鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种鸽子户外自由飞行时的飞行轨迹及脉搏信号的在体实时记录装置。本发明包括分别与微处理器相连接的GPS模块、脉搏传感器和数据存储模块；微处理器用于接收处理GPS模块和脉搏传感器的信息并传输至数据存储模块；GPS模块用于向微处理器传输飞行轨迹和定位信息；脉搏传感器用于采集并向微处理器传输脉搏信息；数据存储模块用于存储微处理器传输来的数据。本发明通过在鸽子身上安装GPS模块和脉搏传感器实时采集鸽子飞行过程中的运动轨迹和脉搏信号，为鸽子机器人的研究提供了重要数据参考，其体积小、重量轻，便于鸽子背负，亦可应用于其它动物的运动轨迹及脉搏信号的监测研究中。
【专利说明】鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种鸟类户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，具体讲是一种鸽子户外自由飞行时的飞行轨迹及脉搏信号的在体实时同步记录装置。
【背景技术】
[0002]生物机器人是指利用生物自身的运动机能、动力供应机制，从生物运动的感受传入或神经支配入手，实现对生物运动和某些行为的人为控制，从而利用生物特长完成人所不能和人所不便的特殊任务。随着脑科学、控制学和微电子技术等相关学科的快速发展，机器人逐渐向智能化发展，其应用范围也越来越广，而生物机器人在能源供给、运动灵活性、隐蔽性、机动性和适应性等方面具有更大的优势，世界上许多发达国家都投入了大量的人力、物力和财力来开展生物机器人的研究工作。
[0003]鸽子是日常生活中常见的鸟类之一，其独特的导航能力引起了国内外很多学者的研究兴趣，他们不仅研究鸽子的翅膀以及羽毛的结构功能，鸽子的扑翼飞行，信鸽的归巢导航机制，还研究了鸽子飞行过程中脑电信号的变化等等。2000年，瑞士苏黎世大学神经解剖研究中心的Igor Steiner教授及其研究小组通过一个轻量级的全球定位系统(GPS)记录器记录了鸽子归巢的飞行路线。2005年，该小组研制了一种微型无线信号记录器(NeuiOlogger)，对鸽子归巢过程中的脑电信号的变化进行了研究，推动了鸽子行为学及电生理方面的研究。
[0004]目前，在鸽子机器人研究方面，主要采用无线遥控的方式对鸽子机器人进行运动控制，但其仅局限于室内或者狭小空间内的实验飞行，尚无法在大范围内实现鸽子机器人的飞行控制，同时也无法了解鸽子机器人在自由飞行状态下的运动轨迹以及生理状态等信息，影响了鸽子机器人研究和利用的深入。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种能实时了解鸽子在自由飞行状态下的运动轨迹以及生理状态的户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，包括分别与微处理器相连接的GPS模块、脉搏传感器和数据存储模块；微处理器用于接收处理GPS模块和脉搏传感器的信息并传输至数据存储模块；GPS模块用于向微处理器传输飞行轨迹和定位信息；脉搏传感器用于采集并向微处理器传输脉搏信号；数据存储模块用于存储微处理器传输来的数据。
[0007]本发明中，所述GPS模块与微处理器采用串口方式连接。
[0008]本发明中，所述微处理器为STM32微处理器。
[0009]本发明中，所述脉搏传感器为Pulse Sensor XD-58C传感器,米用非侵入式光电转换模式对脉搏信号进行采集。
[0010]本发明中，所述GPS模块为NE0-6M，采用无源陶瓷天线。[0011 ] 本发明中，所述数据存储模块为TF卡。
[0012]本发明的有益效果在于:(I)、本发明通过在鸽子身上安装GPS模块和脉搏传感器实时采集鸽子飞行过程的运动轨迹和脉搏信号数据，利用微处理器时钟和GPS授时实现数据同步算法，并经微处理器存储在存储模块中，最终在鸽子回巢时带回数据，为鸽子机器人的研究提供了重要数据；(2)、脉搏传感器采用非侵入光电转换模式，避免对动物身体的伤害，符合动物保护原则；(3)、GPS模块自带无源陶瓷天线，其主芯片自带DA转换功能，减少模数转换模块，降低了装置体积及重量，便于鸽子背负，减少对负载鸽子飞行的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置的结构框图；
图2为微处理器进行数据采集与存储的流程图；
图3为鸽子背负本发明装置的示意图；
图4为鸽子背负本发明装置的实物图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0015]如图1所示，本发明涉及的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置包括微处理器STM32、GPS模块、脉搏传感器和数据存储模块，整个装置采用微型锂电池供电。GPS模块通过串口与微处理器STM32连接，微处理器STM32同时分别与脉搏传感器和数据存储模块相连接。GPS模块将接收到的数据通过串口输出到微处理器STM32中，微处理器STM32将串口得到的数据存储到数据存储模块中；脉搏传感器输出口将鸽子飞行过程中的脉搏模拟信号输出到微处理器STM32的A/D转换口上，微处理器STM32将模拟信号转换成数字信号，然后存储到数据存储模块中；鸽子的飞行轨迹和脉搏信号利用微处理器时钟和GPS授时实现同步。
[0016]微处理器STM32优先采用型号为STM32F103RBT6的芯片，该芯片内置128K FLASH、20K SRAM，同时具备丰富的增强I/O端口和外设，支持JTAG/SWD，支持串口下载。
[0017]GPS模块主芯片型号优选μ -box的NE0-6M，采用无源陶瓷天线，其主芯片自带DA转换功能，其工作电压为3.3V/5V，工作电流为39mA，此电流为连续工作模式下的电流，可选择省电模式以节省用电，串口通信波特率支持4800、9600、38400、57600等，默认通信波特率为38400。GPS模块自带一个状态指示灯，在默认条件下有两个状态:1)、常亮，表示该模块已开始工作，但未定位成功；2)、闪烁，表示该模块已定位成功。
[0018]脉搏传感器的型号优选Pulse Sensor XD-58C,米用非侵入式光电转换模式米集脉搏信号，以避免对动物产生创伤；脉搏传感器的工作电压为3.3V/5V，模拟信号输出端直接与微处理器STM32的A/D转换口相连，光电脉搏传感器具有结构简单、成本低、安全无创等优点，便于实现动态检测。
[0019]数据存储模块采用TF存储卡，其容量可选8GB或者更高，TF卡拥有体积小、重量轻的优点，可大大减小整个装置的体积，在满足大数据量存储要求的同时几乎不会增加鸽子飞行负重。存储卡容量的选择根据数据采样频率和采样时间来决定。
[0020]锂电池的工作电压为4.2V，480mAH，可充电型。GPS模块的最大工作电流为39mA，加上微处理器以及光电脉搏传感器的工作能耗，该锂电池的工作时间大约为3个半小时，在保证装置重量不变或者更轻的情况下，可选用其它型号的锂电池代替。
[0021]如图2所示，本发明涉及的微处理器记录数据过程主要包括:首先给设备上电，设备系统初始化，数据存储模块TF存储卡初始化。其次，微处理器分两路同时读取数据:
I)、GPS模块通过天线接收经纬度、海拔、时间等信息，微处理器通过串口读取GPS数据，若数据读取成功，则将数据写入到数据存储模块TF卡中；若数据读取不成功则重新进行读取；2)、脉搏传感器开始采样后，由微处理器经过AD转换将得到的数据写入到数据存储模块TF卡中。实验结束后，设备下电，完成整个数据的采集与记录。
[0022]如图3、4所示，本发明涉及的记录装置采用背部负载方式，整个装置的重量在25克左右，远小于鸽子背部能够承载的重量；为确保鸽子飞行过程中记录装置的牢固固定，设计了装载和固定记录装置的背包，背包设计时充分考虑GPS模块中天线部分的暴露，减少了对卫星信号的定位影响。
[0023]本发明在实施过程中，为了保证鸽子适应远距离负载飞行，首先对鸽子的负重飞行进行训练，训练时设计的模拟背包与本发明涉及的记录装置尺寸一致，重量略大于该记录装置，在30g左右。为使鸽子充分适应背负的重物，进行放飞实验的鸽子从开始训练，模拟背包一直固定于鸽子背部，整个训练周期在2周以上。鸽子负重的具体加载步骤为:选择鸽子背部合适区域(不影响鸽子翅膀的收拢以及飞行过程的扇翅行为)，剪去羽毛，仅保留2mm左右的羽轴，在该区域涂AB胶，厚度不超过1mm，然后将尼龙搭扣的子代背侧涂AB胶后与背部进行贴合，待AB胶固化后将缝合在尼龙搭扣母带上的模拟背包固定于鸽子背部。
[0024]完成负重训练的鸽子在进行首次野外放飞实验时，同时选取同鸽群中一只未加负载的鸽子进行伴飞，以保证鸽子能够顺利安全的返回鸽舍。
[0025]如上所述，GPS模块定位成功时指示灯闪烁，但实验过程中发现，GPS中的卫星接收模块在开启后指示灯闪烁正常的状态下，时标首先定位成功，在等待大约2-3分钟后经度、纬度以及海拔等信息才能准确定位。因此在户外放飞时，指示灯开始闪烁后应等待3分钟以后再将鸽子进行放飞。光电脉搏传感器对光的反应灵敏，在固定过程中找出鸽子脉搏跳动明显的位置对光电脉搏传感器感应区进行固定，贴紧鸽子皮肤，并保证光电脉搏传感器不漏光。
[0026]本发明涉及的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置的具体使用步骤如下:
1、将经过负重训练的鸽子带至放飞点后取下背部的模拟背包，将记录装置用背包保护后固定于鸽子背部，同时将光电脉搏传感器感应区对准鸽子脉搏跳动明显的位置贴紧鸽子皮肤并进行固定；将伴飞鸽子一起取出让它们对环境进行短暂适应。
[0027]2、打开飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置的电源开关，设备初始化结束GPS模块开始定位。若指示灯不闪，可在周围随意走动以方便定位，待指示灯开始闪烁后，在原地等待约3分钟后将鴻子一起放飞。
[0028]3、待鸽子返回鸽舍后将装置从放飞实验的鸽子身上取下，关闭电源开关，同时将训练用模拟背包重新加载到鸽子身上继续进行负重训练。
[0029]4、重复步骤1，2，3 ;记录鸽子从不同放飞点返回鸽舍过程中所经历的飞行轨迹及脉搏信号变化情况。[0030]本发明装置亦可应用于其它动物(如:小型哺乳动物、大型鸟类)的运动轨迹及脉搏监测研究。
[0031]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:包括分别与微处理器相连接的GPS模块、脉搏传感器和数据存储模块；所述微处理器用于接收处理GPS模块和脉搏传感器的信息并传输至数据存储模块；所述GPS模块用于向微处理器传输飞行轨迹和定位信息；所述脉搏传感器用于采集并向微处理器传输脉搏信号；所述数据存储模块用于存储微处理器传输来的数据。
2.根据权利要求1所述的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:所述GPS模块与微处理器采用串口方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:所述微处理器为STM32微处理器。
4.根据权利要求3所述的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:所述脉搏传感器为Pulse Sensor XD-58C传感器,米用非侵入光电转换模式。
5.根据权利要求4所述的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:所述GPS模块为NE0-6M，采用无源陶瓷天线。
6.根据权利要求5所述的鸽子户外飞行轨迹及脉搏在体同步记录装置，其特征在于:所述数据存储模块为TF卡。
【文档编号】A61B5/02GK103969661SQ201410169993
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】王浩, 蔡雷, 邵静丹, 王文波, 戴振东 申请人:南京航空航天大学