本实用新型涉及电子设备领域，具体而言，涉及一种奶牛信息采集装置。
背景技术：
受土地资源的制约，我国必须发展资源利用节省型的畜牧业，奶牛业是目前资源利用最为节省的畜牧业。就奶牛业自身而言，进一步提高资源利用率的主要途径是提高单产水平，这也是奶牛养殖企业能否赢利和赢利多少的关键。目前，世界奶牛单产水平最高的国家——以色列，平均单头年产量超过12吨，而我国平均仅有不足4吨。造成巨大差距的主要原因，是品种选育和饲养管理手段落后。奶牛的反刍，俗称倒嚼，是指奶牛进食经过一段时间以后将半消化的食物返回嘴里再次咀嚼。通过对反刍的研究，可以分析胃液与唾液对食物的湿润度以及奶牛个体的健康状况，还可以很好地计算出单个奶牛个体的采食量。采食量是反刍动物健康和生产所需的营养物质的量化基础，所以准确地计算出奶牛的采食量对于奶牛的养殖和生产都有重要的意义。只有均衡持续地调整奶牛的采食量，使奶牛能够获得较全面的营养元素，才能够获得理想的牛奶产量。
并且，对于奶牛养殖业，及时准确地识别奶牛发情，适时配种，可以进一步提高产犊率和牛奶产量，增加奶牛养殖企业和奶农的经济效益。因此，及时准确地检测奶牛的发情，在奶牛养殖业中具有重要地位。目前大多数养牛场还采用人工观察，依靠经验判断进行奶牛发情和进食量识别。这种判断方法经常会造成漏判和错判，尤其是夜间更难观察奶牛的发情行为，会时常错过奶牛发情期，降低经济效益，并且此种方法不适合大规模奶牛养殖。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种奶牛信息采集装置，其能够改善上述问题。
本实用新型的实施例是这样实现的：
一种奶牛信息采集装置，所述奶牛信息采集装置通过挂绳挂在奶牛身上，所述奶牛信息采集装置包括移动模块、驻极体话筒及太阳能供电模块，所述驻极体话筒与相对应的奶牛的体表接触，所述太阳能供电模块位于相应的挂绳的顶端，所述移动模块通过无线网络与远程上位机连接，其中，所述移动模块包括电源控制电路、放大滤波电路、模数转换电路、控制单元、通信模块、无线阻抗匹配电路以及天线，电源控制电路包括两路输入，一路输入连接锂电池，另一路输入连接太阳能供电模块，电源控制电路选择两路输入中的任意一路输出，电源控制电路的输出为所述驻极体话筒、所述放大滤波电路、所述模数转换电路、所述控制单元、所述通信模块以及所述无线阻抗匹配电路提供电源，所述无线阻抗匹配电路连接所述天线，所述放大滤波电路、所述模数转换电路、所述控制单元、所述通信模块及所述无线阻抗匹配电路依次串联，所述驻极体话筒与所述放大滤波电路连接；所述奶牛信息采集装置还包括奶牛计步器，所述奶牛计步器包括信号处理单元，所述信号处理单元分别连接用于供电的所述锂电池、用于采集奶牛行动步数的运动检测单元、用于存储数据的信息存储单元、用于接收数据的射频接收单元及用于发送数据的射频发射单元。
在本实用新型较佳的实施例中，所述运动检测单元为三维加速度传感器。
在本实用新型较佳的实施例中，所述放大滤波电路、所述模数转换电路、所述控制单元、所述通信模块、所述无线阻抗匹配电路及所述天线封装在一个壳体内，所述壳体挂在所述挂绳的底部。
在本实用新型较佳的实施例中，所述放大滤波电路为运算放大器。
在本实用新型较佳的实施例中，所述运算放大器的型号为LCT6255。
在本实用新型较佳的实施例中，所述放大滤波电路为切比雪夫3dB带通滤波器。
在本实用新型较佳的实施例中，所述奶牛信息采集装置还包括温度传感器，所述温度传感器与所述移动模块连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述奶牛信息采集装置还包括高度传感器，所述高度传感器与所述移动模块连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述奶牛信息采集装置还包括速度传感器，所述速度传感器与所述移动模块连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、太阳能控制器以及逆变器，所述太阳能控制器分别与所述太阳能电池板和所述逆变器连接，所述逆变器与所述电源控制电路连接。
本实用新型实施例的有益效果是：
本实用新型实施例提供一种奶牛信息采集装置，所述奶牛信息采集装置通过驻极体话筒获取奶牛的声音信号，从而通过移动模块中的各个模块进行相应处理从而得到奶牛的反刍信息；通过奶牛计步器获取奶牛的运动量信息，从而远程上位机可通过奶牛的反刍信息与运动量信息为预测奶牛发情及身体状况提供可靠依据，进而对奶牛的身体状况进行监测，提高了奶牛养殖的便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种奶牛信息采集装置的结构框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种奶牛信息采集装置的安装示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种奶牛信息采集装置的电路原理图；
图4为本实用新型实施例提供的一种太阳能供电模块的结构框图。
图标：10-挂绳；100-奶牛信息采集装置；110-移动模块；111-电源控制电路；112-放大滤波电路；113-模数转换电路；114-控制单元；115-通信模块；116-无线阻抗匹配电路；117-天线；120-驻极体话筒；130-太阳能供电模块；132-太阳能电池板；134-太阳能控制器；136-逆变器；140-锂电池；150-奶牛计步器；151-信号处理单元；152-运动检测单元；153-信息存储单元；154-射频接收单元；155-射频发射单元。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
请参照图1和图2，图1为本实用新型实施例提供的一种奶牛信息采集装置100的结构框图，图2为本实用新型实施例提供的一种奶牛信息采集装置100的安装示意图。所述奶牛信息采集装置100通过挂绳10挂在奶牛身上，所述奶牛信息采集装置100通过无线网络通信方式与远程上位机连接，无线网络通信可以为ZigBee、蓝牙、LORA等通信方式。
所述奶牛信息采集装置100包括移动模块110、驻极体话筒120及太阳能供电模块130，所述驻极体话筒120与相对应的奶牛的体表接触，使得驻极体话筒120能够随时采集奶牛的反刍信号，所述太阳能供电模块130位于相应的挂绳10的顶端。
所述移动模块110通过无线网络与远程上位机连接，其中，所述移动模块110包括电源控制电路111、放大滤波电路112、模数转换电路113、控制单元114、通信模块115、无线阻抗匹配电路116以及天线117，电源控制电路111包括两路输入，一路输入连接锂电池140，另一路输入连接太阳能供电模块130，电源控制电路111选择两路输入中的任意一路输出，电源控制电路111的输出为所述驻极体话筒120、所述放大滤波电路112、所述模数转换电路113、所述控制单元114、所述通信模块115以及所述无线阻抗匹配电路116提供电源，所述无线阻抗匹配电路116连接天线117，所述放大滤波电路112、所述模数转换电路113、所述控制单元114、所述通信模块115及所述无线阻抗匹配电路116依次串联，所述驻极体话筒120与所述放大滤波电路112连接。
所述放大滤波电路112、所述模数转换电路113、所述控制单元114、所述通信模块115、所述无线阻抗匹配电路116及所述天线117封装在一个壳体内，所述壳体挂在所述挂绳10的底部。
当奶牛采食或者反刍时，驻极体话筒120将采集的奶牛的声音信号转换为电信号，该电信号是模拟数据，需要对其进行一定的前期滤波及放大处理。放大滤波电路112最主要特点是足够的增益和很低的功耗，经过测试，奶牛咀嚼声音的频率范围主要分布在200HZ至2KHz，将放大滤波电路112设计为带通滤波电路，其频带只接受所需要的奶牛的咀嚼与吞咽的声音，滤除或衰减其余不需要的噪声，本实用新型实施例中放大滤波电路112可以采用切比雪夫3dB带通滤波器，其具有良好的衰减特性。作为一种实施方式，所述放大滤波电路112还可以采用运算放大器，选用的运算放大器的型号为LCT6255，其中心频率为1.4KHz-1.6KHz，带宽为0.8KHz-1.2KHz。
其中，电源控制电路111可采用开关管设计选择电路。
控制单元114可以采用型号为nrf51422作为MCU，保证了移动模块110的低功耗和可靠性，该芯片集成了ANT无线网络收发电路，而且还具有AD端口以及丰富的片上资源。MCU在运行时的耗电流只有3mA，而无线收发时候的电流只有10mA。
通信模块115可以采用2.4GHz通信模块115为ANT无线通信方式；模数转换电路113的型号可以是NRF51422内置的10位模数转换器。
无线阻抗匹配电路116可以采用运算放大器以及电压跟随器进行设计。
由驻极体话筒120将声音信号转换为电信号后，由放大滤波电路112对该电信号进行放大和滤波后，再由模数转换电路113对放大和滤波后的电信号进行采样，并由控制单元114对采样结果进行处理，分别计算出反刍和采食的时间，保存在控制单元114的数据存储器里，由此可获得奶牛的反刍信息。
另外，所述奶牛信息采集装置100还包括奶牛计步器150，所述奶牛计步器150包括信号处理单元151，所述信号处理单元151分别连接用于供电的所述锂电池140、用于采集奶牛行动步数的运动检测单元152、用于存储数据的信息存储单元153、用于接收数据的射频接收单元154及用于发送数据的射频发射单元155。
作为一种方式，所述运动检测单元152为三维加速度传感器。
所述信息存储单元153可以为存储器，所述射频接收单元154可以采用型号为J04V的射频接收模块，射频发射单元155可以采用型号为F05P的射频发射模块。
工作时，由运动检测单元152采集奶牛行动步数，并将采集的行动步数传输到信号处理单元151。由信号处理单元151对数据进行处理并传输到信息存储单元153进行存储，同时，信号处理单元151通过射频发射单元155将采集的行动步数发送出去，由射频接收单元154接收外置的远程上位机发射的信息，并将信息传输给信号处理单元151进行分析判断。由此，奶牛计步器150可准确记录奶牛的运动步数，从而为预测奶牛发情及身体状况提高可靠依据。
作为一种方式，所述奶牛信息采集装置100还包括温度传感器(图未示出)，所述温度传感器用于采集奶牛的温度信息，该温度传感器用于紧密接触奶牛体表，保证温度探头紧贴奶牛皮肤的同时，隔绝外界环境对体温的影响，从而可准确采集奶牛的温度信号，该温度信号可经过移动模块110中放大滤波电路112进行放大滤波处理，再由模数转换电路113对放大和滤波后的电信号进行采样，并由控制单元114对采样结果进行处理，从而获得奶牛的温度信息，还可将奶牛的温度信息通过通信模块115传输至远程上位机。
所述奶牛信息采集装置100还包括高度传感器，所述高度传感器与所述移动模块110连接。高度传感器用于采集高度值，例如，奶牛在躺卧和静止站立状态下的高度是不同的，该高度传感器采集的高度信号也可通过移动模块110中的放大滤波电路112进行放大滤波处理，再由模数转换电路113对放大和滤波后的电信号进行采样，并由控制单元114对采样结果进行处理，从而获得奶牛的高度信息，还可将奶牛的高度信息通过通信模块115传输至远程上位机。
所述奶牛信息采集装置100还包括速度传感器和加速度传感器，所述速度传感器和所述加速度传感器与所述移动模块110连接。所述速度传感器用于采集速度值，例如，奶牛在静止站立和行走状态下的速度也是不同的。加速度传感用于采集加速度值，例如，奶牛在摇头、奔跑时采集到的加速度值也是不同的。
其中，控制单元114获取获取上述高度信号、速度信号、加速度信号等，控制单元114根据高度值和速度值对奶牛的姿态进行判断，具体判断为静卧、静止站立和行走，并进一步根据加速度值记录奶牛在各姿态下的活动量数据，将活动量数据作为汇总处理后的数据保存到存储单元中，通信模块115用于定期将存储单元中的数据发送出去。具体地，控制单元114用于在高度值小于或等于第一预设高度值，速度值小于第一预设速度值时判断为躺卧；在高度值大于第一预设高度值，速度值小于或等于第一预设速度值时判断为静止站立；在高度值大于第一预设高度值，速度值大于第一预设速度值时判断为行走。
如上所述，奶牛在躺卧和静止站立状态下的高度是不同的，奶牛在静止站立和行走状态下的速度是不同的。因此根据传感器采集到的高度值和速度值可以确定奶牛的姿态。例如，高度传感器采集的高度值小于或等于0.5m并且速度传感器值采集的速度值接近0(预设一个接近于0的速度值，当采集的速度值小于该值时认为速度接近0)时，判断奶牛处于躺卧姿态；高度传感器采集的高度值大于0.5m并且速度传感器值采集的速度值接近0(预设一个接近于0的速度值，当采集的速度值小于该值时认为速度接近0)时，判断奶牛处于静止站立姿态；高度传感器采集的高度值大于0.5m并且速度传感器值采集的速度值大于预设的速度值时，判断奶牛处于行走姿态。这样，就使得根据采集到的数据，更为直观地了解到奶牛的活动状态，方便牧场管理。
奶牛在摇头、奔跑时采集到的加速度值也是不同的。更具体地，奶牛在处于静止站立姿态时，同时可能进行吃草、摇头、搔痒等动作，此时会产生在不同方向上的加速度。因此，在本实用新型的一个实施例中，加速度传感器，用于采集多个轴的加速度值；控制单元114，用于将加速度值分为多个挡，根据在预设时间段内所接收到的加速度值，记录在该预设时间段内奶牛在不同姿态下的不同加速度挡位内的各轴加速度值的统计数量，并保存到存储单元中；通信模块115，每隔预设时间段的时间长度，将存储单元中的预设时间段内的统计数据发送至远程上位机，从而工作人员可通过远程上位机获得奶牛的各项参数了解奶牛的活动量情况，准确有效，方便牧场管理，不仅可以掌握奶牛活动量细节，例如对奶牛每1小时的活动量做细分处理，包括躺卧时长、站立时长、行走时长、各个姿态的运动量等，有益于对奶牛的健康、发情等状态做出准确的判断，提高奶牛饲养的自动化程度和精细化程度。
所述奶牛信息采集装置100还包括压力传感器，所述压力传感器与所述移动模块110连接。所述压力传感器用于检测奶牛被他牛爬跨的行为。
作为一种方式，奶牛信息采集装置100还可包括振动传感器和姿态传感器，其电路原理图可由图3所示，无线通讯模块为一种集发射单元和接收单元于一体的无线传输模块，即通信模块115，其发射端连接到单片机(即控制单元114)的接收数据输入端口，接收端连接到单片机的传输数据输出端口，并由单片机控制相关数据的发送和接收。由振动传感器、姿态传感器以及DS18B20(温度传感器)构成了信息采集单元，用于检测奶牛的活动量、静卧时间及体温状况等信息，其中，振动传感器的信号输出端连接到单片机的I/O端口，姿态传感器的信号输出端连接到单片及的不同与振动传感器的I/O端口，DS18B20的信号输出端连接到单片机的AD转换端口。信息采集单元将奶牛活动量、静卧时间和体温转换成电信号，存储在单片机的数据存储器中。单片机系统采用的是静态低功耗控制器，工作模式为终端触发模式。
另外，请参照图4，所述太阳能供电模块130包括太阳能电池板132、太阳能控制器134以及逆变器136，所述太阳能控制器134分别与所述太阳能电池板132和所述逆变器136连接，所述逆变器136与所述电源控制电路111连接。
所述太阳能供电模块130包括太阳能电池板132、太阳能控制器134以及逆变器136，所述太阳能控制器134分别与所述太阳能电池板132和所述逆变器136连接，所述逆变器136与电源控制电路111连接。
其中，采用太阳能供电模块130能吸收太阳光，将太阳能转换为电能，并为系统中的用电装置提供电能，具体的，在太阳能供电模块130中，在有太阳光照射时，太阳能电池板132可以直接向奶牛信息采集装置100中的用电模块供电，同时将一部分电量提供给锂电池140，以使锂电池140存储电量，在无日照或者阴雨天时，向用电装置供电。
其中，所述太阳能电池板132的作用是将太阳的辐射能量转换为电能，该电能一方面被传输到锂电池140存储起来，另一方面用于推动奶牛信息采集装置100中的用电模块工作。
作为一种方式，所述太阳能控制器134的作用是控制整个太阳能供电模块130的工作状态，并对锂电池140起到过充电保护、过放电保护的作用。由于太阳能电池板132的电能不是按照需求量的进行发电的，而是无法控制的，其中，该锂电池140在处于满容量或者基本满容量时，太阳能控制器134能保护锂电池140不过充电和保护太阳能供电模块130输出的电压不超过奶牛信息采集装置100中的用电模块允许的电压范围。同时，该锂电池140在深度放电后，太阳能电池板132不会因锂电池140需要充电而多发电，从而导致锂电池140的使用寿命变短，即该太阳能控制器134能防止所述锂电池140过度放电。
其中，所述锂电池140的作用是在有光照时，将太阳能电池板132所提供的多余的电能存储起来，到需要的时候再释放出来，该锂电池140能使其太阳能供电模块130实现对奶牛信息采集装置100中的用电模块的不间断供电，可以确保用电装置在阴雨天时仍然有足够的电可用。作为一种方式，该锂电池140一般为铅酸电池，小微型系统中，也可以为镍氢电池、镍镉电池或锂电池140等等。
其中，所述逆变器136的作用是将直流电转换成交流电给所述电源控制电路111提供不同等级的电压。根据实际需要的耗电量，来确定提供的电压的大小，例如输出220V或者110V等不同电压的交流电。
综上所述，本实用新型实施例提供一种奶牛信息采集装置，所述奶牛信息采集装置通过驻极体话筒获取奶牛的声音信号，从而通过移动模块中的各个模块进行相应处理从而得到奶牛的反刍信息；通过奶牛计步器获取奶牛的运动量信息，从而远程上位机可通过奶牛的反刍信息与运动量信息为预测奶牛发情及身体状况提供可靠依据，进而对奶牛的身体状况进行监测，提高了奶牛养殖的便利性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。