用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统[实用新型专利]

(10)授权公告号
(45)授权公告日 (21)申请号 201520854674.8
(22)申请日 2015.10.29
A61B 5/11(2006.01)
(73)专利权人山东农业大学
地址271018 山东省泰安市岱宗大街61号
(72)发明人田富洋 王明江 王中华 刘卫民
苏曰超 曹东
(74)专利代理机构唐山永和专利商标事务所
13103
代理人
王永红
(54)实用新型名称
用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统
(57)摘要
一种用于反刍动物的实时反刍、运动监测系
统，其中加速传感器模块装在反刍动物的颞窝和
前腿上；信号滤波放大器模块、单片机模块和无
线发送模块安在密封盒内，密封盒安在反刍动物
的脖子上；无线接受模块和上位机管理装置连
接；无线发送模块与无线接受模块通过无线传输
方式连接；太阳能供电装置分别与其他模块相
连，太阳能供电装置安在反刍动物的顶部。

这种监
测系统结构简单，操作方便，环保卫生；通过实时
监测反刍动物的反刍咀嚼频率可以及时发现出现
病变的个体，及时进行预防和治疗，提高了动物的
寿命；在对反刍动物监测反刍频率的同时也监测
了反刍动物的运动形态，保证更多的反刍动物在
横卧时进行反刍，增加了反刍动物的奶产量。

(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 205144565 U 2016.04.13
C N 205144565
U
1.一种用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统，其特征在于，所述系统包括监测装置、传输装置、太阳能供电装置和上位机管理装置；
所述的监测装置包括两个加速传感器模块、信号滤波放大器模块和单片机模块；
所述的传输装置包括无线发送模块和无线接受模块；
所述的太阳能供电装置包括太阳能集成电路模块和锂电池模块；
所述的加速传感器模块分别通过绳带安装在反刍动物的颞窝部和前腿上部；所述的信号滤波放大器模块、单片机模块和无线发送模块相互连接且分别安装在密封盒内，该密封盒通过绳带安装在反刍动物的脖子上；所述的无线接受模块和上位机管理装置连接；所述的无线发送模块与无线接受模块通过无线传输方式连接；所述的太阳能供电装置分别与加速传感器模块、信号滤波放大模块、单片机模块、无线发送模块、无线接受模块相连，该太阳能供电装置通过绳带安装在反刍动物的顶部。

2.根据权利要求1所述的用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统，其特征在于，所述的加速传感器模块为ADXL362加速传感器模块，其采用超低功耗的ADXL362芯片；对ADXL362预设了一定的坐标运动阀值，当反刍动物的运动监测值超过预设阀值时引脚INT1发出触发信号来唤醒单片机工作。

3.根据权利要求1所述的用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统，其特征在于，所述的无线发送模块和无线接受模块的频段为433M ，二者采用远距离无线传输方式连接。

4.根据权利要求1所述的用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统，其特征在于，单片机模块采用超低功耗MSP430F5483A单片机，当ADXL362的INT1引脚没有发出触发信号时，单片机处于休眠状态，接收到触发信号把单片机唤醒。

权　利　要　求　书1/1页CN 205144565 U
用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种实时监测系统，特别是一种用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统。

背景技术
[0002]反刍是指牛、羊之类的反刍动物的特殊消化过程，包括已在瘤胃经过初步微生物消化后的食物逆呕回口中重新咀嚼这一反刍过程。

同时当反刍动物在站立和横卧时反刍对其成长以及产奶量也会有所影响，例如奶牛在横卧时奶牛的身体可以得到放松，这样奶牛就会有较强力量进行反刍，因此奶牛横卧着反刍时乳腺的血流量增加产奶量也会随之提高。

同时通过奶牛的反刍次数可以看到牛的健康状况，正常的泌乳牛每次反刍后至少咀嚼50次以上再将食团吞咽下去。

当牛生病时咀嚼次数会降低或者停止，通过检测观察奶牛的反刍咀嚼次数可以衡量牛的愈后恢复情况。

在我国由于土地资源的制约，以及畜牧业规模小、分散、管理不规范等原因一直是阻碍我国畜牧业发展的瓶颈，奶牛业是目前资源利用最为节省的畜牧业。

就奶牛业自身而言，进一步提高资源利用率的主要途径是提高单产水平，这也是奶牛养殖企业能否赢利和赢利多少的关键。

[0003]在我国大部分牛奶养殖场内主要依靠养殖人员的每天观察奶牛的反刍行为来判断奶牛是否生病，同时也要时刻注意奶牛的运动形态，为了提高奶牛的产奶量应该让大都数的奶牛在横卧时就行反刍咀嚼。

这样势必会需要大量人工劳动力，需要大量的人力物力来对奶牛进行检测，同时人工的观察会有一定的误差错误性。

申请号为 201310228837.7、公开号为 103337147A、发明名称为“一种反刍动物监测系统”的发明公开了一种反刍动物的监测系统，该系统是通过压电陶瓷传感器来检测奶牛的反刍次数和咀嚼次数，包括反刍动物携带装置和舍外监控装置，该系统中的反刍动物携带装置中的传感器需要贴附在反刍动物的颞窝部或脸颊部，通过反刍动物的反刍咀嚼运动，由传感器采集监测反刍动物的反刍时间信号，再通过信号处理滤波传输给单片机系统，单片机进行数据分析计算并通过无线传输传给上位机，工作人员在上位机上可以看到奶牛的实时反刍咀嚼信息。

该发明可以准确检测出反刍动物的反刍咀嚼时间和次数，同时也可以根据每次吞咽食物的质量计算出反刍动物在一定时间内的进食量。

由于在横卧时进行反刍可以提高反刍动物乳腺的血流量从而增加产奶量，现有的监测系统无法监测出反刍动物此刻的运动状态，不能监测反刍动物在反刍时保持横卧还是走动，监测效果不精确。

实用新型内容
[0004]为了改善现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用于反刍动物的实时反刍、运动状态监测系统，该系统既可以监测出反刍动物的反刍咀嚼次数和时间，同时也可以监测出反刍动物在咀嚼时的运动状态。

[0005]本实用新型采用的技术方案是：一种用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统，所述系统包括监测装置、传输装置、太阳能供电装置和上位机管理装置；
[0006]所述的监测装置包括两个加速传感器模块、信号滤波放大器模块和单片机模块；[0007]所述的传输装置包括无线发送模块和无线接受模块；
[0008]所述的太阳能供电装置包括太阳能集成电路模块和锂电池模块；
[0009]所述的加速传感器模块分别通过绳带安装在反刍动物的颞窝部和前腿上部；所述的信号滤波放大器模块、单片机模块和无线发送模块相互连接且分别安装在密封盒内，该密封盒通过绳带安装在反刍动物的脖子上；所述的无线接受模块和上位机管理装置连接；所述的无线发送模块与无线接受模块通过无线传输方式连接；所述的太阳能供电装置分别与加速传感器模块、信号滤波放大模块、单片机模块、无线发送模块、无线接受模块相连，该太阳能供电装置通过绳带安装在反刍动物的顶部。

[0010]加速传感器模块为ADXL362加速传感器模块，其采用超低功耗的ADXL362芯片；对ADXL362预设了一定的坐标运动阀值，当反刍动物的运动监测值超过预设阀值时引脚INT1发出触发信号来唤醒单片机工作。

[0011]无线发送模块和无线接受模块的频段为433M ，二者采用远距离无线传输方式连接。

[0012]单片机模块采用超低功耗MSP430F5483A单片机，当ADXL362的INT1引脚没有发出触发信号时，单片机处于休眠状态，接收到触发信号把单片机唤醒。

[0013]本实用新型所公开的这种监测系统结构简单，操作方便，同时通过太阳能电路板为该系统供电，实现了环保卫生；通过实时监测反刍动物的反刍咀嚼频率可以及时发现出现病变的个体，及时进行预防和治疗，提高了动物的寿命；在对反刍动物监测反刍频率的同时也监测了反刍动物的运动形态，保证更多的反刍动物在横卧时进行反刍，增加了反刍动物的奶产量。

附图说明
[0014]图1为本实用新型的结构分布示意图。

[0015]图2为本实用新型的密封盒结构示意图。

[0016]图3为滤波放大电路的电路图。

[0017]图4为无线发送模块电路图。

[0018]图中：加速传感器模块1、信号滤波放大器模块2、单片机模块3、无线发送模块4、无线接受模块5、上位机管理装置6、绳带7、密封盒8。

具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

[0020]参见附图1-4，本实用新型所公开的这种监测系统包括加速传感器模块1、信号滤波放大器模块2、单片机模块3、无线发送模块4、无线接受模块5、上位机管理装置6、绳带7、密封盒8。

[0021]这种用于反刍动物的实时反刍、运动监测系统中：监测装置包括两个加速传感器模块、信号滤波放大器模块和单片机模块；传输装置包括无线发送模块和无线接受模块；太阳能供电装置包括太阳能集成电路模块和锂电池模块。

[0022]上位机管理装置主要是一个上位机奶牛管理软件系统。

该反刍动物实时监测的特
征在于采用两个ADXL362加速传感器模块分别同时监测反刍动物的反刍咀嚼频率和运动形态，其中一个贴附在反刍动物的颞窝处，另外一个贴附在反刍动物的前腿上部位，ADXL362加速传感器运动连接到信号滤波放大模块的输入端，信号滤波放大模块的输出端于单片机模块的A/D转换引脚相连，单片机于传输装置中的SX1212无线发送模块连接，同时SX1212无线发送模块和SX1212无线接收模块通过433M频段实现无线数据传输，SX1212于上位机装置通过串口实现数据传输，最终由上位机来处理由SX1212无线接收模块接收来的数据，太阳能供电装置分别和ADXL362加速传感器模块、信号滤波放大模块、单片机模块、SX1212无线发送和接受模块相连为其提供电源。

其中两个ADXL362加速传感器模块分别固定在反刍动物的颞窝部和前腿上部；信号滤波放大模块、单片机模块、SX1212无线发送模块封装在一个密封盒内，密封盒通过绳带栓固在反刍动物的脖子上，绳带下部配有一定的配重；SX1212无线接收模块和上位机可以安放在牧场的监控室内。

[0023]两个ADXL362加速传感器模块由三轴加速传感器芯片ADXL362和三个去耦电容组成，当反刍动物运动或者咀嚼时，三轴加速传感器芯片ADXL362会同时发出X\Y\Z三个坐标的不同运动数据信号。

位于颞窝部和前腿上部的两个ADXL362加速传感器会发送两组不同的三维坐标。

[0024]密封盒采用塑料性质的密封盒防水、耐磨损，密封盒通过绳带栓固在反刍动物的脖子上，绳带保持和密封盒宽度一样，防止对反刍动物的造成勒痕，绳带下部配的配重保持在600-800克。

[0025]信号滤波放大模块是由LMC6036四路运算放大器和滤波电容电阻组成，把接收到的三轴加速传感器ADXL362的信号中的杂波进行过滤并对有效波进行放大，放大后的信号经LMC6036四路运算放大器的输出端口传送到单片机模块。

[0026]单片机模块是采用的超低功耗MSP430F5483A单片机，该单片机内部带有A\D转换模式，因此可以采集到由LMC6036四路运算放大器的输出端口传送来的信号并由内部A\D转换成数字信号，单片机通过SPI传输协议由无线发送模块进行信号传输。

该超低功耗MSP430F5483A单片机当反刍动物不在咀嚼运动时可以进入休眠模式，通过下载到三轴加速传感器芯片ADXL362的程序，预设了传感器ADXL362的X\Y\Z三个坐标方向的运动监测阀值。

当传感ADXL362检测到的三个坐标值没有达到预设值，默认反刍动物没有做反刍咀嚼运动,此时单片机模块和SX1212无线发送和接受模块处于休眠状态，大大降低了耗电节约了资源；当传感ADXL362检测到的三个坐标值达到预设值时，默认反刍动物在做反刍咀嚼运动，此时通过传感器ADXL362的INT1引脚置高通过导线触发单片机模块中的中断唤醒单片机MSP430F5483A开始工作，实现了单片机模块和后续的SX1212无线发送和接受模块开始工作进行信号采集和传输。

[0027]SX1212无线发送和接受模块是采用的两个相同频段为433M的传输距离在2500的远距离无线模块SX1212，该模块主要包括芯片SX1212IWLTRT和滤波器SAW、滤波电容、电阻、电感、以及12.8M的晶振组成的电路。

[0028]太阳能集成电路通过吸收太阳能转化成电能，为ADXL362加速传感器模块、信号滤波放大模块、单片机模块、SX1212无线发送和接受模块供电，同时多余的电量会储存在可充放电的锂电池组内以备阴天等特殊天气太阳能集成电路无法吸收太阳能。

太阳能供电模块通过固定盒安放在反刍动物的头顶部，便于对太阳光的吸收。

[0029]上位机模块包括PC机以及反刍动物数字化管理分析平台软件，SX1212无线接收模块把接收到的数据信号通过USB传输给PC机，安装在PC机上的反刍动物数字化管理分析平台软件对传输来的数据进行分析处理，在反刍动物数字化管理分析平台上，采用神经网络算法、主成分分析法等数学算法对采集来的两组三维坐标数据进行分析，建立数学模型，最后根据数学模型快速确定出反刍动物的反刍咀嚼次数以及反刍时所处的运动状态。

并进一步辨识反刍动物是否患有采食量下降等方面的疾病，确保反刍动物的健康状况，提高产奶量。

[0030]加速传感器模块为ADXL362加速传感器模块，其采用超低功耗的ADXL362芯片；对ADXL362预设了一定的坐标运动阀值，当反刍动物的运动监测值超过预设阀值时引脚INT1发出触发信号来唤醒单片机工作；单片机模块采用超低功耗MSP430F5483A单片机，当ADXL362的INT1引脚没有发出触发信号时，单片机处于休眠状态，接收到触发信号把单片机唤醒。

图1
图2
图3
图4。