一种带有气体传感器的物联网前端设备及农场监管方法
【专利摘要】一种带有气体传感器的物联网前端设备及农场监管方法，所述前端设备包括：气体传感器，用以获取气体信息；图像采集模块，用以获取图像信息；微处理器，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以对所述气体信息和所述图像信息进行处理以获取处理结果；存储模块，分别与所述气体传感器、图像采集模块以及所述微处理器模块相连，用以存储采集到的所述气体信息、所述图像信息以及所述处理结果。本发明的物联网前端设备中的采集设备除了有可以采集图像数据的图像传感器或其他传感器外，还带有可以采集气体浓度的气体传感器，来检测有害气体，并及时通知相关人员排除危害，降低对农场的损失。
【专利说明】
一种带有气体传感器的物联网前端设备及农场监管方法
技术领域
[0001] 本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种带有气体传感器的物联网前端设备及 农场监管方法。
【背景技术】
[0002] 人口增长，城镇化发展，农业整合，农场也在向规模化发展。家庭养殖已经逐渐走 向专业化的大规模农场养殖。农场主已不只限于养殖一种种类的动物，农场可能会同时养 殖多种动物，比如猪、牛、羊等。养殖的数目也不只有区区的几头，可以达到几千头同时饲 养。在农场会有一些现代化的监管系统来帮助人们管理农场，一般农场会被划分为几个区 域，每个区域都会安装一台监管设备。农场监管系统结构图如图1所示，由计算机数据处理 中心和若干台监管设备组成。监管设备可以是带有图像采集功能前端设备，用来采集动物 饲养情况。监管设备将采集到的数据传输给计算机数据处理中心处理。管理人员会在计算 机数据处理中心，把监管设备采集到的数据进行实时的监控和对数据进行分析。
[0003] 假如有一个农场被分成了三个区域，每个区域分别饲养了不同的动物，有猪、牛、 羊。如图2所示，并分别在三个区域中都安装了带图像采集功能的前端监管设备，监管着各 自区域的饲养情况。监管设备1监管猪区，养殖猪20只；监管设备2监管羊区，养殖羊30只；监 管设备3监管牛区，养殖牛10只。工作人员通过计算机数据中心的监管器观看前端监管设备 发来的视频资料。如果发现监管设备2传输回来的视频显示某只羊生病了，则管理人员对该 羊进行医治。在发现羊生病的过程中存在很多的人为判断因素，出现误判的可能性大，并且 在羊生病前期就被发现的可能性也较小，一般在羊的病状明显时才会被发现，并且这样的 监控有实时性，若管理人员当时不在岗位上，则对该数据的处理会有遗漏，造成损失。虽然 这只羊得到了医治，但其真正生病的原因可能是因为羊区的有害气体浓度过高，超过了饲 养羊的标准浓度，而导致了该羊生病，传统的监视系统是没法辨别这些起因的。除了对该羊 进行医治还应该要对羊区的粪便及时的清理，避免其它羊也生病或该羊再次生病，由于缺 乏相应手段找出病因，且无法做出有效预防措施，往往对农场造成更大的损失。这些情况都 是农场主所不想看到的。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本申请记载了一种带有气体传感器的物联网前端设备及农场监管 方法，所述前端设备包括：
[0005] 气体传感器，用以获取气体信息；
[0006] 图像采集模块，用以获取图像信息；
[0007] 微处理器，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以对所述气体 信息和所述图像信息进行处理以获取处理结果；
[0008] 存储模块，分别与所述气体传感器、图像采集模块以及所述微处理器模块相连，用 以存储采集到的所述气体信息、所述图像信息以及所述处理结果。
[0009] 较佳的，所述存储模块包括：
[0010] 程序存放单元，与所述微处理器相连，用以存放对所述气体信息和所述图像信息 进行处理的操作程序；
[0011] 背景存放单元，与所述微处理器相连，用以存放背景数据；
[0012] 数据存放单元，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以存放所 述气体信息和所述图像信息；
[0013] 其中，所述微处理器从所述背景存放单元中调取所述背景数据对所述气体信息以 及所述图像信息进行处理以获取所述处理结果。
[0014] 较佳的，所述存储模块为大容量嵌入式非易失性存储器。
[0015] 较佳的，所述气体信息包括气体类型信息以及每种类型气体的气体浓度信息；所 述背景数据包括气体浓度的正常范围以及图像异常信息。
[0016] 较佳的，所述前端设备还包括通讯模块，所述通讯模块与所述微处理器相连，用以 将所述处理结果发送出去。
[0017] 本发明还提供了一种物联网前端设备监管农场的方法，所述方法包括步骤：
[0018] 利用物联网前端设备定时的对农场中每个区域进行检测，通过气体传感器获取每 个区域的气体信息和/或图像信息；
[0019] 将所述气体信息和/或所述图像信息传递至所述物联网前端设备的微处理器中；
[0020] 所述微处理器根据所述气体信息和/或所述图像信息从背景存放单元中调取相应 的背景数据；
[0021] 所述微处理器根据所述背景数据判定某一区域的气体浓度是否高于正常范围和/ 或所述图像信息是否异常，若所述浓度高于正常范围或所述图像信息异常时，对所述气体 信息或所述图像信息进行处理以获取处理结果，并将所述处理结果上传至服务器;否则，不 做处理。
[0022] 较佳的，在农场的每个区域都设置所述前端设备，所述前端设备对其所在的区域 进行检测。
[0023] 较佳的，各个区域的所述前端设备通过通讯模块依次连接，所述处理结果通过所 述通讯模块传递至与所述服务器相连的前端设备后，由该前端设备传递至所述服务器中。
[0024] 较佳的，所述前端设备设置在农行屋顶的运行装置上，所述运行装置按照一定的 轨迹以及速率运行。
[0025] 较佳的，所述运行装置为具有轨道的小火车或无人驾驶机。
[0026] 上述技术方案具有如下优点或有益效果:本发明的物联网前端设备中的采集设备 除了有可以采集图像数据的图像传感器或其他传感器外，还带有可以采集气体浓度的气体 传感器，来检测有害气体，并及时通知相关人员排除危害，降低对农场的损失。
【附图说明】
[0027] 参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和 阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0028] 图1为现有技术中农场监管结构示意图；
[0029] 图2为现有技术中农场中各个区域中监管设备的使用状态示意图；
[0030] 图3为本发明一种带有气体传感器的物联网前端设备中前端设备的结构示意图；
[0031] 图4为本发明一种带有气体传感器的物联网前端设备中存储模块的结构示意图；
[0032] 图5为本发明一种物联网前端设备监管农场的方法的流程图一；
[0033] 图6为本发明一种物联网前端设备监管农场的方法中前端设备的使用状态示意 图；
[0034] 图7为本发明一种物联网前端设备监管农场的方法中安装在无人驾驶机上的前端 设备的结构示意图；
[0035] 图8为本发明一种物联网前端设备监管农场的方法中小火车或无人驾驶机的行驶 路线图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明一种带有气体传感器的物联网前端设备及 农场监管方法进行详细说明。
[0037] 本实施例首先提供了一种带有气体传感器的物联网前端设备，该设备包括气体传 感器、图像采集模块、微处理器以及存储模块。其中，气体传感器获取气体信息，图像采集模 块获取图像信息。微处理器分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，对所述气 体信息和所述图像信息进行处理以获取处理结果。此外，存储模块分别与所述气体传感器、 图像采集模块以及所述微处理器模块相连，用来存储所采集到的气体信息、所述图像信息 以及所述处理结果等信息。
[0038] 值得指出的是，所述存储模块包括四个单元:程序存放单元、背景存放单元、数据 存放单元以及空余存储单元。其中，程序存放单元与所述微处理器相连，用以存放对所述气 体信息和所述图像信息进行处理的操作程序;背景存放单元与所述微处理器相连，用以存 放背景数据;数据存放单元，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以存放 所述气体信息和所述图像信息；空余存放单元作为存储空间，暂时不存放任何东西。具体在 工作时，微处理器从所述背景存放单元中调取所述背景数据对所述气体信息以及所述图像 信息进行处理以获取所述处理结果。简单来说，背景存放单元中存放的背景数据，包括了气 体浓度的正常范围以及图像异常信息。当微处理器获取了气体信息或图像信息后，根据背 景数据对这些数据进行比较处理，来获取处理结果。
[0039]最后，所述前端设备还包括通讯模块，所述通讯模块与所述微处理器相连，用以将 所述处理结果发送出去。
[0040]此外，在本实施例中，还提出了一种物联网前端设备监管农场的方法。在该方法 中，首先要利用物联网前端设备定时的对农场中每个区域进行检测，通过气体传感器获取 每个区域的气体信息和/或图像信息，然后将所述气体信息和/或所述图像信息传递至所述 物联网前端设备的微处理器中。最后，所述微处理器根据所述气体信息和/或所述图像信息 从背景存放单元中调取相应的背景数据，并根据所述背景数据判定某一区域的气体浓度是 否高于正常范围和/或所述图像信息是否异常。若所述浓度高于正常范围或所述图像信息 异常时，对所述气体信息或所述图像信息进行处理以获取处理结果，并将所述处理结果上 传至服务器；否则，不做处理。最后的处理结果，通过所述通讯模块传递至与所述服务器相 连的前端设备后，由该前端设备传递至所述服务器中。值得指出的是，在本实施例中，可以 在农场的每个区域中都设置前端设备，且指定一个前端设备与服务器相连，所有的前端设 备都能够通过与其相连的前端设备依次将信息传递至该服务器。还可以仅在农场的屋顶设 置运行装置，在运行装置中安置一个前端设备，通过循环的对所有区域进行检测，就能够实 现对整个农场的监控。
[0041] 如图3所示的结构图，是被用来监管农场的带有气体传感器物联网前端设备的基 本结构图。至少由数据采集设备、通信模块、控制器或和处理器、大容量嵌入式非易失性存 储器组成的前端设备。数据采集设备可以是有气体采集功能和图像采集功能的传感器组 成，或还可以增加其它功能的数据采集设备组成。通讯模块用来接收或传输数据。大容量嵌 入式非易失性存储器可以有相变存储器(PCM)、磁存储器(MRAM)等。其可以分为四个部分， 如图4所示：（1)程序存放单元，存放操作系统程序的区域。（2)背景存放单元，预先存储与前 端设备所在应用场景相关的详细背景知识数据作为背景知识库。比如存放了气体传感器的 检测到的有害气体浓度的背景知识数据，比如甲烷气体浓度的背景知识数据、二氧化碳气 体浓度的背景知识。可以用来判断某些气体会否短时间内危害农场;或是存放了图像传感 器拍摄到动物生病时的状态图像，比如农场牛、羊、猪生病时的状态图像背景知识数据等。 可以用来判别是否有动物存在健康问题。（3)数据存放单元，存放数据采集设备采集到的数 据。（4)空余存储单元，没有存放任何数据的存储部分。由于大容量的嵌入式非易失性存储 器具有很高的存储空间，可以包含应用场景中的背景知识数据作为背景知识库。在大容量 嵌入式非易失性存储器中存储的背景知识数据越多，则物联网前端传感器设备对采集到的 数据处理越智能。控制器或和处理器先预设置一段固定时间采集数据，比如每半个小时，或 每一个小时采集一次数据。然后把数据采集设备采集的数据，和大容量嵌入式非易失性存 储器中预存的背景知识数据对比。比如，发现有害气体严重威胁到动物的健康问题，或发现 易燃气体达到易爆的浓度，或发现某个动物已经生病多时，都可以及时记录并通过通讯模 块，传输给特定人员处理。其处理数据的流程如图5所示。首先，在大容量嵌入式非易失性存 储器中预存有该数据采集设备相关应用场景的详细背景知识信息数据，当数据采集设备采 集到数据后，微处理器把采集的数据和预存背景知识数据做特定查找运算，然后微处理器 根据处理结果做出相应响应操作。
[0042] 下面举几个具体实例作进一步阐述：
[0043] 将本发明实际的应用到农场中，如图6所示，这个农场有九个区域，分别安装了9个 带有气体传感器物联网前端设备，前端设备1到前端设备9。每个前端设备都至少有一个大 容量嵌入式非易失性存储器，微处理器、通讯模块和数据采集设备，如图7所示。其中第一数 据采集设备是具有采集农场气体功能的设备，如气体传感器;第二数据采集设备是有采集 农场动物图像功能的设备，如图像采集模块。同时根据串行结构物联网的应用，该前端设备 1通过蓝牙和前端设备2通信，前端设备2通过蓝牙和前端设备3通信，依次类推，前端设备9 通过通讯模块和服务器通信。假如前端设备1监管的是养猪的区域，前端设备2监管的是养 羊的区域，前端设备3监管的是养牛的区域，其余前端设备监管了饲养其它动物的区域。设 置第一数据采集设备每20分钟采集一次数据，数据设备2每5秒钟采集一次数据。
[0044] 当前端设备1中的第一数据采集设备采集到甲烷气体浓度68%，在大容量嵌入式 非易失性存储器中预存的气体背景知识数据中，有一条甲烷气体浓度大于60%会引发火灾 的背景知识数据，由于甲烷是由动物的粪便产生，因此需要清理粪便。当前端设备1的微处 理器匹配到该数据时，第二数据采集设备将这一场景拍摄下来，微处理器以图像的形式并 配以清理粪便的相关文字，把清理粪便的指令，通过蓝牙发送给前端设备2,前端设备2把接 收到的数据通过蓝牙转发给前端设备3。依次类推，该指令被前端设备9通过无线网络上传 到了服务器，由服务器告知管理人员，前端设备1所在的区域中的粪便需要清理。
[0045] 当前端设备2中的第一数据采集设备采集到硫化氢气体浓度30%，在大容量嵌入 式非易失性存储器中预存的气体背景知识数据中，有一条硫化氢气体浓度大于15%会使体 质偏弱的羊生病背景知识数据，由于硫化氢是由动物的粪便产生，因此需要清理粪便。同时 第二数据采集设备采集到一只羊生病了卧倒在地上的图像背景知识数据，当前端设备2的 微处理器匹配到硫化氢气体浓度数据和羊生病的图像背景知识数据时，微处理器会以图像 的形式并配以清理粪便的相关文字，把清理粪便的指令和给生病的羊医治的指令，通过蓝 牙发送给前端设备3,前端设备3把接收到的数据通过蓝牙转发给前端设备4。依次类推，该 指令被前端设备9通过无线网络上传到了服务器，由服务器告知管理人员，前端设备2所在 的区域中的粪便需要清理和生病的羊需要医治。
[0046] 对于农场主来说，可以使用越少的前端设备来帮助监管农场，就可以更好的减少 农场的开支，降低成本。可以将本发明安装在农场屋顶上的小火车上，农场分区如图8所示， 设定小火车在农场屋顶上的行驶路线为养殖区域1到养殖区域2,养殖区域2到养殖区域3， 依次类推，小火车可以通过无线网络和服务器通信，也可以有人直接从小火车上取出数据。 安装在小火车上的前端设备同图7所示，有一个大容量嵌入式非易失性存储器、微处理器、 通讯模块和数据采集设备，其中第一数据采集设备是具有采集农场气体功能的设备;第二 数据采集设备是有采集农场动物图像功能的设备。假如养殖区域2饲养的是羊，养殖区域5 饲养的是猪，养殖区域7饲养的是牛，其余养殖区域饲养其它动物。设置小火车每半小时按 路线行驶一次采集各个区域的数据。当小火车行驶到养殖区域5,第一数据采集设备采集到 硫化氢气体浓度30%，在大容量嵌入式非易失性存储器中预存的气体背景知识数据中，有 一条硫化氢气体浓度大于18%会影响到猪健康的背景知识数据，由于硫化氢是由动物的粪 便产生，因此需要清理粪便。当小火车上的前端设备的微处理器匹配到该数据时，第二数据 采集设备将这一场景拍摄下当时的图像，微处理器以图像的形式并配以清理粪便的相关文 字，把清理粪便的指令，通过无线网络将该指令发送给服务器。由服务器告知管理人员，养 殖区域5的粪便需要清理。
[0047] 本发明也可以安装在无人驾驶机上使用，帮助用户监管农场。农场的分区与行驶 路线同图8所示，从养殖区域1到养殖区域2,养殖区域2到养殖区域3,依次类推，无人驾驶机 可以通过无线网络和服务器通信，也可以有人直接从无人机上将数据取出。安装在无人驾 驶机上的前端设备同图7所示，有一个大容量嵌入式非易失性存储器、微处理器、通讯模块 和数据采集设备，其中第一数据采集设备是具有采集农场气体功能的设备;第二数据采集 设备是有采集农场动物图像功能的设备。假如养殖区域2饲养的是羊，养殖区域5饲养的是 猪，养殖区域7饲养的是牛，其余养殖区域饲养其它动物。设置无人驾驶飞机每20分钟按路 线行驶一次采集数据。当无人驾驶飞机行驶到养殖区域7,第一数据采集设备采集到甲烷气 体浓度64%，在大容量嵌入式非易失性存储器中预存的气体背景知识数据中，有一条甲烷 气体浓度大于60%会引发火灾的背景知识数据，由于甲烷是由动物的粪便产生，因此需要 清理粪便。当无人驾驶飞机上的前端设备的微处理器匹配到该数据时，第二数据采集设备 将这一场景拍摄下来，微处理器以图像的形式并配以清理粪便的相关文字，把清理粪便的 指令，通过无线网络将该指令发送给服务器，由服务器告知管理人员，养殖区域7中的粪便 需要清理。
[0048] 通过上述的举例，在使用本发明后和使用传统的系统结构做对比，如下表1所述：
[0049] 表1本发明发明和传统的系统的功能对比
[0051] 从表1看出，通过使用本发明可以有效、快捷的发现农场存在的潜在威胁，并及时 排除危险，还可以为用户降低成本。在本发明中使用的大容量嵌入式非易失性存储器也可 以是大容量独立式非易失性存储器。
[0052] 如果用户觉得在农场每一片区域都装上前端设备来监控的做法任然成本高，那么 在小火车或无人机上只需要装上一个前端设备，这样将远远降低了农场主的成本，节省了 一笔不小的开支。但如果使用的前端设备没有大容量的存储设备，可以将数据采集设备采 集到的数据传输回后端云数据中心来做数据的对比或匹配操作的方法也是可以的。
[0053] 对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。 因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权 利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【主权项】
1. 一种带有气体传感器的物联网前端设备，其特征在于，所述前端设备包括： 气体传感器，用以获取气体信息； 图像采集模块，用以获取图像信息； 微处理器，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以对所述气体信息 和所述图像信息进行处理以获取处理结果； 存储模块，分别与所述气体传感器、图像采集模块以及所述微处理器模块相连，用以存 储采集到的所述气体信息、所述图像信息以及所述处理结果。2. 根据权利要求1所述的带有气体传感器的物联网前端设备，其特征在于，所述存储模 块包括： 程序存放单元，与所述微处理器相连，用以存放对所述气体信息和所述图像信息进行 处理的操作程序； 背景存放单元，与所述微处理器相连，用以存放背景数据； 数据存放单元，分别与所述气体传感器以及所述图像采集模块相连，用以存放所述气 体信息和所述图像信息； 其中，所述微处理器从所述背景存放单元中调取所述背景数据对所述气体信息以及所 述图像信息进行处理以获取所述处理结果。3. 根据权利要求2所述的带有气体传感器的物联网前端设备，其特征在于，所述存储模 块为大容量嵌入式非易失性存储器。4. 根据权利要求3所述的带有气体传感器的物联网前端设备，其特征在于，所述气体信 息包括气体类型信息以及每种类型气体的气体浓度信息;所述背景数据包括气体浓度的正 常范围以及图像异常信息。5. 根据权利要求1所述的带有气体传感器的物联网前端设备，其特征在于，所述前端设 备还包括通讯模块，所述通讯模块与所述微处理器相连，用以将所述处理结果发送出去。6. -种物联网前端设备监管农场的方法，其特征在于，所述方法包括步骤： 利用物联网前端设备定时的对农场中每个区域进行检测，通过气体传感器获取每个区 域的气体信息和/或图像信息； 将所述气体信息和/或所述图像信息传递至所述物联网前端设备的微处理器中； 所述微处理器根据所述气体信息和/或所述图像信息从背景存放单元中调取相应的背 景数据； 所述微处理器根据所述背景数据判定某一区域的气体浓度是否高于正常范围和/或所 述图像信息是否异常，若所述浓度高于正常范围或所述图像信息异常时，对所述气体信息 或所述图像信息进行处理以获取处理结果，并将所述处理结果上传至服务器;否则，不做处 理。7. 根据权利要求6所述的物联网前端设备监管农场的办法，其特征在于，在农场的每个 区域都设置所述前端设备，所述前端设备对其所在的区域进行检测。8. 根据权利要求7所述的物联网前端设备监管农场的办法，其特征在于，各个区域的所 述前端设备通过通讯模块依次连接，所述处理结果通过所述通讯模块传递至与所述服务器 相连的前端设备后，由该前端设备传递至所述服务器中。9. 根据权利要求6所述的物联网前端设备监管农场的方法，其特征在于，所述前端设备 设置在农行屋顶的运行装置上，所述运行装置按照一定的轨迹以及速率运行。10.根据权利要求9所述的物联网前端设备监管农场的方法，其特征在于，所述运行装 置为具有轨道的小火车或无人驾驶机。
【文档编号】G05B19/042GK105867239SQ201610261737
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】李辉, 景蔚亮, 陈邦明
【申请人】上海新储集成电路有限公司