一种奶牛体温实时监测系统与方法与流程

本发明属于现代养殖业技术领域，涉及恒流源技术、温度传感器技术、模数转换器技术、无线通信技术，特别涉及一种奶牛体温实时监测系统与方法。

背景技术：

目前，国内外的奶牛体温测量主要依靠人工测量、手工记录的方式，不仅耗时、费力，精确度还很低，同时不能够对奶牛的体温实现实时的监测，温度测量结果的准确性大大下降。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种奶牛体温实时监测系统与方法，可以实时监测奶牛的真实体温，采用pt1000作为温度传感器探头，传感器置于奶牛的阴道内，无线传感器天线置于奶牛体外，加强无线通信信号，pt1000铂电阻两端产生与温度相关的电压值，采集的信息通过微控制器处理转换成奶牛的真实体温信息，再由微控制器将体温信息通过无线传输模块发送到用户的上位机，在用户的计算机上显示出奶牛阴道的温度值，实现奶牛体温信息的实时监测，从而摆脱传统的人工测量、手工记录的方式，克服已有效率低、精度不高的问题，实时、精准地监测奶牛体温信息，其结构简单、自动化程度高、使用方便具有实时性等特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种奶牛体温实时检测系统，包括奶牛体温采集系统和温度传输系统，所述奶牛体温采集系统包括：

pt1000温度测量探头；

接pt1000温度测量探头为其提供恒定电流的恒流源模块；

以及，接pt1000温度测量探头将模拟电压转换为数字电压的模数转换器；

所述温度传输系统包括：

stm32微控制器，接所述模数转换器输出的数字电压信号；

无线通信模块，将所述stm32微控制器发出的信息通过无线接收模块传输至计算机中；

无线天线，引出至奶牛体外，加强无线通信模块的信号传输；

计算机，通过无线接收模块接收所述无线通信模块传输的信息。

所述pt1000温度测量探头采用四线制的连接方式，即在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流i，把r信号转换成电压信号u，再通过另两根引线把u引至电压测量输入端。

所述pt1000温度测量探头的外侧采用304不锈钢作为圆头保护管。

所述恒流源模块包括lm336-2.5v基准电压源，采用op07运算放大器和电阻调整输出电流，所述模数转换器采用24位ads1256。

所述模数转换器与stm32微控制器之间以spi通信方式传输转换后的数字电压信号，所述无线通信模块为采用spi通信方式的nrf24l01无线通信模块，所述计算机连接有报警装置。

所述恒流源模块、模数转换器和stm32微控制器用hdpe封装成长100mm，宽50mm的圆柱形。

本发明还提供了基于所述奶牛体温实时检测系统的奶牛体温实时检测方法，将pt1000温度测量探头置于奶牛阴道内，与阴道接触，恒流源模块为其提供恒定的电流，stm32微控制器根据pt1000温度测量探头电阻所对应的温度与电阻值的关系，将电压信号转换为温度信号，转换完成的温度信号经过stm32微控制器的预处理通过无线通信模块传输到用户的计算机上。

所述stm32微控制器控制采用间歇测量方式，每10分钟测量一次，测量结束后进入休眠状态，设定时钟周期唤醒程序，每次测量、发送完成后即进入休眠模式。

所述模数转换器在每次模数转换过程中采用中位值平均滤波法对采样数据预处理，每5秒钟进行一次采样，共采集1分钟，采集到的12个值去掉其中的最大值和最小值，然后计算剩余数据的算数平均值。

所述pt1000温度测量探头电阻所对应的温度与电阻值的关系为：rt＝r0*(1+at+bt²)℃，其中rt为铂电阻在t℃时候的电阻，r0为铂电阻在0℃时的电阻，其中a为温度系数，a＝3.9083×10^-3，b为非线性系数，b＝-5.775×10^-7。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、pt1000铂电阻温度探头外侧采用304不锈钢作为圆头保护管，材质耐腐蚀，不会对奶牛造成伤害。

2、pt1000采用四线制的连接方式，克服了因导线电阻对测量结构造成的误差。

3、使用24位的ads1256模数转换器，提高温度测量的精度，可以检测出0.05℃的精度变化。

4、无线天线引出至奶牛体外，加强无线通信传输信号。

5、植入式温度传感器，不影响奶牛的生理行为，系统的可靠性、准确性较高，可以作为奶牛体温实时检测的系统。

附图说明

图1为本发明基于stm32的奶牛体温实时监测系统结构示意图。

图2为本发明置于奶牛体内部分的结构示意图。

图3为本发明体温监测系统的数据采集和传输流程图。

图4为本发明电路硬件连接图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种奶牛体温采集系统和基于温度传输系统以及该奶牛体温采集系统的奶牛体温实时检测系统。

奶牛体温采集系统，置于奶牛阴道内，如图2所示，包括：

pt1000温度测量探头1；采用四线制的连接方式，即在热电阻的根部两端各连接两根导线，其中两根引线为热电阻提供恒定电流i，把r信号转换成电压信号u，再通过另两根引线把u引至电压测量输入端。pt1000温度测量探头1的外侧采用304不锈钢作为圆头保护管。2、3、4、5电路模块用聚乙烯材料进行密封，探头1在材料外部，1、2、3、4、5全部放在奶牛阴道内部。

接pt1000温度测量探头1为其提供恒定电流的恒流源模块2；恒流源模块2包括lm336-2.5v基准电压源，采用op07运算放大器和电阻调整输出电流。

以及，接pt1000温度测量探头1将模拟电压转换为数字电压的模数转换器3，模数转换器3采用24位ads1256，利用24位高精度的模数转换器，实现精度为0.05℃的温度测量。模数转换器3以spi通信方式将数字电压信号传输给stm32微控制器4。

所述温度传输系统包括：

stm32微控制器4，接所述模数转换器3输出的数字电压信号；

无线通信模块5，为采用spi通信方式的nrf24l01无线模块，将所述stm32微控制器4发出的信息通过无线方式进行传输；

无线天线6，引出至奶牛体外，加强无线传输信号；

无线接收模块7，接受无线通信模块传输的信号，发送给计算机8；

计算机8，接收所述无线通信模块5传输的信息，计算机8连接有报警装置。

pt1000温度测量探头1中，pt1000铂电阻的电阻值随温度变化而变化，恒流源模块2为其提供恒定的电流，pt1000铂电阻两端的电压与pt1000的电阻值成正相关，模数转换器3根据pt1000铂电阻所对应的温度与电阻值的关系，将电压信号转换为温度信号，转换完成的温度信号经过stm32微控制器4的预处理通过无线通信模块5传输到用户的计算机8上，打开计算机8中的串口调试助手，即可显示任意时刻的温度值。并设置温度范围，超出范围启动报警系统，提示用户奶牛有异常的生理状态。

参考图3，本发明具体工作过程如下：

将pt1000温度测量探头1置于奶牛阴道，恒流源模块2、模数转换器3和stm32微控制器4形成的电路模块用hdpe(高密度聚乙烯)封装成长100mm，宽50mm的圆柱形。模块采用5v的7号镍铬电池供电，测量采用间歇测量方式，每10分钟测量一次，测量结束后进入休眠状态，设定时钟周期唤醒程序，每次测量、发送完成后即进入休眠模式，为了消除偶然干扰，提高采用数据的平滑性，在每次模数转换过程中采用中位值平均滤波法对采样数据预处理，该方法融合了中位值滤波法和算数平均值滤波法的优点，可有效消除偶然出现的干扰采样值，工作原理为：每5秒钟进行一次采样，共采集1分钟，采集到的12个值去掉其中的最大值和最小值，然后计算剩余数据的算数平均值。间歇测量和休眠模式的设定大大减少了电池电量的消耗，续航时间达到40天左右，减少电池的更换频率。

整个温度监测系统的硬件电路连接图如图4所示，电路具体工作流程是，5v电池给各个模块供电，开始工作，lm336-2.5v产生2.5v基准电压为op07低噪声运算放大器提供稳定电压，在运算放大器的输出端输出2ma的恒定电流，恒定电流流过pt1000铂电，铂电阻两端产生的模拟电压以差分输入模式输入到模数转换器，24位的模数转换器可以显示出uv级的电压值，ads1256的spi串行接口工作在从模式下，mcu的spi为主模式，片选信号(/cs)为低时spi通信有效，数据有效信号(/drdy)用来指示数据转换是否完成，至此完成ads1256与stm32的通信。

此时pt1000铂电阻两端的电压值经过模数转换和spi通信传输给stm32。由于流过pt1000铂电阻的电流恒定，所以pt1000两端的电压与电阻成正比，再利用电阻随温度变化的特点计算出此时的温度值。其中pt1000的电阻值与当前温度的关系为：rt＝r0*(1+at+bt²)℃，其中rt为铂电阻在t℃时候的电阻，r0为铂电阻在0℃时的电阻，其中a为温度系数，a＝3.9083×10^-3，b为非线性系数，b＝-5.775×10^-7。stm32微控制器根据电阻与温度的关系，将电压值转换成摄氏温度。

stm32微控制器对温度数据进行预处理后，再通过微控制器的另一个spi通信口实现stm32与nrf24l01的通信，nrf24l01采用enhancedshockbursttm收发模式，在用户计算usb口插入另一个nrf24l01模块，接收从温度采集系统中发送到计算机的温度数据并在计算机上的串口助手中显示出来，用户可以方便的观察到奶牛的体温值。

本发明中，通过与奶牛阴道接触的温度测量探头1采集奶牛体温，再通过stm32微控制器4将温度值传输给用户端的计算机8，如奶牛体温出现异常情况，启动报警装置。

本发明采用低功耗的温度检测技术，传统的奶牛体温检测只能依靠大量的人工获得测量时刻的体温值，而stm32微控制器借助无线通信技术可以将奶牛体温实时、精准的传输给用户，对及时发现奶牛的生理变化有着重要的作用。

与传统的奶牛体温的测量方法相比，本系统通过自动检测的方法，温度测量的结果不仅准确性好、精度高，还大大节省了人力、物力，整个系统的适用范围广泛，与传统的温度传感器相比，采用间歇测量的方式，降低功耗，精度达到0.05℃。与传统奶牛体温检测方法相比，本系统可实现奶牛体温的实时检测，数据更加准确、稳定。有助于牧场主对奶牛信息进行及时的了解。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的修改、等同变化和修饰等都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。