一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，包括：第一检测单元，用于采集养殖场内的畜禽标识信息；第二检测单元，用于采集养殖场内的养殖环境信息；数据处理单元，包括实时数据库，所述实时数据库用于存储一定时间段内来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息；无线通信单元，用于接收来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息，并将接收到的信息传送给数据处理单元。本实用新型的系统实现了同时、实时地在线采集畜禽标识信息以及养殖场的环境信息，为养殖过程实时调控养殖环境提供数据基础。
【专利说明】一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于畜禽养殖【技术领域】，具体涉及一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统。
【背景技术】
[0002]目前我们畜禽养殖面临诸多挑战，比如养殖场内环境污染严重，养殖过程中滥用抗生素等药物，畜禽养殖质量安全研究不到位等，使得我们畜禽养殖产品频频出现质量安全问题，已严重制约和影响我国畜禽养殖的可持续发展。不仅危害了消费者的身心健康，还影响了我国畜禽及其产品的对外贸易。
[0003]畜禽及其产品作为人们日常重要的消费产品，产品的质量关乎消费者的食品安全与人身安全，因此提高畜禽及其产品的质量是增加畜禽及其产品竞争力的不二选择。
[0004]畜禽标识信息检测体系是指对畜禽个体或者群体进行标识，对有关的饲养环境信息、运输、屠宰以及产品的加工和销售信息进行记录，从而实现对畜禽产品质量安全问题的有效追踪和溯源。2007年以后，中国也随即开展了动物疾病及质量安全的溯源关键技术研究和体系建设。
[0005]比如公开为CN 101464978 A的中国专利文献公开了一种畜禽养殖管理系统，包括服务器和便携式设备，两者之间进行数据通讯，便携式设备用于采集畜禽养殖过程中的养殖信息，服务器包括养殖过程决策单元，用于根据养殖信息和良好农业规范获取养殖决策。
[0006]但目前国内的研究主要集中在对散养畜禽(如猪只)的个体信息进行标识，建立个体养殖管理系统，为养殖过程提供决策，很少将畜禽标识信息与养殖场环境信息集成到一个系统中。此外，大多数养殖场的环境信息采集主要靠人工完成，自动化程度和精度也不高，尤其是对有害气体的检测。
实用新型内容
[0007]本实用新型提供了一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，该系统能同时、实时地在线采集畜禽标识信息以及养殖场的环境信息，为养殖过程实时调控养殖环境提供数据基础。
[0008]一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，包括:
[0009]第一检测单元，用于采集养殖场内的畜禽标识信息；
[0010]第二检测单元，用于采集养殖场内的养殖环境信息；
[0011]数据处理单元，包括实时数据库，所述实时数据库用于存储一定时间段内来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息；
[0012]无线通信单元，用于接收来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息，并将接收到的信息传送给数据处理单元。
[0013]本实用新型中，所述第二检测单元包括:
[0014]用于米集养殖场内有害气体信息的气体检测单兀；
[0015]用于采集养殖场内温湿度和光照强度信息的温湿度及光照检测单元。
[0016]养殖场内有害气体的类型和浓度、温湿度、光照强度是影响畜禽健康的主要因素，本发明利用气体检测单元获取养殖场内有害气体的类型和浓度，利用温湿度及光照检测单元获取养殖场内温湿度和光照强度，从而对养殖场内环境进行实时监控。
[0017]作为优选，所述气体检测单元包括多个电子鼻。多个电子鼻分别布置在养殖场的不同位置。进行气体检测时，电子鼻具有快速无损、实时性和智能化的优点，实用性较强。
[0018]电子鼻包括气敏传感器阵列、第一数据处理模块、第二微处理器。气敏传感器阵列采集养殖场内有害气体信息，第一数据处理模块接收气敏传感器阵列采集的信息，分析待测气体的类型和浓度并传输到第二微处理器进行数模转换，得到的数字信号通过无线通信单元发送到数据处理单元。
[0019]本实用新型中，所述电子鼻包括:
[0020]气室，气室内封装有气敏传感器阵列；
[0021]分别与气室相连通的清洗气体进入通道和清洗气体流出通道；
[0022]样品室，用于预先装填待测气体；
[0023]连通样品室与气室的待测气体进入通道和待测气体流出通道；
[0024]气泵，用于驱动清洗气体流经气室，或用于驱动待测气体在气室与样品室之间循环流动；
[0025]清洗气体进入通道、清洗气体流出通道、待测气体进入通道、待测气体流出通道上均安装有阀门。
[0026]气体检测前，在样品室内预先装填待测气体(可通过大气采样仪等装置采集)，并关闭待测气体进入通道、待测气体流出通道上的阀门，打开清洗气体进入通道、清洗气体流出通道上的阀门，在气泵的作用下，向气室内通入清洗气体；气体检测时，则关闭清洗气体进入通道、清洗气体流出通道上的阀门，打开待测气体进入通道、待测气体流出通道上的阀门，在气泵的作用下，待测气体在气室与样品室之间循环流动，最终达到一个稳定的平衡状态，保证气室内待测气体达到一定的浓度。
[0027]作为优选，所述清洗气体进入通道与待测气体进入通道上均设有干燥室。利用干燥室降低清洗气体和待测气体的湿度，避免对气敏传感器阵列产生影响，提高测量的准确性。
[0028]本实用新型中，所述气敏传感器阵列包括U型电路板，以及连接在U型电路板上的多个半导体气敏器件。这些半导体气敏器件两端的引脚分别搭焊在U型电路板上。本实用新型仅利用现有半导体传感器的核心元件--半导体气敏器件来构建气敏传感器阵列，实现了气敏传感器阵列的小型化，从而大大缩减了气室的内部容积，不仅能有效减少样气在气室内的扩散时间，提高了气敏传感器阵列的检测精度和响应速度。
[0029]所述半导体气敏器件可选用旁热式气敏器件。
[0030]本实用新型中，所述第一检测单元为手持机。手持机中集成有RFID读写模块和第一微处理器。RFID读写模块用于扫描畜禽耳标中的RFID芯片，进行畜禽个体信息的读取和录入，并经第一微处理器转换后通过无线通信单元发送到数据处理单元。手持机可为一个，逐个扫描畜禽耳标；也可为多个，同时扫描多个畜禽个体的耳标。
[0031]所述温湿度及光照检测单元包括多个环境传感器节点，每一环境传感器节点包括:温湿度传感器、光照传感器、第二数据处理模块和第三微处理器。多个环境传感器节点放置在养殖场内的不同位置，每一环境传感器节点的数据处理模式均与现用技术相同。
[0032]所述无线通信单元包括多个无线发射模块和一个无线接收模块，无线接收模块与数据处理单元连接，第一检测单元、气体检测单元、温湿度及光照检测单元各连接一个无线发射模块。即无线接收模块与数据处理单元连接，各手持机、各电子鼻、各环境传感器节点均连接一个无线发射模块。
[0033]本实用新型中，无线通信单元可选用XBEE模块，数据处理单元为PC机。
[0034]本实用新型的工作原理为:
[0035]在养殖场内适当选取若干位置，悬挂环境传感器节点；考虑到养殖场内的有害气体主要来源于畜禽的粪便排放和挥发，在养殖场内畜禽比较集中的区域安装电子鼻。通电后，环境传感器节点开始采集养殖场各个位置的温湿度和光照强度信息，电子鼻开始采集相应位置的有害气体信息，并分别通过XBEE模块发送到PC机。与此同时，操作者利用手持机扫描畜禽耳标，读取并录入畜禽的个体信息，也通过XBEE模块发送到PC机。PC机接收到环境传感器节点、电子鼻和手持机传送的信息后会实时存储到实时数据库中，利用实时数据库对养殖场内的畜禽标识信息和养殖环境信息进行实时监控，发现异常后及时对养殖场内环境进行调节，确保畜禽处于一个理想的养殖环境。
[0036]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0037](I)本实用新型的系统实现了同时、实时地在线采集畜禽标识信息以及养殖场的环境信息，为养殖过程实时调控养殖环境提供数据基础；
[0038](2)本实用新型仅利用现有半导体传感器的核心元件一半导体气敏器件来构建气敏传感器阵列，实现了气敏传感器阵列的小型化，从而大大缩减了气室的内部容积，不仅能有效减少样气在气室内的扩散时间，提高了气敏传感器阵列的检测精度和响应速度；
[0039](3)本实用新型的各个检测单元与数据处理单元均通过无线网络传输，快捷高效，节约成本；
[0040](4)本实用新型的各个检测单元在在Arduino控制平台开发，可避免使用其他控制器的转换问题，集成化程度高，系统运行稳定。可方便快捷地完成传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本实用新型一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统的组成图；
[0042]图2为本实用新型一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统的硬件连接图；
[0043]图3为电子鼻的气路图；
[0044]其中，1:清洗气体进入通道，2:干燥室，3:第一阀门，4:气室，5:气泵，6:清洗气体流出通道，7:第三阀门，8:第四阀门，9:待测气体流出通道，10:样品室，11:待测气体进入通道，12:第二阀门。
【具体实施方式】
[0045]由图1可见，本实施例一种畜禽养殖信息实时监测系统，包括:用于采集养殖场内的猪只个体信息的手持机，用于采集养殖场内有害气体信息的电子鼻，用于采集养殖场内温湿度和光照强度信息的环境传感器节点；手持机通过无线通信单元将采集的信息传送到PC机的畜禽标识信息平台上，电子鼻以及环境传感器节点通过无线通信单元分别将各自采集的信息传送到PC机的畜禽养殖场环境信息平台上，并存入畜禽标识信息及环境信息追溯数据库(以下简称数据库)中。
[0046]由图2可见，本实施例中采用XBEE模块(包括XBEE发射模块和XBEE接收模块)进行无线通信。其中，手持机、电子鼻以及环境传感器节点中分别集成有XBEE发射模块，PC机端带有XBEE接收模块，采用多点发射一点接收的形式将采集到的信息存入数据库中。
[0047]手持机中集成有RFID读写模块、第一微处理器以及XBEE发射模块。RFID读写模块用于扫描猪只耳标中的RFID芯片，进行猪只个体信息的读取和录入，并通过XBEE模块发送到PC机。
[0048]本实施例中，第一微处理器选用Arduino单片机,该款单片机性价比较高,支持ISP在线烧写，支持多种互动程序。RFID读写模块选用AS399X读写模块，AS399X读写模块能独立完成对RFID芯片的所有操作，具有与用户主系统的命令数据通信能力。
[0049]电子鼻包括气敏传感器阵列、第一数据处理模块、第二微处理器以及XBEE发射模块。
[0050]如图3所示，气敏传感器阵列封装在气室4中。本实施例对现有的半导体气体传感器进行了改进，然后应用于电子鼻中。现有半导体气体传感器(比如MQ137或MQ136)的敏感膜都是固定在一个有金属电极的底座上，并外罩一层金属网膜，该结构虽然便于应用和安插在电路板上，却大大增大了单个传感器所占的体积。因为传感器的核心部件只是一个覆有敏感材料和导线的陶瓷管或陶瓷片，所以本实施例直接将该半导体气体传感器中覆有敏感材料和导线的陶瓷管或陶瓷片取下来作为本实施例的气体传感器，再将气体传感器搭焊到U型电路板上，获得气敏传感器阵列。这样不但可以减小单个气体传感器所占体积(单个气体传感器所占底面积只有6_X 12mm)，而且便于在狭小空间内紧密排列多个气体传感器。
[0051]通过对气敏传感器阵列的小型化设计，电子鼻气室4的内部容积大大缩减。本实施例中，气室4的内部容积仅为12 ml，其中容纳了 12个气体传感器。从而有效减少样气在气室4内的扩散时间，使样气能迅速地扩散至气体传感器上，提高了气敏传感器阵列的检测精度和响应速度。
[0052]如图3所示，本实施例采用动态循环顶空法进行样气的信息采集，信息采集前，关闭第二阀门12和第四阀门8，打开气泵5、第一阀门3和第三阀门7，向气室4内通入清洗气体A ;采集样气信息时，关闭第一阀门3和第三阀门7，打开气泵5、第二阀门12和第四阀门8，在气泵5的作用下，预先装入样品室10内的样气B不断流过气室4，最终达到一个稳定的平衡状态。这样既能保证气室内4样气的浓度，又可以通过干燥室2中的干燥剂降低样气的湿度，提高测量的准确性。信息采集完成后，关闭第二阀门12和第四阀门8，打开气泵5、第一阀门3和第三阀门7，向气室4内通入清洗气体，以便进行新一轮的信息采集。
[0053]第一数据处理模块收集气体传感器采集的信息，并利用基于BP神经网络算法的智能识别系统得出样气的类型和浓度。第一数据处理模块分析完成后将信息传输到第二微处理器进行数模转换，得到的数字信号通过XBEE发射模块-XBEE接收模块发送到PC机。
[0054]环境传感器节点包括温湿度传感器、光照传感器、第二数据处理模块、第三微处理器以及XBEE发射模块。
[0055]本实施例中，光照传感器选用BH1750，内置16位模数转换器，可以直接输出数字信号，能直接通过光度计来测量光照强度。温湿度传感器选用DHT11，体积小、功耗低、信号传输距离远。
[0056]温湿度传感器和光照传感器分别采集养殖场内的温湿度和光照信息，并将采集到的信息传送给第二数据处理模块，第二数据处理模块分析完成后将信息传输到第三微处理器进行数模转换，得到的数字信号通过XBEE发射模块-XBEE接收模块发送到PC机。
[0057]第二微处理器、第三微处理器与第一微处理器相同，也采用Arduino单片机。本实施例的各个模块均在Arduino控制平台开发，可避免使用其他控制器的转换问题，集成化程度高，可方便快捷地完成信息传输。
[0058]本实施例一种畜禽养殖信息实时监测系统的工作过程为:
[0059]以猪舍为例，在猪舍内适当选取若干位置，悬挂环境传感器节点；考虑到猪舍内的有害气体主要来源于猪只的粪便排放和挥发，在猪舍内猪只比较集中的区域安装电子鼻。通电后，环境传感器节点开始采集猪舍各个位置的温湿度和光照强度信息，电子鼻开始采集相应位置的有害气体信息，并分别通过XBEE模块发送到PC机。与此同时，操作者利用手持机扫描猪只耳标，读取并录入猪只的个体信息，也通过XBEE模块发送到PC机。PC机接收到环境传感器节点、电子鼻和手持机传送的信息后会实时存储到数据库中，一旦发现猪只个体信息出现异常，可以及时对猪只进行追踪并控制养殖环节；猪舍内的温湿度、光照强度、有害气体浓度一旦超出预定的范围内，饲养员可以及时对养殖场内环境进行调节，确保畜禽处于一个理想的养殖环境。
【权利要求】
1.一种畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，包括: 第一检测单元，用于采集养殖场内的畜禽标识信息； 第二检测单元，用于采集养殖场内的养殖环境信息； 数据处理单元，包括实时数据库，所述实时数据库用于存储一定时间段内来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息； 无线通信单元，用于接收来自第一检测单元的畜禽标识信息、以及来自第二检测单元的养殖环境信息，并将接收到的信息传送给数据处理单元； 所述第二检测单元包括: 用于采集养殖场内有害气体信息的气体检测单元； 用于采集养殖场内温湿度和光照强度信息的温湿度及光照检测单元； 其中，所述气体检测单元包括多个电子鼻，所述电子鼻包括: 气室，气室内封装有气敏传感器阵列； 分别与气室相连通的清洗气体进入通道和清洗气体流出通道； 样品室，用于预先装填待测气体； 连通样品室与气室的待测气体进入通道和待测气体流出通道； 气泵，用于驱动清洗气体流经气室，或用于驱动待测气体在气室与样品室之间循环流动； 清洗气体进入通道、清洗气体流出通道、待测气体进入通道、待测气体流出通道上均安装有阀门。
2.如权利要求1所述的畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，所述清洗气体进入通道与待测气体进入通道上均设有干燥室。
3.如权利要求1所述的畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，所述气敏传感器阵列包括U型电路板，以及连接在U型电路板上的多个半导体气敏器件。
4.如权利要求1所述的畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，所述温湿度及光照检测单元包括多个环境传感器节点，每一环境传感器节点包括:温湿度传感器、光照传感器、第二数据处理模块和第三微处理器。
5.如权利要求1所述的畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，所述无线通信单元包括多个无线发射模块和一个无线接收模块，无线接收模块与数据处理单元连接，第一检测单元、气体检测单元、温湿度及光照检测单元各连接一个无线发射模块。
6.如权利要求1所述的畜禽标识信息及环境信息无线检测仪器系统，其特征在于，所述第一检测单元为手持机。
【文档编号】G01D21/02GK204142283SQ201420532385
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】潘敏, 陈玮, 董晓峰, 孔春胜 申请人:浙江大学