奶牛行为信息智能监测系统研究

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1、奶牛行为信息智能监测系统研究曾立华1，冯娟1，高昉2，赵秋霞1（1．河北农业大学机电工程学院，河北保定071001；2．保定广播电视大学，河北保定071051）摘要：发情鉴定是奶牛生产的关键环节，针对国内发情鉴定方法和研发设备自身的不足，设计了一种基于无线传感技术的奶牛行为信息智能监测系统，对其系统结构、功能及相对优势进行了介绍。结果表明，该系统不仅可以准确判断奶牛发情期，经适当改进后还可以实现对更多动物的体征进行监测。.jyqkofCoationZENGLi－hua1，FENGJuan1，GAOFang2，ZHAOQiu－xia1（1．CollegeofMechanicalandEle

2、ctricalEngineering，AgriculturalUniversityofHebei，Baoding071001，Hebei，China；2．BaodingRadio＆TelevisionUniversity，Baoding071051，Hebei，China）Abstract：Monitoringoestrusofcoportantduringthecosofdeficientmethodsandequipmentdevelopedtomonitoroestrusofcobasedononitorthebehaviorinformationofcoinanceofsyste

3、mcanbeusedtojudgethecoonitormoreanimalphysicalsignreliablyafterbeingappropriatelyimproved．Keyonitor收稿日期：2014－12－09基金项目：国家自然科学基金项目（31371532）；河北省科技厅资助项目（12220405D）；河北省保定市科学研究与发展计划项目（12ZG012）简介：曾立华（1981－），男，河北平乡人，讲师，主要从事农业信息化与智能检测方面的研究，（）0312－7526473（电子信箱）[email protected]．。产奶量充足可使养殖奶牛获得最大的经济效益

4、，而发情鉴定是奶牛生产的关键环节［1－4］。目前我国绝大多数养殖场仍以人工观察、经验判断的方式进行奶牛发情识别，但其不仅费时费力，还易发生误判与漏检情况。一些大型养殖企业引入部分国外先进的监测技术，但受其管理模式落后、技术改进困难、售后服务价格高昂等因素影响，不适合在中小型奶牛养殖企业中普及。近几年，研究者围绕奶牛发情期监测方法进行研究，但研发的监测器普遍存在功耗高、重量偏大等不足［5－9］。因此，本研究综合计算机、通信、测控等技术，设计了奶牛行为智能监测系统，可准确采集、记录、显示和分析现场奶牛个体的身体物理参数，为后期及时、准确判断奶牛的发情期等提供科学依据。1系统设计方案发情期的奶

5、牛常表现为运动步数增加、体温上升等［3，6］，结合相关参数的日常变化规律可提高奶牛发情判断的准确性。此外，系统的应用环境为养殖场，使用对象是奶牛，因此在设计中考虑到以下几点：①采用无线传感技术，解决养殖场不易布线问题，并且不干扰奶牛正常生活；②选用微处理器内核与射频收发器紧密集成的芯片，建立了周期性睡眠与唤醒循环机制，用于解决以往系统功耗高及重量大等不足；③融合体温采集模块与活动量监测模块获取的信息，实现奶牛活动状态的准确判断。整体系统主要由监测仪（下位机）、数据集中器和PC服务器（上位机）组成（图1）。其中，监测仪负责奶牛个体的识别和个体数据的采集与存储，通过无线射频方式与数据集中器实

6、现通信；数据集中器通过RS232/USB串口与后台服务器连接，整个系统采用主从多机通信方式；用户通过PC服务平台的简单操作实现对奶牛个体信息的查询、浏览和分析。2智能监测系统功能的实现2．1监测仪的组成监测仪采用模块化设计，主要由微控制器、活动状态采集模块、体温采集模块、电池低电量监测模块和电源模块组成。监测仪原理组成框图如图2所示，实际电路板如图3所示。2．1．1微控制器选用TI（美国德州仪器公司）公司生产的CC430F5135型芯片作为控制核心，其集成了微处理器内核、外设、软件和射频收发器紧密，大大简化了系统的设计，可使用1GHz以下频段，具有高灵敏度、低电流消耗、高传输速率、功耗超

7、低等特性。其外围电路如图4所示，充分利用了I/O接口，使用MOSFET控制方案定时检测电池电压，有效地降低了损耗，提高了可靠性。2．1．2体温采集模块选用一线式数字输出温度传感器DS18B20（美国Dallas公司）［10］，其管芯内集成了温敏元件、数据转换芯片、存储器芯片和计算机接口芯片等多功能模块，可直接输出二进制温敏信号。该传感器与微控制器仅需要一条总线连接，采用外部电源供电模式简化了软件操作，提高了供电的驱动能力。微控制器经