模块通过串口连接并驱动控制两个七段高亮数码管， 并进行移位显示。 0012 网络传输模块通过存储器先将数据进行存储， 再通过蓝牙将采集到的数据传 送 到终端设备。也可以通过串口通讯模块将数据传输到上位机。 0013 所述终端设备为手机， 该手机通过 GSM 网络或无线互联网相互连接。 附图说明 ： 0014 图 1 是本发明的硬件系统电路原理图 ； 0015 图 2 是超声波发射电路 ； 0016 图 3 是超声波接收电路 ； 0017 图 4 是物联网终端。

13、控制系统的实施结构图。 具体实施方式 0018 为使本发明实施目的、 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、 完整地描述， 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。 0019 本发明的物联网终端控制系统包括主控制模块、 超声波发射器、 超声波接收器、 电 源模块、 按键模块、 显示模块、 射频识别模块以及网络传输模块。 0020 主控制模块采用 PIC16F872 单片机。 0021 超声波探测装置以 UCM-40K 系列压电陶瓷超声波传感器为核心元件， 还包括相应 的放大、 滤波、 整形电路。整体硬件系统。

14、电路原理图如图 1 所示。 0022 所述超声波发射器包括超声波发射传感器 UCM40T 和超声波发射电路， 电路如图 2 所示， 超声波发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路， 用其输出信号驱 动 CMOS 管， 接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大， 使幅值增加后， 将放大 的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为 125kHz 的超声波并将其发射出去。 0023 超声波接收器包括与发射传感器 UCM40T 配对的 UCM40R 传感器以及接收放大电 路， 如图 3 所示。接收放大电路由 OP37 构成的两级运放电路、 TL082 构成 的二阶带通滤波 电路以及 L。

15、M393 构成的比较电路三部分组成。因本系统频率较高， 回波信号非常弱， 为毫伏 级， 因此设计成两级放大电路， 第一级放大 100 倍， 第二级放大 50 倍， 共放大 5000 倍左右。 考虑到要适应各种复杂的工作环境， 因此设计了由 TL082 构成的高精度带通滤波电路， 以 供回波信号放大后进行进一步滤波， 将滤波后的信号输入到 LM393 构成的比较器反相输入 端， 与基准电压相比较， 并且对其比较输出电压进行限幅， 将其电压接至 D 触发器， 比较器 将经过放大后的交流信号整形出方波信号， 将其接至微控制器 PIC16F872 的 P2.4 口， 进行 信号接收处理。 说 明 书 。

16、CN 103284759 A 4 3/3 页 5 0024 PIC16F872 单片机执行一段程序后在 P2.3 端口产生的脉冲信号通过放大电路驱 动超声波发射头 ( 即超声波发射传感器 )UCM40T 工作。超声波接收传感器 UCM40R 将由发 射传感器发出的经反射后的超声波脉冲转变为微弱的交流信号， 通过滤波、 整形、 放大电路 将接收到的信号传至单片机 P2.4 口， 用以计算猪活体背膘厚度。 0025 按键直接通过上拉电阻以中断的方式接到单片机的 I/O 口上， 按键模块包括三个 按键电源总开关按键， 开始测量 （发射超声波） 按键以及系统复位按键。 0026 电源采用 5V 直流电。

17、压供电。 0027 显示终端通过串口连接驱动控制两个七段高亮数码管， 进行移位显示。 0028 射频识别模块通过对猪耳上的电子标签进行识别， 通过单片机进行处理。 0029 网络传输模块通过存储器先将数据进行存储， 再通过串口通讯模块， 如 RS-232 模 块， 将数据传输到上位机， 同时也可以通过蓝牙将采集到的数据传送到其他终端设备， 例如 手机， 终端设备可以通过 GSM 网络或无线互联网络再将数据传送到其他终端设备中。 0030 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。 说 明 书 CN 103284759 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103284759 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103284759 A 7 。