一种反刍动物的健康管理系统及管理方法与流程

1.本发明涉及畜牧业，具体涉及牧场牲畜的统一化管理，尤其是一种反刍动物的健康管理系统及管理方法。


背景技术：

2.随着生产生活水平的提高，牛肉及牛奶制品在全民饮食营养中扮演着重要角色，从而对其肉制品和奶制品的营养与品质提出更高的要求，而其源头奶牛饲养则与牛制品品质和奶牛养殖效益有着直接的关系，普遍传统的牛饲养是以散养和圈养为主，喂以牛饲料和草料，牧民凭着多年的养殖经验，通过观察奶牛的身体状态和饮食规律来了解牛的健康和体质，并根据牧民的判断来进行针对性的医疗和饲养，这种方式普遍适用于大多数牧民，然而由于在饲养过程中，当发现奶牛身体状态异常时，对奶牛健康的了解则会存在一定的迟滞性和不及时，从而错失医疗和哺育的良好时机，造成牧民经济损失。


技术实现要素：

3.鉴于上述状况，有必要提供一种反刍动物的健康管理系统及管理方法。
4.本发明公开了一种反刍动物的健康管理系统，包括：
5.采集单元，用于置于反刍动物的瘤胃中采集生理数据；
6.通讯单元，用于传输所述采集单元所采集的数据；
7.存储单元，用于存储从通讯单元收到的数据；
8.判断单元，拉取存储单元中的数据与正常数据对比，若判断结果为异常，将异常数据推送至推送单元；
9.推送单元，用于向用户推送异常数据。
10.作为本发明的进一步方案：所述采集单元包括：
11.温度采集单元，用于采集反刍动物的实时体温；
12.加速度采集单元，用于采集反刍动物的实时三轴加速度。
13.作为本发明的进一步方案：所述通讯单元包括：
14.蓝牙主控模块，与采集单元设置在一起，用于将采集单元采集到的数据组织广播报文，向外界广播；
15.通讯基站，用于接收蓝牙主控模块广播的报文，并上传至存储单元。
16.作为本发明的进一步方案：所述存储单元包括：
17.第一存储子单元，若判断单元的判断结果为正常，则将数据存储到第一存储子单元；
18.第二存储子单元，若判断单元的判断结果为异常，则将数据存储到第二存储子单元，推送单元从第二存储子单元拉取数据进行推送。
19.作为本发明的进一步方案：还包括：
20.用户终端，用于查询储存单元中的数据。
21.本发明还公开了一种反刍动物的健康管理方法：包括以下步骤：
22.s100、将数据采集装置启动，注入到反刍动物的瘤胃中；
23.s200、采集单元在瘤胃中采集反刍动物的生理参数；
24.s300、通讯单元将采集到的生理参数传输到存储单元中；
25.s400、存储单元将生理参数进行存储。
26.作为本发明的进一步方案：步骤s200具体包括：
27.s210、温度采集单元每隔30－120秒采集一次温度数据；
28.s220、加速度采集单元每隔30－120秒采集一次三轴加速度数据。
29.作为本发明的进一步方案：步骤s300具体包括：
30.s310、蓝牙主控芯片处理数据并组织通信协议报文；
31.s320、以蓝牙广播的方式将报文添加在广播帧厂商自定义区并每隔5－20秒对外广播一次；
32.s330、通讯基站接收广播报文并传输至网络平台。
33.作为本发明的进一步方案：步骤s400具体包括：
34.s410、将收到的数据与数据库中现有的数据进行对比；
35.s420、若对比结果为正常，将数据储存到第一存储子单元中，若对比结果为异常，将数据储存到第二存储子单元中。
36.作为本发明的进一步方案：步骤s420之后还包括：
37.s500、推送单元拉取第二存储子单元中的数据，推送到用户终端。
38.本发明所公开的一种反刍动物的健康管理系统及管理方法采用了滞留瘤胃的方式，对反刍动物进行生理数据采集，能够使养殖者实时掌握每头牲畜的实时生理数据，并且依据数据对比功能，实现了异常提醒，能够及时把控牲畜的健康状况，对出现疾病、发情的牲畜进行及时管理，避免产生经济损失。
附图说明
39.图1是本发明的系统拓扑图；
40.图2是本发明的数据采集装置的结构示意图；
41.图3是本发明的数据采集装置的爆炸图；
42.图4是本发明的供电模块的结构示意图；
43.图5是本发明的供电模块与功能模块安装结构示意图；
44.图6是本发明的功能模块结构示意图；
45.图7是本发明的功能模块爆炸图；
46.图8是本发明的数据采集装置的电路图；
47.图9是本发明的温度采集单元的电路图；
48.图10是本发明的加速度采集单元的电路图；
49.图11是本发明的电池检测分压电路的电路图。
具体实施方式
50.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明一种反刍动物生理数据采集装置的蓝牙天线进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
51.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本实用的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
53.如图1－图7所示，一种反刍动物的健康管理系统，包括：
54.采集单元，用于置于反刍动物的瘤胃中采集生理数据；
55.参照图1－图2，具体的，采集单元为数据采集装置100，包括了金属制成的下壳110和塑料制成的上壳120，下壳110和上壳120之间通过螺纹连接，通过在螺纹连接处添加橡胶圈实现ip68级别的防水等级，其整体呈胶囊壳状；优选地，下壳110的材料为不锈钢。
56.数据采集装置100还包括了供电模块130和功能模块140。
57.参照图3－图4，供电模块130设置在下壳110中，包括电池131、弹簧132、开关133、电源电路板134、旋盖135，其中，旋盖135将前四者封装于下壳110 中，旋盖135与下壳110为螺纹连接；
58.具体的，弹簧132设置在电源电路板134上且作为导电元件与电池131接触，使电池131与电源电路板134形成通路，旋盖135中间设有小孔，电源电路板134的引脚穿过小孔，与功能模块140导通，该引脚视为供电模块130的正极，功能模块140则通过导电弹片与旋盖135导通，此时旋盖135与下壳110 视为供电模块130的负极，从而形成一个完整的回路；同时，金属制的下壳110 除了作为负极之外，还增加了产品的整体重量，达到了小体积大重量的特点，确保产品能够滞留在牛瘤胃的底部，避免被回吐或者排除体外；
59.需要注意的是，开关133也设置于电源电路板134上，开关133具体为机械自锁型开关，能够通过按压实现闭合和断开上述回路，开关133具体位于电源电路板134与电池131之间，一般情况下，由于弹簧132的作用，电池131 无法触及开关133，当手握数据采集装置100，且电池131在上，开关133在下时，施加向下的加速运动，由于电池131的惯性，电池131会克服弹簧132做功，使弹簧132压缩，从而撞击到开关133，使之闭合或断开电路，可以理解的是，机械自锁型开关的原理是按一下，接通电路，再按一下断开电路，因此在误触时，还可以重复上述动作以断开电路，保障电量不被消耗，电源电路板134 上还设置有一led灯，当通电后，led灯会闪烁若干秒；该结构设计能够保证下壳110和上壳120无外孔，使产品能够在牛羊的瘤胃中长久工作而不受影响，且在投入牲畜的瘤胃之前再接通电路，能够极大限度地保留电池131的电量，配合低功耗的功能模块140，使得2700mah的电池电量下，续航时间长达五年以上。
60.参照图6－图7，进一步的，功能模块140包括了数据采集模块以及通讯单元中的蓝牙主控模块；
61.数据采集模块包括温度采集单元和加速度采集单元，具体的，温度采集单元的主体是型号为si705的温度传感器142，加速度采集单元的主体是型号为 da217的三轴线性加速度传感器143，这两者与蓝牙主控模块一起集成在功能模块电路板141上；
62.在牛瘤胃中时，温度会通过金属制的下壳110传入，通过旋盖135以及导电弹片等金属元件进行传导，最终被温度传感器142采集到；
63.蓝牙主控模块的主体是型号为nrf52840的蓝牙芯片144，采用蓝牙ble5 longrang技术，其通信距离远，功耗低；蓝牙芯片144周期性从供电模块130 的adc口、温度传感器142、加速度传感器143采集电压、温度和加速度数据，并组织通信协议报文，以蓝牙广播的方式将报文添加在广播帧厂商自定义区并周期性对外广播信息；其中adc口指的是电池检测分压电路146的一根芯片pin 引脚；具体的，每60秒采集一次温度和加速度数据，每300秒采集一次电池电压，每10秒对外广播一次；
64.另外，为保证蓝牙无线通信的2.4g无线信号的有效传输，蓝牙芯片144连接着一个天线145，天线145采用lds技术，将天线走线镭射在支架上，该支架的形状与上壳120的内腔相匹配，塑料制的上壳120不会影响无线信号；具体的，天线145呈胶囊壳状，其外部与上壳120的内壁贴合，其底部延伸出两个支脚，该支脚卡在功能模块电路板141上，因此天线145还起到封装功能模块电路板141的作用，降低产品的组装难度，提升生产与测试的效率。
65.如图8－图11所示，本发明所公开的功能模块具体连接如下：
66.温度采集单元包括温度传感器si7051、第一电阻r50、第二电阻r51和第一电容c50，温度传感器的第一引脚分别连接第一电阻r50的第一引脚和蓝牙芯片nrf52840的sda引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p1.13引脚，温度传感器的第六引脚分别连接第二电阻r51的第一引脚和蓝牙芯片nrf52840的scl引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p1.12引脚，第一电阻r50的第二引脚分别连接第二电阻r51的第二引脚、蓝牙芯片nrf52840的vdd引脚、温度传感器的第五引脚和第一电容c50的第一引脚，第一电容c50的第二引脚和温度传感器的第二引脚接地。
67.加速度采集单元包括加速度传感器da217、第二电容c60、第三电容c61，加速度传感器的第一引脚连接蓝牙芯片nrf52840的miso引脚，即蓝牙芯片 nrf52840的p0.08引脚，加速度传感器的第二引脚连接蓝牙芯片nrf52840的 mosi引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p0.07引脚，加速度传感器的第三引脚分别连接第二电容c60的第一引脚、第三电容c61的第一引脚、蓝牙芯片nrf52840 的vdd引脚和加速度传感器的第七引脚，第二电容c60的第二引脚和第三电容 c61的第二引脚接地，加速度传感器的第五引脚连接蓝牙芯片nrf52840的int1 引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p0.11引脚，加速度传感器的第六引脚连接蓝牙芯片nrf52840的int2引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p0.12引脚，加速度传感器的第八引脚和第九引脚分别接地，加速度传感器的第十二引脚连接蓝牙芯片 nrf52840的sck引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p1.08引脚。
68.电池检测分压电路包括低压差线性稳压芯片(ldo)xc6206p332mr、双向瞬变抑制二极管pesd5d5c、第三电阻r1、第四电阻r2、第五电阻r4、第六电阻 r5、第四电容c21、第五电容c22。
69.具体的，低压差线稳压芯片的vin引脚分别连接第四电容c21的第一引脚、第三电阻r1的第一引脚和第四电阻r2的第一引脚，第四电容c21的第二引脚接地，低压差线稳压芯片的vout引脚分别连接第四电阻r2的第二引脚、蓝牙芯片nrf52840的vddh引脚和第五电容c22的第一引脚，第五电容c22的第二引脚接地，低压差线稳压芯片的gnd引脚接地，第三电阻r1的第二引脚分别连接第五电阻r4的第一引脚和双向瞬变抑制二极管的第一引脚，第五电阻r4的第二引脚分别连接第六电阻r5的第一引脚和蓝牙芯片nrf52840的ain0引脚，即蓝牙芯片nrf52840的p0.02引脚，第六电阻r5的第二引脚分别接地和连接双向瞬变抑制二极管的第二引脚。
70.通讯单元，用于传输采集单元所采集的数据；
71.具体的，除了设置在数据采集装置中的蓝牙主控模块之外，还包括了架设在牧场的若干个通讯网关，可以理解为支持蓝牙5.1传输的信号基站，能够接受蓝牙主控模块发出的广播信息，可以知道的是，每一个通讯网关的信号范围可以覆盖一定的面积，只需架设若干个通讯网关，即可使信号全面覆盖牧场，通讯网关在接收到广播信息之后会将数据上传到网络平台。
72.存储单元，用于存储从通讯单元收到的数据；
73.判断单元，拉取存储单元中的数据与正常数据对比，若判断结果为异常，将异常数据推送至推送单元，所述的正常数据是提前存储好的一组数据，当对比数据与正常数据对比的差值超过一定阀值，则判定为结果异常；
74.推送单元，用于向用户推送异常数据；
75.可以理解的是，存储单元、判断单元以及推送单元可以整体视为服务器终端，能够对从通讯单元传输来的数据进行存储、分析处理以及推送。
76.更进一步的，存储单元包括：
77.第一存储子单元，若判断单元的判断结果为正常，则将数据存储到第一存储子单元；
78.第二存储子单元，若判断单元的判断结果为异常，则将数据存储到第二存储子单元，推送单元从第二存储子单元拉取数据进行推送；
79.第一存储子单元和第二存储子单元是并列存在的，可以是两个单独的数据库，亦或是同个数据库中的两个不同的表。
80.更进一步的，本发明公开的健康管理系统还包括：
81.用户终端，用于查询储存单元中的数据；
82.容易理解的是，用户终端一般是pc端或是手机，通过访问web平台或app 读取存储单元中的数据，即存储在服务器中的数据。
83.参照图1－图11，本发明还公开了一种反刍动物的健康管理方法，包括以下步骤：
84.s100、将数据采集装置启动，注入到反刍动物的瘤胃中；
85.数据采集装置100的启动即通过施加加速度，利用电池131的惯性，使之撞击开关133，由于开关133是机械自锁型开关，受到撞击后接通电路，电池 131开始放电，此时led灯亮起10秒后熄灭，提示已经启动成功，养殖者再将已经启动成功的数据采集装置100从奶牛的口中投入，因数据采集装置100的自重较大，数据采集装置100将会沉在奶牛的瘤胃的底部，滞留并工作数年。
86.s200、采集单元在瘤胃中采集反刍动物的生理参数；
87.滞留在奶牛的瘤胃中的数据采集装置正常工作，间歇性地采集奶牛的体温以及三轴加速度，三轴加速度会通过固定算法计算出运动步数。
88.s300、通讯单元将采集到的生理参数传输到存储单元中；
89.通讯单元将采集单元所采集到的奶牛体温及运动步数的数据上传到网络平台上，网络平台即服务器。
90.s400、存储单元将生理参数进行存储；
91.服务器将收到的数据进行保存，以供养殖者随时查看。
92.更进一步的，步骤s200具体包括：
93.s210、温度采集单元每隔30－120秒采集一次温度数据；
94.具体的，蓝牙主控模块通过温度传感器142采集温度数据，优选的间隔时间是60秒，此外，温度传感器142还可以监测奶牛饮水次数，由于数据采集装置100是在瘤胃中的，因为进入瘤胃的冷水与温度读数急剧但短暂的下降有关。需要注意的是，这些读数并不是牛整体体温的变化。然而，牛瘤胃日平均温度的变化可能与牛体温的整体变化有关，由于它始终高于身体其他部位1℃，因此可以依靠瘤胃的温度来准确测定牛的整体体温。当牛受到乳腺炎等感染时，通常会观察到温度的峰值。
95.s220、加速度采集单元每隔30－120秒采集一次三轴加速度数据；
96.具体的，蓝牙主控模块通过加速度传感器143采集一组三轴加速度数据，优先的间隔时间是60秒，同时蓝牙主控模块对这组三轴加速度数据进行滤波平均计算，获得当前的三轴加速度值，另外，加速度传感器143内部每秒采集32 次数据，检测有超过加速度阀值并合乎走动规律的记为走动步数。
97.更进一步的，步骤s300具体包括：
98.s310、蓝牙主控芯片处理数据并组织通信协议报文；
99.在本发明中，蓝牙主控芯片采用的是nordic公司的nrf52840ble5蓝牙芯片，负责以一定周期完成采集温度传感器142数据、加速度传感器143监测数据、电池131的电量信息，然后对以上数据进行处理并组织通信协议报文；
100.其中，电池131电量信息的采集是基于电池检测分压电路146的adc口，具体的是采集电池131的电压信息，根据电池131放电规律计算出电池131的剩余电量。
101.s320、以蓝牙广播的方式将报文添加在广播帧厂商自定义区并每隔5－20秒对外广播一次；
102.优选的，对外广播信息的周期优选为10秒一次。
103.以上所述的间歇性工作模式，搭配了低功耗的蓝牙芯片，实现了超低功耗，在2700mah的电池电量下，续航时间可达五年以上，当电池电量耗尽之后，可以通过牛胃磁铁将数据采集装置从瘤胃中取出。
104.s330、通讯基站接收广播报文并传输至网络平台。
105.更进一步的，步骤s400具体包括：
106.s410、将收到的数据与数据库中现有的数据进行对比；
107.现有的数据可以理解为健康的奶牛的生理参数，包括体温、日活动量(步数)以及饮水量，当收到的数据与健康的奶牛的生理参数的差值达到一定程度，则可以认为该奶牛
存在发病风险，此外，除了健康的奶牛的生理参数，还可以包含发情期的奶牛生理参数、各种病症下的奶牛生理参数，将采集单元所采集到的当前参数与这些现有参数对比之后，就能清楚的知道这头奶牛当前的生理状况，是健康的还是生病了。
108.s420、若对比结果为正常，将数据储存到第一存储子单元中，若对比结果为异常，将数据储存到第二存储子单元中；
109.可以理解的是，当对比结果为奶牛发情、产犊或是生病的情况下，都认为是异常情况，该情况下的生理数据均保存到第二存储子单元中，方便下一步的推送；若奶牛生理参数对比结果是正常的，则存储到第一存储子单元中，不进行推送，但是用户可以主动通过用户终端进行查询。
110.更进一步的，步骤s420之后还包括：
111.s500、推送单元拉取第二存储子单元中的数据，推送到用户终端。
112.在本步骤中，推送单元直接从存储着异常情况的第二存储子单元中拉取数据，以邮件、短信、app推送等方式，将异常的奶牛信息推送给养殖者，提醒养殖者及时注意到异常奶牛的状况，避免产生经济损失。
113.本发明的数据采集装置100是一牛一个，每头牛以及对应的数据采集装置 100都是经过绑定的，可以理解为人的身份证号，除了生理参数之外，养殖者还可以向网络平台中添加牛的其他生理特征，包括年龄、历史产犊记录等，便于对不同时期和状态的牛做出区别化管理。
114.综上所述，本发明能够带来的效果：
115.1、弱发情监测：对于某些母牛，无法在牛体外检查发情期。通过分析母牛的平均发情期，活动水平和体温，与实时采集的数据进行对比，发现数值符合弱发情，则通过网络平台或app通知管理者。
116.2、产犊监测：初生的小牛一般死亡率为12％，如果我们准确地检查产犊时间并照顾孕牛，则可以肯定地减少这一数字。通过分析母乳牛的活动、喂养期限、温度，与数据库中的将数据进行对比，从而预测产犊时间。
117.3、疾病预防：数据库中有多种疾病数据，例如通过快速发现乳腺炎来增加牛奶量或通过早期发现来预防口蹄疫。
118.4、远程异常监测：即使管理者不在农场，也会担心母牛的饲喂状况是否良好喝水是否正常。这是因为这些活动与母牛的健康状况和繁殖直接相关。管理者可以使用管理软件检查母牛的活动数据，从而实现快速发现异常情况。
119.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。