一种基于倾角传感器的牲畜运动量检测系统的制作方法

本发明属于物联网养殖
技术领域：
，具体涉及一种基于倾角三轴加速度传感器和数据传输模块的牲畜个体运动量监测统计系统。
背景技术：
：近年来,随着我国畜牧养殖业的快速发展,智能牧业渐渐走近牧民的养殖过程中,但是由于我国养殖业的整体管理水平较低,生产规模相对较小,信息技术条件不健全,还不能及时、准确地对畜牧养殖过程进行智能化管理。然而,目前我国畜牧养殖业正处于由传统养殖向现代化智能化养殖转变的历史时期,抓住发展机遇、实现历史性的跨越需要信息技术等高新技术作为技术支撑。可以说信息化、数字化注定是畜牧养殖业智能化的必经之路。目前国内大多数养殖场不能对牲畜个体实现精确地监测，不能准确的获知养殖对象每日的运动量，从而难以实现精准的个体管理。例如现阶段检验母猪是否发情采取传统的外阴部观察方法。实际上，母猪在发情阶段，个体运动量有着明显的上升，所以实现对养殖对象个体运动量的精准监测，有利于牲畜养殖的科学化。所以说目前亟须需要开发一种牲畜运动量检测系统，精确检测牲畜个体运动量，进而掌握牲畜的生长状态和健康情况，用以克服以上问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种基于倾角传感器的牲畜运动量检测系统。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于倾角传感器的牲畜运动量检测系统，包括用于采集牲畜三维角速度和运动加速度的倾角加速度传感器模块、信息传输模块，整理电路；所述信息传输模块输入端与所述倾角加速度传感器模块输出端连接，用于传输所述倾角加速度传感器模块获得的加速度数据；所述整理电路设于所述信息传输模块与倾角加速度传感器模块之间，所述整理电路输入端与所述倾角加速度传感器模块输出端连接，所述整理电路输出端与所述信息传输模块的输入端连接；以及包括至少一个用于接收所述信息传输模块输出信号的上位机，所述上位机依据所述倾角加速度传感器模块的产生的所述三维角速度数据和所述运动加速度数据对所述牲畜的运动状态和运动量进行识别。本发明用倾角加速度传感器模块来检测牲畜实时的三维角速度和运动加速度，通过数据传送至上位机可以实现智能畜牧养殖中对牲畜的全方面数据统计；本发明上位机可以是台式电脑、笔记本、移动客户端等用户使用、监督、查询很方便，本发明设计中安装有无线信息传输模块，实现数据无线传输，方便操作；本发明通过整理电路保证系统检测结果的稳定性，保证了数据精确，经过上位机算法处理，得到精准的牲畜运动量。本发明的基于倾角加速度传感器的牲畜运动量检测系统可以精确无误的统计养殖牲畜的实时运动量，经过无线数据传输方便统计和观察，为智能畜牧养殖提供了一个新平台。进一步的，所述倾角加速度传感器模块结构为mpu-6050芯片引脚1接地，并连接电容c1的负极，引脚2做aux_da端口，引脚3做aux_cl端口，引脚4连接等电势vcc，与电容c1的正极相连，引脚5做ad0端口，引脚6连接电容c2的正极，引脚7连接电容c2的负极，并接地，引脚8做int端口，引脚9连接等电势vcc以及电容c3正极，电容c3负极接地，引脚10接地，以及电容c4负极接地，引脚11做resv端口，引脚12连接电容c4的正极，引脚13做resv端口，引脚14做clkout端口，引脚15连接电阻r2负极，做scl端口，电阻r2正极连接等电势vcc，引脚16连接电阻r1，做sda端口，电阻r1正极连接等电势vcc。进一步的，所述r1为4.7kω，r2为4.7kω，c1为0.1uf，c2为0.1uf，c3为0.1uf，c4为2200pf。本发明采用倾角加速度传感器芯片mpu-6050作为采集牲畜运动状态数据的采集设备。倾角加速度传感器芯片mpu-6050是全球首例九轴运动处理传感器，集成了三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计，与现有技术中的多个传感器组合起来相比，减少了三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计之间的轴间差问题，大大减少了包装空间。另外，倾角加速度传感器芯片mpu-6050的三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计分别集成了三个16位的adc，将测量到的模拟量转化为可输出的数字量。与现有技术相比，减少了a/d转换电路，减小了运动检测系统的体积。且倾角加速度传感器芯片mpu-6050内部还设有可编程低通滤波器，与现有技术相比，减少了滤波电路，进一步优化了运动检测系统的空间和体积。另外，倾角加速度传感器芯片mpu-6050上有1024字节fifo，有助于降低系统功耗。为了精确跟踪快速和慢速的运动，倾角加速度传感器芯片mpu-60501的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250,±500、±1000和±2000°/s，加速度计可测范围为±2、±4、±8和±16g，采集精度高，能够使用各种速度和方向的运动。进一步的，所述整理电路包括电阻r3、r4、r5、r6，以及运算放大器，所述运算放大器中的引脚1做vx的端口，连接电阻r6负端，运算放大器的引脚2连接电阻r6正端，连接电阻r3负端，电阻r3正端做x_out端口与所述mpu-6050芯片的引脚2连接，运算放大器的引脚3连接电阻r4负端，连接电阻r5的正端，电阻r4正端做v_base端口与所述mpu-6050芯片的引脚3连接，运算放大器的引脚4连接电阻r5的负端，连接等电势vcc，运算放大器的引脚5连接地。进一步的，所述r3为10kω，r4为5kω，r5为10kω，r6为20kω。本申请通过整理电路对倾角加速度传感器模块所获得的三维角速度和运动加速度信号，进行放大整理，保证信号的准确性。进一步的，所述整理电路至少为1个。多个整理电路并联，能够更精确的确定信号的准确性。进一步的，所述信息传输模块为gprs信息传输模块、cdma信息传输模块、4g信息传输模块、蓝牙信息传输模块、wifi信息传输模块中的一种。进一步的，所述蓝牙信息传输模块结构为：hc-05芯片引脚1做txd端，引脚2做rxd端与所述运算放大器中的引脚1连接，引脚3做cts端，引脚4做rts端，引脚5做pcm_clk端，引脚6做pcm_out端，引脚7做pcm_in端，引脚8做pcm_synk端，引脚9做ai00端，引脚10做ai01端，引脚11做reset端，引脚12连接等电势vcc，连接电容c5的正端，引脚13连接电容c5的负极，接地，引脚14不连接，引脚15做usb_d-端，引脚16做csb端，引脚17做mosi端，引脚18做miso端，引脚19接地，引脚20接地，引脚21接地，引脚22接地，引脚23接地，引脚24连接电阻r7的正极，电阻r7负极连接发光二极管d1正极，发光二极管d1负极接地，引脚25连接电阻r8正极，电阻r8负极做int端，连接电阻r10负极，引脚26做pi03端，引脚27做pi04端，引脚28做pi05端，引脚29做pi06端，引脚30做pi07端，引脚31连接电阻r9正极，电阻r9负极连接电阻r7负极，引脚32连接电阻r10正极，电阻r10负极做int端，引脚33做pi010端，引脚34连接电阻r11正极和电阻r12正极，电阻r11负极接地，电阻r12负极做key端。进一步的，所述r7为470ω，r8为470ω，r9为470ω，r10为470ω，r11为10kω，r12为470ω。进一步的，所述倾角加速度传感器模块、整理电路、信息传输模块高度集成于一个设备中，所述设备设于所述牲畜体上。本发明具有以下优点：1、本发明首次提出利用倾角加速度传感器计算牲畜实时运动量，可以实现智能畜牧养殖中对牲畜的全方面数据统计。2、本发明使用方便，本发明设计中安装有无线信息传输模块，实现数据无线传输，方便操作；3、本发明系统稳定性好，数据精确，经过上位机算法处理，得到精准的牲畜运动量。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明系统框架示意图；图2为本发明整体结构总图；图3为本发明倾角加速度传感器模块示意图；图4为本发明整理电路示意图；图5为本发明蓝牙信息传输模块示意图。图中：1为倾角加速度传感器模块；2为信息传输模块；3为整理电路；4为上位机。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。如图1所示，一种基于倾角传感器的牲畜运动量检测系统，包括用于采集牲畜三维角速度和运动加速度的倾角加速度传感器模块1，信息传输模块2，整理电路3，以及包括至少一个用于接收信息传输模块2输出信号的上位机4。信息传输模块2输入端与倾角加速度传感器模块1输出端连接，用于传输倾角加速度传感器模块1获得的加速度数据；整理电路3设于信息传输模块2与倾角加速度传感器模块1之间，整理电路3输入端与倾角加速度传感器模块1输出端连接，整理电路3输出端与信息传输模块2的输入端连接；在一些实施例中，信息传输模块2为gprs信息传输模块、cdma信息传输模块、4g信息传输模块、蓝牙信息传输模块、wifi信息传输模块中的一种。上位机4依据倾角加速度传感器模块1的产生的三维角速度数据和运动加速度数据对牲畜的运动状态和运动量进行识别。本发明用倾角加速度传感器模块来检测牲畜实时的三维角速度和运动加速度，通过数据传送至上位机可以实现智能畜牧养殖中对牲畜的全方面数据统计；本发明上位机可以是台式电脑、笔记本、移动客户端等用户使用、监督、查询很方便，本发明设计中安装有无线信息传输模块，实现数据无线传输，方便操作；本发明通过整理电路保证系统检测结果的稳定性，保证了数据精确，经过上位机算法处理，得到精准的牲畜运动量。如图2和图3所示，倾角加速度传感器模块1结构为mpu-6050芯片引脚1接地，并连接电容c1的负极，引脚2做aux_da端口，引脚3做aux_cl端口，引脚4连接等电势vcc，与电容c1的正极相连，引脚5做ad0端口，引脚6连接电容c2的正极，引脚7连接电容c2的负极，并接地，引脚8做int端口，引脚9连接等电势vcc以及电容c3正极，电容c3负极接地，引脚10接地，以及电容c4负极接地，引脚11做resv端口，引脚12连接电容c4的正极，引脚13做resv端口，引脚14做clkout端口，引脚15连接电阻r2负极，做scl端口，电阻r2正极连接等电势vcc，引脚16连接电阻r1，做sda端口，电阻r1正极连接等电势vcc。其中，r1为4.7kω，r2为4.7kω，c1为0.1uf，c2为0.1uf，c3为0.1uf，c4为2200pf。本发明采用倾角加速度传感器芯片其中：加速度输出：数据编号数据内容含义00x55包头10x51标识这个包是加速度包2axlx轴加速度低字节3axhx轴加速度高字节4ayly轴加速度低字节5ayhy轴加速度高字节6azlz轴加速度低字节7azhz轴加速度高字节8tl温度低字节9th温度高字节10sum校验和加速度计算公式：ax＝((axh<<8)|axl)/32768*16g(g为重力加速度，可取9.8m/s2)ay＝((ayh<<8)|ayl)/32768*16g(g为重力加速度，可取9.8m/s2)az＝((azh<<8)|azl)/32768*16g(g为重力加速度，可取9.8m/s2)温度计算公式：t＝((th<<8)|tl)/340+36.53℃校验和：sum＝0x55+0x51+axh+axl+ayh+ayl+azh+azl+th+tl其中，角速度输出：数据编号数据内容含义00x55包头10x52标识这个包是加速度包2axlx轴加速度低字节3axhx轴加速度高字节4ayly轴加速度低字节5ayhy轴加速度高字节6azlz轴加速度低字节7azhz轴加速度高字节8tl温度低字节9th温度高字节10sum校验和角速度计算公式：wx＝((wxh<<8)|wxl)/32768*2000(°/s)wy＝((wyh<<8)|wyl)/32768*2000(°/s)wz＝((wzh<<8)|wzl)/32768*2000(°/s)温度计算公式：t＝((th<<8)|tl)/340+36.53℃校验和：sum＝0x55+0x52+wxh+wxl+wyh+wyl+wzh+wzl+th+tl其中，角度输出：数据编号数据内容含义00x55包头10x53标识这个包是加速度包2axlx轴加速度低字节3axhx轴加速度高字节4ayly轴加速度低字节5ayhy轴加速度高字节6azlz轴加速度低字节7azhz轴加速度高字节8tl温度低字节9th温度高字节10sum校验和角速度计算公式：滚转角(x轴)roll＝((rollh<<8)|rolll)/32768*180(°)俯仰角(y轴)pitch＝((pitchh<<8)|pitchl)/32768*180(°)偏航角(z轴)yaw＝((yawh<<8)|yawl)/32768*180(°)温度计算公式：t＝((th<<8)|tl)/340+36.53℃校验和：sum＝0x55+0x53+rollh+rolll+pitchh+pitchl+yawh+yawl+th+tl注：1.姿态角结算时所使用的坐标系为东北天坐标系，正方向放置模块,如下图所示向左为x轴，向前为y轴，向上为z轴。欧拉角表示姿态时的坐标系旋转顺序定义为为z-y-x,即先绕z轴转，再绕y轴转，再绕x轴转。2.滚转角的范围虽然是±180度，但实际上由于坐标旋转顺序z-y-x，在表示姿态的时候，俯仰角(y轴)的范围只有±90度，超过90度后会变换到小于90度，同时让x轴的角度大于180度。3.由于三轴是耦合的，只有在小角度的时候会表现出独立变化，在大角度的时候姿态角度会耦合变化，比如当x轴接近90度时，即使姿态只绕x轴转动，y轴的角度也跟着发生较大变化。如图2和图4所示：整理电路3包括电阻r3、r4、r5、r6，以及运算放大器，运算放大器中的引脚1做vx的端口，连接电阻r6负端，运算放大器的引脚2连接电阻r6正端，连接电阻r3负端，电阻r3正端做x_out端口与mpu-6050芯片的引脚2连接，运算放大器的引脚3连接电阻r4负端，连接电阻r5的正端，电阻r4正端做v_base端口与mpu-6050芯片的引脚3连接，运算放大器的引脚4连接电阻r5的负端，连接等电势vcc，运算放大器的引脚5连接地。其中，r3为10kω，r4为5kω，r5为10kω，r6为20kω。在另一些实施例中，整理电路3至少为1个。本申请通过整理电路对倾角加速度传感器模块所获得的三维角速度和运动加速度信号，进行放大整理，保证信号的准确性。在本实施例中，信息传输模块2蓝牙信息传输模块。如图2和图5所示，蓝牙信息传输模块结构为：hc-05芯片引脚1做txd端，引脚2做rxd端与运算放大器中的引脚1连接，引脚3做cts端，引脚4做rts端，引脚5做pcm_clk端，引脚6做pcm_out端，引脚7做pcm_in端，引脚8做pcm_synk端，引脚9做ai00端，引脚10做ai01端，引脚11做reset端，引脚12连接等电势vcc，连接电容c5的正端，引脚13连接电容c5的负极，接地，引脚14不连接，引脚15做usb_d-端，引脚16做csb端，引脚17做mosi端，引脚18做miso端，引脚19接地，引脚20接地，引脚21接地，引脚22接地，引脚23接地，引脚24连接电阻r7的正极，电阻r7负极连接发光二极管d1正极，发光二极管d1负极接地，引脚25连接电阻r8正极，电阻r8负极做int端，连接电阻r10负极，引脚26做pi03端，引脚27做pi04端，引脚28做pi05端，引脚29做pi06端，引脚30做pi07端，引脚31连接电阻r9正极，电阻r9负极连接电阻r7负极，引脚32连接电阻r10正极，电阻r10负极做int端，引脚33做pi010端，引脚34连接电阻r11正极和电阻r12正极，电阻r11负极接地，电阻r12负极做key端。其中，r7为470ω，r8为470ω，r9为470ω，r10为470ω，r11为10kω，r12为470ω。本发明将倾角加速度传感器模块1、整理电路3、信息传输模块2高度集成于一个设备中，设备设于牲畜体上。本发明采用倾角加速度传感器芯片mpu-6050作为采集牲畜运动状态数据的采集设备。倾角加速度传感器芯片mpu-6050是全球首例九轴运动处理传感器，集成了三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计，与现有技术中的多个传感器组合起来相比，减少了三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计之间的轴间差问题，大大减少了包装空间。另外，倾角加速度传感器芯片mpu-6050的三轴mems陀螺仪和三轴mems加速度计分别集成了三个16位的adc，将测量到的模拟量转化为可输出的数字量。与现有技术相比，减少了a/d转换电路，减小了运动检测系统的体积。且倾角加速度传感器芯片mpu-6050内部还设有可编程低通滤波器，与现有技术相比，减少了滤波电路，进一步优化了运动检测系统的空间和体积。另外，倾角加速度传感器芯片mpu-6050上有1024字节fifo，有助于降低系统功耗。为了精确跟踪快速和慢速的运动，倾角加速度传感器芯片mpu-60501的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250,±500、±1000和±2000°/s，加速度计可测范围为±2、±4、±8和±16g，采集精度高，能够使用各种速度和方向的运动。本发明首次提出利用倾角加速度传感器模块计算牲畜实时运动量，可以实现智能畜牧养殖中对牲畜的全方面数据统计；本发明上位机可以为多种选择，台式电脑、移动终端、笔记本等使用方便，本发明设计中安装有无线信息传输模块，实现数据无线传输，方便操作；本发明系统稳定性好，数据精确，经过上位机算法处理，得到精准的牲畜运动量。综上，本发明的基于倾角加速度传感器的牲畜运动量检测系统可以精确无误的统计养殖牲畜的实时运动量，经过无线数据传输方便统计和观察，为智能畜牧养殖提供了一个新平台。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这些实施例，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。当前第1页12