一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及畜牧养殖信息化装备技术领域，具体涉及一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置。

技术背景

随着圈舍饲养技术的推广应用，畜牧养殖，特别是羊等小型牲畜，呈现出规模化、集中化、工厂化、信息化的发展趋势。在羊的圈舍饲养过程中，为及时准确地掌握羊只的健康成长状况，需要对羊只饮水的情况进行数据采集和监控。在已有技术中，采用了诸如视频监控等技术方法，下列专利公开了相关技术。

专利CN201410589449.6(公开(公告)号CN104381205A)公开了一种基于物联网的羊生长监测和信息服务云平台综合系统，包括信息服务云平台、互联网、用户终端设备、物联网智能控制一体机和羊生长状况采集装置，羊生长状况采集装置与物联网控制一体机连接，物联网智能控制一体机通过互联网分别与信息服务云平台和用户终端设备连接。给羊建立一个非接触测量(体长、体高、体温、体重)、自动记录的生长档案。体温测量发现疑似病羊，早发现、早隔离，减少疫病传染蔓延。信息服务云平台对生长信息进行整理，为羊肉追溯提供数据源、为专家和管理者调整羊养殖流程提供依据。

专利CN201520375785.0(公开(公告)号CN204860467U)公开了一种基于物联网的牛羊养殖系统，包括传感模块和计时模块，传感模块电连接控制终端，控制终端电连接处理模块，计时模块电连接控制终端，控制终端分别电连接自动饲喂模块和自动清洁模块，控制终端还分别电连接数据储存模块和图像采集模块，对养殖场的环境进行自动感应和调节，对牛羊进行自动饲喂和对牛羊圈进行自动清理，图像采集模块使养殖人员无需巡逻就可时刻观察养殖场内的情况，出现牛羊生病的情况可以及时发现，减少进一步传染的可能。

专利CN201310228840.9(公开(公告)号CN103312802A)公开了一种基于物联网的肉牛养殖环境监测方法，在每头肉牛耳朵上打上一个射频识别标签(RFID)耳标，用于识别区分每头肉牛；在肉牛养殖环境中，部署RFID 读卡器，读取进入感知区域内的肉牛耳标，并进行识别定位；在肉牛养殖环境中，布置环境监测节点用于监测肉牛的养殖环境；肉牛在养殖环境中，通过RFID对肉牛进行实时识别定位；定期通过环境检测节点采集该肉牛所处环境信息；环境监测节点通过无线自组网，与一汇聚点进行通信，将监测数据发送至汇聚点；汇聚点通过网关与服务器连接，服务器接入Internet，远程客户端可通过Internet访问服务器。

专利CN201611182442.8(公开(公告)号CN106484014A)公开了一种基于物联网和单片机技术的奶牛精细化饲养系统，包括设置在奶牛身上的传感器监测模块、中央控制模块、无线数据传输模块和设置在监测中心的上位机数据监控模块，传感器监测模块包括设置在奶牛身上用于监测其体表温度的温度传感器和测量其运动方向及速度的三轴加速度传感器，中央控制模块包括单片机，无线数据传输模块包括zigbee模块，上位机数据监控模块包括工控机、数据库服务器。通过温度传感器固定在奶牛身上测量体温，通过三轴加速度传感器测量奶牛的运动情况，并结合单片机技术和无线传输技术进行数据高效传输，监测奶牛体温并计算奶牛的运动量，与奶牛进食量相结合实现对奶牛的精细化饲养。

专利CN201210114525.9(公开(公告)号CN102647475B)公开了一种畜禽场智能化物联网系统及物联网方法，包括动物身份识别系统、环境信息检测系统、畜禽行为检测系统、主控计算机、调控系统以及信息发布单元，通过采集畜禽场的实时环境信息以及实时畜禽行为信息，形成动物身份信息，建立数据库，根据实时环境信息以及实时畜禽行为信息对畜禽舍的饲养环境进行自动调控。

专利CN201310435506.0(公开(公告)号CN103488148B)公开了一种家畜行为智能监控系统，包括家畜数据采集装置、无线传输模块、远程监控中心和信息中心数据库；家畜数据采集装置将采样得到的数据通过无线传输模块传送到远程监控中心，远程监控中心对采样数据进行分析处理，信息中心数据库用于存储采集到的数据；无线传输模块为WIFI传输模块；家畜数据采集装置包括多台摄像机、多个传感器、多台非接触式红外测温仪和无源 RFID标签；多台摄像机之间间隔30度角并呈圆周布置，架设于畜舍的顶部，每台摄像机配置有WIFI通信单元，使多台摄像机之间构成高速无线局域网，与智能监控系统的WIFI传输模块链接；多个传感器包括布置于家畜身体特定部位的运动传感器、地磁传感器、声音传感器，以及布置于畜舍的温湿度传感器，系统通过运动传感器定时采集家畜的运动数据，通过地磁传感器定时采集家畜站立或爬卧的姿态数据，通过声音传感器检测家畜咳嗽的音频信号以进行感冒症状的报警，通过温湿度传感器采集畜舍的环境数据；每个传感器配置有WIFI通信单元，并与智能监控系统的WIFI传输模块链接，从而使每个传感器构成一个WIFI网络节点，传感器之间构成高速无线局域网；多台非接触式红外测温仪被分别固定在每台摄像机上，并与摄像机共享WIFI 通信，以实现在视频监控的同时检测家畜的体温；无源RFID标签位于项圈上并安装于家畜颈部，该无源RFID标签与家畜食槽上的RFID识别终端相对应，RFID识别终端读取标签数据后通过WIFI网络将该家畜的饮食数据信息传送到远程监控中心，提供给工作人员进行判断。同时，同一申请人的另一专利CN201420174298.3(公开(公告)号CN204013611U)公开了一种基于物联网的奶牛场无线监测系统，包括无源电子标签RFID模块、超高频 RFID读写装置、非接触式红外测温模块、环境信息感知模块、网关模块、多个无线通信节点、远程服务器和用户终端。系统基于物联网、传感器、Zigbee 无线通信，实现畜牧业生产自动化。

专利CN201520026359.6(公开(公告)号CN204362108U)公开了一种畜牧业物联网系统，包括现场信息采集装置、无线发射装置、无线接收装置以及现场监控器，现场信息采集装置包括温湿度采集模块、氨气浓度采集模块、水量采集模块、用电量采集模块和料仓供料量采集模块，各采集模块的输出端分别通过无线发射装置与无线接收装置通信连接，无线接收装置的信号输出端与现场监控器连接；现场监控器通过通信网络与其它监控器连接。通过对采集数据进行分析和预估判断养殖场牲畜的生长信息，对疾病和预防做出及时的调控。

专利CN201710228045.8(公开(公告)号CN106950881A)公开了一种智能家畜饲养控制器，包括主控模块、液晶显示模块、传感器模块、光照控制模块、音乐播放模块、报警模块、重点家畜个体检测模块、自动排风装置、紫外消毒模块、无线摄像机、无线通信模块以及手机终端。实现家畜饲养的智能化控制、分贝噪声监测报警、重点养殖对象个体监测、光照控制、紫外消毒、音乐播放等功能，提高养殖效益。

上述技术中，在不同应用场合有其各自的优点，通过对牲畜养殖各种环境数据的监测，可以从宏观上把握牲畜的生长状况，减少人工投入的成本，提高自动化程度。但是不能做到对每个牲畜的生长监测，或其技术手段的成本太高了，难以现实应用。专利CN201310435506.0(公开(公告)号CN103488148B)和专利CN201420174298.3(公开(公告)号CN204013611U) 公开的技术中，在采集牲畜饮食数据的设计中存在缺陷，其安装在家畜食槽上的RFID识别终端只能识别其附近的几个家畜颈部项圈上的无源RFID标签，这就需要安装多个RFID识别终端，一个RFID标签也可能被几个RFID 识别终端同时读取，同时，并未处于食槽上的家畜的RFID标签也可能被读取，这就会导致数据的混乱。其他专利技术中，通过无线摄像进行的家畜饲养监控并没有解决人工操作问题。由于牛、羊、猪等的生活习性和生长过程对饲养环境的要求是不一样的，所以，需要分别对待，各自设计。因此，需要研制适合于大规模圈舍养殖管理需要的羊只饮水数据采集装置。

技术实现要素：

为了解决现有技术中没有适合于大规模圈舍养殖管理需要的羊只饮水数据采集装置的问题，本实用新型提供了一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置，通过在舍内羊圈的墙上或圈间隔栏上在电磁波拦截金属罩内安装射频电磁波收发器，在每只羊的耳朵上安装一个羊只耳标式应答器，在羊饮水碗上方安装光电开关。当有羊只将头部凑近饮水碗饮水时，触发光电开关发出触发信号，触发信号通知射频电磁波收发器按设定周期间歇地发出调制的射频电磁波，饮水羊只的羊只耳标式应答器被射频电磁波激活，以负载反射调制的方式发射自身编号，射频电磁波收发器收到羊只耳标式应答器的编号，上传到数据采集管理机。在射频电磁波收发器的每个周期内，饮水羊只的编号都会被记录，从而在数据采集管理机中记录了每只羊的饮水时间和持续时间。当没有羊只饮水时，光电开关复位，发出复位信号通知射频电磁波收发器停止发射电磁波。由于射频电磁波收发器安装在电磁波拦截金属罩内，射频电磁波收发器发出的电磁波被限制在电磁波拦截金属罩下方，使得只有饮水羊只的羊只耳标式应答器被射频电磁波激活。即使有电磁波进入羊床区域使不在饮水的羊只耳标式应答器被误激活，其所反射的电磁波被电磁波拦截金属罩隔离，不会被射频电磁波收发器收到，从而保证采集数据的准确性。

为此，本实用新型采用以下技术方案。

一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置，所述数据采集装置由羊只饮水碗、带触压开关的温水管、光电开关、射频电磁波收发器、电磁波拦截金属罩、羊只耳标式应答器、数据采集管理机构成；其中，

羊只饮水碗固定安装在舍内羊圈的墙上或圈间隔栏上，羊只饮水碗是簸箕状敞口容器，容器底面向墙侧或圈间隔栏侧倾斜；带触压开关的温水管一端连接在羊只饮用温水总管上，另一端竖直靠边插入羊只饮水碗，带触压开关的温水管的触压开关位于羊只饮水碗上方，当羊只头部凑近羊只饮水碗最底部喝水时，羊只头部挤压带触压开关的温水管的触压开关，触压开关打开，水从温水管流下到羊只饮水碗中；在每只羊的耳朵上安装一个羊只耳标式应答器；

所述光电开关通过支架安装在羊只饮水碗的上方，当羊只头部凑近羊只饮水碗喝水时，光电开关被触发，光电开关的输出端与射频电磁波收发器的触发信号输入端连接；

所述电磁波拦截金属罩包括两部分，一部分为平面金属板，另一部分为半个伞面状，电磁波拦截金属罩口朝下固定安装在舍内羊圈的墙上或圈间隔栏上，电磁波拦截金属罩顶部有孔，带触压开关的温水管从电磁波拦截金属罩的顶部孔穿过，电磁波拦截金属罩安装位置在羊只饮水碗上方，下沿低于羊只正常站立时耳部所在位置；

所述射频电磁波收发器安装在电磁波拦截金属罩内部靠近顶部的位置；射频电磁波收发器在收到光电开关发出的触发信号后，按设定周期间歇地发出调制的射频电磁波，射频电磁波被电磁波拦截金属罩限制在其下方，使头部位于电磁波拦截金属罩下方正在喝水的羊只耳标式应答器能在射频电磁波收发器发出的射频电磁波的辐射下获得能源，将自己的编号以负载反射调制的方式发射出去；射频电磁波收发器收到羊只耳标式应答器发射的电磁波，解调和解码获得羊只耳标式应答器的编号数据；

所述射频电磁波收发器与数据采集管理机通信连接；用于传输数据采集管理机下发给射频电磁波收发器的周期性间歇发射的射频电磁波的设定周期；用于传输射频电磁波收发器收到的光电开关发出的触发信号；用于射频电磁波收发器将接收的羊只耳标式应答器的编号数据发送给数据采集管理机，数据采集管理机记录该触发信号和编号数据及其时间戳。数据采集管理机记录所述触发信号、触发信号时间戳、编号数据和编号数据时间戳。

优选的，所述射频电磁波收发器由射频调制解调及滤波放大电路、天线、基于MCU微控制器的控制模块、电源构成；其中，基于MCU微控制器的控制模块与射频调制解调及滤波放大电路适配连接，射频调制解调及滤波放大电路与天线连接；所述射频电磁波收发器的触发信号输入端为控制模块的 MCU微控制器的I/O端口；所述射频电磁波收发器与数据采集管理机的通信连接是通过控制模块的MCU微控制器的UART端口与数据采集管理机的通信连接；电源为射频调制解调及滤波放大电路和基于MCU微控制器的控制模块提供相应的电源支持。

优选的，所述羊只耳标式应答器为符合ISO/IEC 15693标准的射频识别无源电子标签，或者为符合ISO/IEC 18000-6Type A或Type B或Type C标准的射频识别无源电子标签。

优选的，所述射频电磁波收发器的工作频率为13.56MHz或915MHz。

本实用新型具有的有益的效果是：通过本实用新型所提供的一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置，实现了在圈舍养羊中，对每一羊只饮水过程进行自动化数据采集，提高了数据采集的准确性，满足规模化圈舍饲养中精细化生产的需求。

附图说明

图1是一种圈舍养羊饮水的物联网数据采集装置构成示意图。

图2是射频电磁波收发器构成和与光电开关、数据采集管理机及羊只耳标式应答器的信号连接示意图。

图3是不在饮水的羊只耳标式应答器被误激活时反射的电磁波被电磁波拦截金属罩隔离从而保证采集数据准确性的示意图。

图中：1、羊只饮水碗，101、墙或圈间隔栏，2、带触压开关的温水管， 201、温水总管，3、光电开关，4、射频电磁波收发器，5、电磁波拦截金属罩，6、羊只耳标式应答器，7、数据采集管理机，41、射频调制解调及滤波放大电路，42、天线，43、基于MCU微控制器的控制模块，44、电源，431、射频电磁波收发器的触发信号输入端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型由羊只饮水碗1、带触压开关的温水管2、光电开关3、射频电磁波收发器4、电磁波拦截金属罩5、羊只耳标式应答器6、数据采集管理机7构成。其中，羊只饮水碗1固定安装在舍内羊圈的墙上或圈间隔栏101上，羊只饮水碗1是簸箕状敞口容器，容器底面向墙侧或圈间隔栏101侧倾斜。带触压开关的温水管2一端连接在羊只饮用温水总管上，另一端竖直靠边插入羊只饮水碗1，带触压开关的温水管2的触压开关位于羊只饮水碗1上方。当羊只饮水碗1中的水较少时，由于底面向墙侧或圈间隔栏101侧倾斜，羊只头部需凑近羊只饮水碗1最底部才能喝到水，羊只头部就会挤压带触压开关的温水管2的触压开关，触压开关打开，水从温水管 2流下到羊只饮水碗1中，这时羊只就不需要将头部凑近羊只饮水碗1的最底部，触压开关被释放，温水管2停止流水。通过这种方式，确保羊只头部和耳朵完全进入光电开关3和射频电磁波收发器4的有效工作范围。在每只羊的耳朵上安装一个羊只耳标式应答器6，羊只耳标式应答器6为符合 ISO/IEC 15693标准的射频识别无源电子标签，或者为符合ISO/IEC 18000-6 Type A或Type B或Type C标准的射频识别无源电子标签。如图1所示，光电开关3通过支架安装在羊只饮水碗1的上方，当羊只头部凑近羊只饮水碗 1喝水时，光电开关3被触发。如图2所示，光电开关3的输出端与射频电磁波收发器4的触发信号输入端431连接。

如图1所示，电磁波拦截金属罩5包括两部分，一部分为平面金属板，另一部分为半个伞面状，电磁波拦截金属罩5口朝下固定安装在舍内羊圈的墙上或圈间隔栏101上，电磁波拦截金属罩5顶部有孔，带触压开关的温水管2从电磁波拦截金属罩5的顶部孔穿过，电磁波拦截金属罩5安装位置在羊只饮水碗1上方，下沿低于羊只正常站立时耳部所在位置。射频电磁波收发器4安装在电磁波拦截金属罩5内部靠近顶部的位置；射频电磁波收发器 4在收到光电开关3发出的触发信号后，按设定周期间歇地发出调制的射频电磁波，射频电磁波被电磁波拦截金属罩5限制在其下方，使头部位于电磁波拦截金属罩5下方正在喝水的羊只耳标式应答器6能在射频电磁波收发器 4发出的射频电磁波的辐射下获得能源，将自己的编号以负载反射调制的方式发射出去；射频电磁波收发器4收到羊只耳标式应答器6发射的电磁波，解调和解码获得羊只耳标式应答器6的编号数据。当没有羊只饮水时，光电开关3复位，发出复位信号通知射频电磁波收发器4停止发射电磁波。由于射频电磁波收发器4安装在电磁波拦截金属罩5内，射频电磁波收发器4发出的电磁波被限制在电磁波拦截金属罩5下方，只有饮水羊只的羊只耳标式应答器6被射频电磁波激活。如图3所示，即使有电磁波进入羊床区域使不在饮水的羊只耳标式应答器6被误激活，其所反射的电磁波被电磁波拦截金属罩5隔离，不会被射频电磁波收发器4收到，从而保证采集数据的准确性。如图1和图2所示，射频电磁波收发器4与数据采集管理机7通信连接，用于传输数据采集管理机7下发给射频电磁波收发器4的周期性间歇发射的射频电磁波的设定周期；用于传输射频电磁波收发器4收到的光电开关3发出的触发信号；用于射频电磁波收发器4将接收的羊只耳标式应答器6的编号数据发送给数据采集管理机7，数据采集管理机7记录该触发信号和编号数据及其时间戳。在数据采集管理机7中，光电开关3的触发信号时间戳、光电开关3的复位信号时间戳、羊只耳标式应答器6编号数据时间戳，是数据采集管理机7收到并记录这些数据时的本机时钟时间，所有数据的记录时间均使用数据采集管理机7的时钟时间保证了所有数据序列的时间一致性。在数据采集管理机7中，记录了数据对序列：(触发信号，触发时间戳)、(耳标式应答器编号数据，编号数据时间戳)、(复位信号，复位时间戳)。从触发时间戳到复位时间戳这段时间里，该圈舍中有羊只在饮水，而在复位时间戳到下一个触发时间戳这段时间里，该圈舍没有羊只饮水。进一步地，光电开关3触发信号发生以后，射频电磁波收发器4按照数据采集管理机8下发的设定周期，在每个周期间歇发射射频电磁波和收到饮水羊只的羊只耳标式应答器6编号数据，并发送给数据采集管理机7，在光电开关3复位信号发生之前，数据采集管理机7在每个设定周期里记录饮水羊只的数据对：(耳标式应答器编号数据，编号数据时间戳)，每个耳标式应答器编号数据代表一只羊，这样，同一应答器编号的第一个编号数据时间戳到最后一个编号数据时间戳，就是该编号羊只饮水的起止时间。从而在数据采集管理机7中记录了每只羊的饮水时间和持续时间。

如图1和图2所示，射频电磁波收发器4由射频调制解调及滤波放大电路41、天线42、基于MCU微控制器的控制模块43、电源44构成。其中，基于MCU微控制器的控制模块43与射频调制解调及滤波放大电路41适配连接，射频调制解调及滤波放大电路41与天线42连接。射频电磁波收发器 4的触发信号输入端431为控制模块43的MCU微控制器的I/O端口。射频电磁波收发器4与数据采集管理机7的通信连接是通过控制模块43的MCU 微控制器的UART端口与数据采集管理机7的通信连接。电源44为射频调制解调及滤波放大电路41和基于MCU微控制器的控制模块43提供相应的电源支持。射频电磁波收发器4的工作频率为13.56MHz或915MHz。当射频电磁波收发器4的工作频率为13.56MHz时，羊只耳标式应答器6为符合 ISO/IEC 15693标准的射频识别无源电子标签。当射频电磁波收发器4的工作频率为915MHz时，羊只耳标式应答器6为符合ISO/IEC 18000-6Type A 或Type B或Type C标准的射频识别无源电子标签。

在本实施例中，光电开关可采用常规产品，如温州市洞头华感电气有限公司生产的HG-GLS18-1系列漫反射光电开关、或南京凯基特电气有限公司生产的KJT-FS62系列漫反射光电开关、或乐清市柳市铭腾电器厂生产的E18- D80NK漫反射式红外光电开关等。如果光电开关触发信号的电压与常规 MCU微控制器的I/O端口电压不同，需通过适配电路连接。当射频电磁波收发器的工作频率为13.56MHz时，羊只耳标式应答器为符合ISO/IEC 15693 标准的射频识别无源电子标签时，采用常规产品。如广州舰艇智能科技有限公司生产的JTrfid-LF/HF系列13.56MHz耳标电子标签产品、或深圳市运桥智能卡科技有限公司生产的集成NXP I-CODE SLI/TI/S50/F1108芯片的 13.56MHz耳标电子标签产品等。射频电磁波收发器的基于MCU微控制器的控制模块的MCU微控制器采用常规的微控制器芯片及其外围电路，如采用意法半导体(ST)集团生产的STM32F103R6T6或其他型号的MCU芯片及其外围电路。射频调制解调及滤波放大电路采用常规的射频芯片，如德州仪器 (TI)公司生产的TRF 796x系列射频芯片产品及其外围电路，连接MCU微控制器的SPI端口；另一端连接功率放大器电路，如采用MA-COM公司 (M/A-COM TECHNOLOGY SOLUTIONS,INC.)生产的MRF 426RF功率芯片及其外围电路。当射频电磁波收发器的工作频率为915MHz时，羊只耳标式应答器为符合ISO/IEC 18000-6Type A或Type B或Type C标准的射频识别无源电子标签，采用常规产品，如深圳市奥斯达公司的AOSID-0838型电子标签产品。射频电磁波收发器的控制模块的MCU微控制器采用常规的微控制器芯片及其外围电路，如采用意法半导体(ST)集团生产的STM32F103R6T6 或其他型号的MCU芯片及其外围电路。射频调制解调及滤波放大电路采用常规的射频芯片，如德州仪器(TI)公司生产的CC1101射频芯片产品及其外围电路，连接MCU微控制器的SPI端口；另一端连接功率放大器电路，如采用RFMD微器件公司生产的SPA-2118Z射频功率放大器芯片及其外围电路。数据采集管理机采用常规计算机，如联想PC机。数据采集管理机下发给射频电磁波收发器的周期性间歇发射的射频电磁波的设定周期为30-60秒，射频电磁波持续发射时间为设定周期的1/5-1/3。