一种奶牛个体定位方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种奶牛个体定位方法及系统，提高了对奶牛个体的识别精度，特别是对较小范围内多个计步器的准确识别。其中，所述方法包括：通过控制低频场强强度来设置激励范围，并在所述激励范围内以预定的周期不断发送低频激活信号；通过高频收发接受来自激励范围内的至少一个计步器的场强强度参考数据，其中，所述计步器收到激励范围内的低频激活信息后，记录当前的场强强度参考数据，并激活所述计步器的高频收发以发送所述场强强度参考数据；将所述场强强度参考数据以及激励范围发送至上位机服务器。
【专利说明】一种奶牛个体定位方法和系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明实施例涉及信息定位技术，尤其涉及一种奶牛个体定位方法和系统。
【背景技术】
[0002]在目前奶牛养殖行业，对于个体牛只的智能化养殖还比较薄弱，对于个体牛只的识别只能做到对固定编号的识别，却不能做到个体牛只的定位(如:运动场定位，栏位定位)，从而影响牛只的参数采集和与之相关的体征数据的对应。使得如生理特征分析数据、产奶量等信息不能正确的关联，得不到及时处理，从而影响对牛只个体的持续监控，以及对生理特征情况的分析与处理。
[0003]图1为现有技术中一种基于ZigBee的奶牛个体信息识别及定位系统的结构示意图。如图1所示，所述系统由终端设备、网关、定位节点和参考节点组成，其中定位节点和参考节点均可带传感器，以完成对奶牛的信息采集。采用一台PC作为终端设备控制这个系统的运行情况，接收网关发出的信息并发送指令给网关以查看、控制整个系统，完成对奶牛的个体信息进行处理。网关设备作为整个系统的协调器，对定位节点和参考节点则通过zigbee无线网络进行通信，而与网络设备通过RS232进行联系，让用户和无线网络进行交互。参考节点为一个位于已知位置的静态节点，这个节点可以将其位置通过数据包通知其他节点。定位节点从参考节点处接收数据包信号，获得参考节点位置坐标及相应的场强强度(RSSI)值并将其送入定位引擎，然后可以得出由定位引擎计算出的自身位置。将参考节点有规律地布置在奶牛场上，将定位节点悬挂在奶牛身上，这些定位节点带有可设置的IEEE地址(64位的永久地址，作为其唯一性标识)，可被终端设备识别以判断不同的奶牛个体。一方面，利用RSSI技术对奶牛进行定位，另一方面，利用zigbee技术进行数据传输。但现有技术该系统的定位误差在I米左右，精度不够，当在误差范围内存在多头奶牛时，将无法进行有效的区分；参考节点与定位节点的通信范围预先设置好，不可调整，使用比较单一；参考节点与定位节点之间的功耗消耗比较大，导致使用寿命短，成本上升；另外，市场上大多数产品采用单一频段设计，单一频段设计的主要问题:如果只采用低频方式，由于低频识读的作用距离通常小于I米，则计步器无法实现远距离通信，且当在较小距离范围内存在多个传感器时，难以进行有效的区分；如果只采用超高频方式，则由于超高频电场分布的不稳定性造成识读准确率不高。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术中的上述问题，本发明实施例提出了一种奶牛个体定位方法和系统，提高了对奶牛个体的识别精度，特别是对较小范围内多个计步器的准确识别，增加了系统的准确性、灵活性和使用寿命。
[0005]本发明实施例提供的一种奶牛个体定位方法，包括:
[0006]通过控制低频场强的强度设置激励范围，并在所述激励范围内以预定的周期不断发送低频激活信号；[0007]通过高频收发接受来自激励范围内的至少一个计步器的场强强度参考数据，其中，所述计步器收到激励范围内的低频激活信息后，记录当前的场强强度参考数据，并激活所述计步器的高频收发以发送所述场强强度参考数据；
[0008]将所述场强强度参考数据以及激励范围发送至上位机服务器。
[0009]其中，通过RS485总线和/或无线高频两种通讯方式与所述上位机服务器连接。
[0010]其中，所述低频场强强度的最大激励范围为1M。
[0011]其中，所述低频场强强度分为25级别，每个场强强度控制的激励范围为4CM。
[0012]其中，所述至少一个计步器的数量为两个及以上时，在所述上位机服务器的控制下，对激励范围内的所述两个及以上的计步器进行轮询扫描，对所述两个及以上的计步器进行精确定位。
[0013]其中，所述低频信号为50K-20MHZ。
[0014]其中，其特征在于，所述方法应用于牛栏上的阅读器中，所述至少一个计步器分别安装在每只牛身上。
[0015]本发明实施例提供的一种奶牛个体定位系统，包括上位机服务器，至少一个阅读器以及至少一个计步器；其中，所述至少一个阅读器与所述上位机服务器通信连接；
[0016]每一阅读器设有一低频发射单元、一高频通讯单元、一场强强度调节单元；通过场强强度调节单元调节阅读器的激励范围，通过所述低频发射单元以预定的周期不断发射激活信号；通过高频通讯单元收发计步器上传的场强强度参考数据；
[0017]每一计步器设有一个低频接收单元以及一高频通讯单元，用于根据阅读器低频发射单元发射的激活信号，记录当前的场强强度参考数据，并触发高频通讯单元工作；在触发高频通讯单元后，将采集的场强强度参考数据发送给阅读器。
[0018]其中，所述阅读器与所述上位机服务器通信连接为所述上位机服务器同时通过RS485总线和/或无线高频两种通讯方式与所述至少一个阅读器相连接。
[0019]其中，所述上位机服务器设有一个高频数据收发装置，用于直接接收计步器通过高频通讯单元返回的场强参考数据。
[0020]其中，所述场强强度调节单元调节阅读器的最大激励范围为1M。
[0021]其中，所述场强强度调节单元设定有25个强度级别，每个场强强度控制的激励范围为4CM。
[0022]其中，每个阅读器对应控制至少一个计步器。
[0023]其中，当一个阅读器对应控制多个计步器时，所述上位机服务器在所述一个阅读器的激励范围内进行轮询扫描，对所述多个计步器进行精确定位。
[0024]其中，所述低频信号为50K-20MHZ。
[0025]其中，所述至少一个阅读器分别安装在每个牛栏上，所述至少一个计步器分别安装在每只牛身上。
[0026]利用本发明实施例提供的奶牛个体定位系统和方法，通过将高低频协同工作，只有在收到低频信号的情况下，才触发高频工作即发挥了高频信号发射功率大，辐射的范围广的特点，又发挥低频信号覆盖精度高、功耗低的特点，在提高对奶牛定位精度的同时还节省了功耗，延长了设备的使用寿命。更为重要的是，在本发明一实施例中，通过调整低频场强强度的强度级别来调整激励范围的大小，从而进一步提高与距离的线性关系，通过在激励范围内灵活调整发射功率来设置多个级别，定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为现有技术中一种基于ZigBee的奶牛个体定位系统的结构示意图。
[0028]图2为本发明实施例的奶牛个体信息识别及定位系统的结构示意图。
[0029]图3为本发明实施例的奶牛个体定位方法的流程示意图。
[0030]图4为本发明实施例的阅读器的结构示意图。
[0031]图5为本发明实施例的计步器的结构示意图。
【具体实施方式】:
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
[0033]图2为本发明实施例的奶牛个体信息识别及定位系统的结构示意图。如图3所示，该系统包括:上位机服务器，至少一个阅读器以及至少一个计步器(为简单起见，图中仅示出了一个阅读器和一个计步器)，其中每个阅读器可以与一个或多个计步器配套使用。比如阅读器设置在挤奶厅中各个牛栏中，计步器设置在牛身上，每个牛栏中可以多头牛。
[0034]多个阅读器通过RS485总线和/或无线高频两种通讯方式与所述上位机服务器连接。当上位机服务器和阅读器之间同时通过RS485总线和无线高频两种冗余通讯方式进行数据交互时，可以避免设备通讯失败，丢失数据。
[0035]阅读器设有一低频发射单元、一高频通讯单元以及一场强强度调节单元。通过场强强度调节单元调节阅读器的激励范围；通过所述低频发射单元以预定的周期不断发射激活信号；通过高频通讯单元收发计步器上传的场强强度参考数据；并将收到的数据传送至上位机服务器。
[0036]每一计步器设有一个低频接收单元以及一高频通讯单元。通过低频接收单元接收来自阅读器低频发射单元发射的激活信号，记录当前的场强强度参考数据，并触发高频通讯单元工作；在触发高频通讯单元后，将采集的场强强度参考数据发送给阅读器。
[0037]上位机服务器所获取的定位信息具体包括阅读器的低频激励场强强度数据、计步器回传的阅读器到计步器相对距离的场强强度参考数据；基于这两组数据，上位机服务器即可计算出计步器相对于阅读器的距离，在已知阅读器坐标的情况下，即可定位出计步器所对应的牛的位置。
[0038]当每一个阅读器的激励范围内存在多个计步器时，可以通过轮询扫描的方式，结合场强参考数据，对多个计步器进行精确定位。
[0039]图3为本发明实施例的奶牛个体定位方法的流程示意图。该方法为应用在图2所示系统的阅读器中。如图3所示，该方法包括:
[0040]步骤301:通过控制低频场强的强度设置激励范围，并在所述激励范围内以预定的周期不断发送低频激活信号。
[0041]在本发明一实施例中，低频场强强度的最大激励范围为1M。另外，还可以将该低频场强强度分级，不同的级别控制的激励范围不同，利用上强度级别越高，可控制的激励范围越远。在一具体事例中，可以将低频场强强度分级为25级别，每个场强强度控制的激励范围为4CM。
[0042]在本发明一实施例中，低频信号范围可以是50K-20MHZ。
[0043]步骤202:通过高频收发接收来自激励范围内的至少一个计步器的场强强度参考数据，其中，所述计步器收到激励范围内的低频激活信息后，记录当前的场强强度参考数据，并激活所述计步器的高频收发以发送所述场强强度参考数据。
[0044]在本发明一实施例中，高频信号范围可以是915Mhz。
[0045]当每个阅读器的激励范围内存在多个计步器时，可以通过轮询扫描的方式，结合场强参考数据，对多个计步器进行精确定位。通过轮询机制，可以实现在较小范围内多只奶牛的有效识别，避免牛只数据关联错误，引起数据的缺失和不完整，造成不必要的损失。
[0046]步骤203:将所述场强强度参考数据以及激励范围发送至上位机服务器。
[0047]简而言之，在本发明一实施例中，上位机软件以轮询的方式通过RS485网络和/或无线高频通知阅读器进行数据读取工作，阅读器首先根据低频场强强度与距离的线性关系，调整发射功率来设置和调整激励范围，当在该激励范围内有计步器时，阅读器先通过低频发射激活信号，并充当场强源，提供激励能量，以基站形式在短时间内以极短的周期不断发射激活数据。当计步器在可激励范围内时，受激活信号的影响，记录当前场强强度参考数据，通过高频电路将自己所采集的场强参考数据发送给阅读器或高频数据收发终端，上位机会根据得到的当前场强强度参考数据，结合各个阅读器的激励范围对牛只进行精准定位。
[0048]在本发明一实施例中，阅读器轮询扫描的方法流程可以是:定义每个计步器与阅读器器的激活顺序(时间上的先后顺序)，这个顺序可以通过门禁阵列来控制，上位机控制阅读器按照门禁阵列的顺序轮询激活计步器。在本发明一实施例中，还可以通过逐步调整低频场强强度来实现轮询扫描，即按照计步器所在的距离逐步轮询。
[0049]图4为本发明实施例的阅读器的结构示意图。如图4所示，该阅读器包括:MCU主控芯片，高频通讯单元，低频发射单元，RS485电路和电源，这五部分之间采取电路连接的方式连接。其中电源为MCU主控芯片供电。
[0050]MCU主控单元是控制高低频电路，RS485电路协同工作，提供不同强度的激励信号。
[0051]高频通讯单元通过无线的方式读取计步器数据，发射接收到的数据到上位机服务器的高频通讯终端。
[0052]低频发单元用于发射低频激励信号。
[0053]RS485电路主要是将数据通过RS485网络将数据回传给上位机服务器。当然，一旦RS485通讯总线损坏或是RS485电路故障，阅读器可以将启用高频通讯机制，将之前接收到的数据发往高频通讯终端然后送往服务器。
[0054]在本发明一实施例中，阅读器还可以进一步包括一个信号强度调控开关，与MCU主控单元电路连接，控制低频激励信号的强度。当然，也可以通过上位机服务器发送的控制指令来控制低频激励信号的强度。
[0055]图5为本发明实施例的计步器的结构示意图。如图5所示，计步器包括全向加速度传感器，温度采集单元，高频通讯单元，低频接收单元，数据处理芯片，电池。其中，这六部分为电路连接，电池为数据处理芯片供电。[0056]全方向加速度传感器，用于采集奶牛的活动量加速度数据(主要为奶牛的步数)并以中断的形式定期通知数据处理芯片取走加速度数据。
[0057]温度采集单元，用于采集奶牛体温数据，并不定期地将体温数据发送给数据处理
-H-* I I
心/T O
[0058]数据处理芯片，根据加速度数据进行分析得出奶牛的活动量数据，以一定的间隔进行存贮，同时用于存储接收到的体温数据，并记录场强强度参考数据。并在通过低频接收单元接收到激励信号后，触发高频通讯单元工作，将奶牛的活动量数据、体温数据以及场强强度参考数据上传到阅读器。活动量数据以及体温数据存储以及数据上传间隔由数据处理芯片的存储容量决定，在本发明一实施例中，数据处理芯片以两小时的间隔进行存贮，可存贮48小时的活动量。
[0059]各个单元功能模块均采用超低功耗芯片设计，并优化工作逻辑时序，降低工作功耗，使得产品使用年限延长。
[0060]本领域技术人员可以理解，当计步器仅用于记录定位功能时，可以不包括加速度传感器以及温度采集单元。
[0061]以上实施例中，虽然是基于养殖厂的奶牛描述，但本领域技术人员可以理解，以上实施例的方法和系统可以应用于其他的动物养殖，甚至包括人的管理上。
[0062]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种奶牛个体定位方法，其特征在于，包括: 通过控制低频场强的强度设置激励范围，并在所述激励范围内以预定的周期不断发送低频激活信号； 通过高频收发接受来自激励范围内的至少一个计步器的场强强度参考数据，其中，所述计步器收到激励范围内的低频激活信息后，记录当前的场强强度参考数据，并激活所述计步器的高频收发以发送所述场强强度参考数据； 将所述场强强度参考数据以及激励范围发送至上位机服务器。
2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，通过RS485总线和/或无线高频两种通讯方式与所述上位机服务器连接。
3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述低频场强强度的最大激励范围为IM0
4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于，所述低频场强强度分为25级别，每个场强强度控制的激励范围为4CM。
5.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述至少一个计步器的数量为两个及以上时，在所述上位机服务器的控制下，对激励范围内的所述两个及以上的计步器进行轮询扫描，对所述两个及以上的计步器进行精确定位。
6.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，通过逐步调整低频场强强度来实现所述轮询扫描；或定义每个计步器的激活顺序，按照激活顺序轮询激活计步器。
7.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述低频信号为50K-20MHZ。`
8.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述方法应用于牛栏上的阅读器中，所述至少一个计步器分别安装在每只牛身上。
9.一种奶牛个体定位系统，其特征在于，包括上位机服务器，至少一个阅读器以及至少一个计步器；其中，所述至少一个阅读器与所述上位机服务器通信连接； 每一阅读器设有一低频发射单元、一高频通讯单元、一场强强度调节单元；通过场强强度调节单元调节阅读器的激励范围，通过所述低频发射单元以预定的周期不断发射激活信号；通过高频通讯单元收发计步器上传的场强强度参考数据； 每一计步器设有一个低频接收单元以及一高频通讯单元，用于根据阅读器低频发射单元发射的激活信号，记录当前的场强强度参考数据，并触发高频通讯单元工作；在触发高频通讯单元后，将采集的场强强度参考数据发送给阅读器。
10.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述阅读器与所述上位机服务器通信连接为所述上位机服务器同时通过RS485总线和/或无线高频两种通讯方式与所述至少一个阅读器相连接。
11.根据权利要求10所述的定位系统，其特征在于，所述上位机服务器设有一个高频数据收发装置，用于直接接收计步器通过高频通讯单元返回的场强参考数据。
12.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述场强强度调节单元调节阅读器的最大激励范围为1M。
13.根据权利要求12所述的定位系统，其特征在于，所述场强强度调节单元设定有25个强度级别，每个场强强度控制的激励范围为4CM。
14.根据权利要求9、12或13所述的定位系统，其特征在于，当一个阅读器对应控制多个计步器时，所述上位机服务器在所述一个阅读器的激励范围内进行轮询扫描，对所述多个计步器进行精确定位。
15.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述低频信号为50K-20MHZ。
16.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述至少一个阅读器分别安装在每个牛栏上，所述至少一个计步器分别安装在每只牛身上。
【文档编号】G01S13/74GK103529445SQ201310466738
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】常志刚 申请人:天津闪联科技有限公司