一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，包括：第一檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的畜禽標識信息；第二檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的養(yǎng)殖環(huán)境信息；數據處理單元，包括實時數據庫，所述實時數據庫用于存儲一定時間段內來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息；無線通信單元，用于接收來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息，并將接收到的信息傳送給數據處理單元。本實用新型的系統實現了同時、實時地在線采集畜禽標識信息以及養(yǎng)殖場的環(huán)境信息，為養(yǎng)殖過程實時調控養(yǎng)殖環(huán)境提供數據基礎。
【專利說明】一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于畜禽養(yǎng)殖【技術領域】，具體涉及一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統。

【背景技術】
[0002]目前我們畜禽養(yǎng)殖面臨諸多挑戰(zhàn)，比如養(yǎng)殖場內環(huán)境污染嚴重，養(yǎng)殖過程中濫用抗生素等藥物，畜禽養(yǎng)殖質量安全研究不到位等，使得我們畜禽養(yǎng)殖產品頻頻出現質量安全問題，已嚴重制約和影響我國畜禽養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展。不僅危害了消費者的身心健康，還影響了我國畜禽及其產品的對外貿易。
[0003]畜禽及其產品作為人們日常重要的消費產品，產品的質量關乎消費者的食品安全與人身安全，因此提高畜禽及其產品的質量是增加畜禽及其產品競爭力的不二選擇。
[0004]畜禽標識信息檢測體系是指對畜禽個體或者群體進行標識，對有關的飼養(yǎng)環(huán)境信息、運輸、屠宰以及產品的加工和銷售信息進行記錄，從而實現對畜禽產品質量安全問題的有效追蹤和溯源。2007年以后，中國也隨即開展了動物疾病及質量安全的溯源關鍵技術研究和體系建設。
[0005]比如公開為CN 101464978 A的中國專利文獻公開了一種畜禽養(yǎng)殖管理系統，包括服務器和便攜式設備，兩者之間進行數據通訊，便攜式設備用于采集畜禽養(yǎng)殖過程中的養(yǎng)殖信息，服務器包括養(yǎng)殖過程決策單元，用于根據養(yǎng)殖信息和良好農業(yè)規(guī)范獲取養(yǎng)殖決策。
[0006]但目前國內的研究主要集中在對散養(yǎng)畜禽(如豬只)的個體信息進行標識，建立個體養(yǎng)殖管理系統，為養(yǎng)殖過程提供決策，很少將畜禽標識信息與養(yǎng)殖場環(huán)境信息集成到一個系統中。此外，大多數養(yǎng)殖場的環(huán)境信息采集主要靠人工完成，自動化程度和精度也不高，尤其是對有害氣體的檢測。
實用新型內容
[0007]本實用新型提供了一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，該系統能同時、實時地在線采集畜禽標識信息以及養(yǎng)殖場的環(huán)境信息，為養(yǎng)殖過程實時調控養(yǎng)殖環(huán)境提供數據基礎。
[0008]一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，包括:
[0009]第一檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的畜禽標識信息；
[0010]第二檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的養(yǎng)殖環(huán)境信息；
[0011]數據處理單元，包括實時數據庫，所述實時數據庫用于存儲一定時間段內來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息；
[0012]無線通信單元，用于接收來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息，并將接收到的信息傳送給數據處理單元。
[0013]本實用新型中，所述第二檢測單元包括:
[0014]用于米集養(yǎng)殖場內有害氣體信息的氣體檢測單兀；
[0015]用于采集養(yǎng)殖場內溫濕度和光照強度信息的溫濕度及光照檢測單元。
[0016]養(yǎng)殖場內有害氣體的類型和濃度、溫濕度、光照強度是影響畜禽健康的主要因素，本發(fā)明利用氣體檢測單元獲取養(yǎng)殖場內有害氣體的類型和濃度，利用溫濕度及光照檢測單元獲取養(yǎng)殖場內溫濕度和光照強度，從而對養(yǎng)殖場內環(huán)境進行實時監(jiān)控。
[0017]作為優(yōu)選，所述氣體檢測單元包括多個電子鼻。多個電子鼻分別布置在養(yǎng)殖場的不同位置。進行氣體檢測時，電子鼻具有快速無損、實時性和智能化的優(yōu)點，實用性較強。
[0018]電子鼻包括氣敏傳感器陣列、第一數據處理模塊、第二微處理器。氣敏傳感器陣列采集養(yǎng)殖場內有害氣體信息，第一數據處理模塊接收氣敏傳感器陣列采集的信息，分析待測氣體的類型和濃度并傳輸到第二微處理器進行數模轉換，得到的數字信號通過無線通信單元發(fā)送到數據處理單元。
[0019]本實用新型中，所述電子鼻包括:
[0020]氣室，氣室內封裝有氣敏傳感器陣列；
[0021]分別與氣室相連通的清洗氣體進入通道和清洗氣體流出通道；
[0022]樣品室，用于預先裝填待測氣體；
[0023]連通樣品室與氣室的待測氣體進入通道和待測氣體流出通道；
[0024]氣泵，用于驅動清洗氣體流經氣室，或用于驅動待測氣體在氣室與樣品室之間循環(huán)流動；
[0025]清洗氣體進入通道、清洗氣體流出通道、待測氣體進入通道、待測氣體流出通道上均安裝有閥門。
[0026]氣體檢測前，在樣品室內預先裝填待測氣體(可通過大氣采樣儀等裝置采集)，并關閉待測氣體進入通道、待測氣體流出通道上的閥門，打開清洗氣體進入通道、清洗氣體流出通道上的閥門，在氣泵的作用下，向氣室內通入清洗氣體；氣體檢測時，則關閉清洗氣體進入通道、清洗氣體流出通道上的閥門，打開待測氣體進入通道、待測氣體流出通道上的閥門，在氣泵的作用下，待測氣體在氣室與樣品室之間循環(huán)流動，最終達到一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，保證氣室內待測氣體達到一定的濃度。
[0027]作為優(yōu)選，所述清洗氣體進入通道與待測氣體進入通道上均設有干燥室。利用干燥室降低清洗氣體和待測氣體的濕度，避免對氣敏傳感器陣列產生影響，提高測量的準確性。
[0028]本實用新型中，所述氣敏傳感器陣列包括U型電路板，以及連接在U型電路板上的多個半導體氣敏器件。這些半導體氣敏器件兩端的引腳分別搭焊在U型電路板上。本實用新型僅利用現有半導體傳感器的核心元件--半導體氣敏器件來構建氣敏傳感器陣列，實現了氣敏傳感器陣列的小型化，從而大大縮減了氣室的內部容積，不僅能有效減少樣氣在氣室內的擴散時間，提高了氣敏傳感器陣列的檢測精度和響應速度。
[0029]所述半導體氣敏器件可選用旁熱式氣敏器件。
[0030]本實用新型中，所述第一檢測單元為手持機。手持機中集成有RFID讀寫模塊和第一微處理器。RFID讀寫模塊用于掃描畜禽耳標中的RFID芯片，進行畜禽個體信息的讀取和錄入，并經第一微處理器轉換后通過無線通信單元發(fā)送到數據處理單元。手持機可為一個，逐個掃描畜禽耳標；也可為多個，同時掃描多個畜禽個體的耳標。
[0031]所述溫濕度及光照檢測單元包括多個環(huán)境傳感器節(jié)點，每一環(huán)境傳感器節(jié)點包括:溫濕度傳感器、光照傳感器、第二數據處理模塊和第三微處理器。多個環(huán)境傳感器節(jié)點放置在養(yǎng)殖場內的不同位置，每一環(huán)境傳感器節(jié)點的數據處理模式均與現用技術相同。
[0032]所述無線通信單元包括多個無線發(fā)射模塊和一個無線接收模塊，無線接收模塊與數據處理單元連接，第一檢測單元、氣體檢測單元、溫濕度及光照檢測單元各連接一個無線發(fā)射模塊。即無線接收模塊與數據處理單元連接，各手持機、各電子鼻、各環(huán)境傳感器節(jié)點均連接一個無線發(fā)射模塊。
[0033]本實用新型中，無線通信單元可選用XBEE模塊，數據處理單元為PC機。
[0034]本實用新型的工作原理為:
[0035]在養(yǎng)殖場內適當選取若干位置，懸掛環(huán)境傳感器節(jié)點；考慮到養(yǎng)殖場內的有害氣體主要來源于畜禽的糞便排放和揮發(fā)，在養(yǎng)殖場內畜禽比較集中的區(qū)域安裝電子鼻。通電后，環(huán)境傳感器節(jié)點開始采集養(yǎng)殖場各個位置的溫濕度和光照強度信息，電子鼻開始采集相應位置的有害氣體信息，并分別通過XBEE模塊發(fā)送到PC機。與此同時，操作者利用手持機掃描畜禽耳標，讀取并錄入畜禽的個體信息，也通過XBEE模塊發(fā)送到PC機。PC機接收到環(huán)境傳感器節(jié)點、電子鼻和手持機傳送的信息后會實時存儲到實時數據庫中，利用實時數據庫對養(yǎng)殖場內的畜禽標識信息和養(yǎng)殖環(huán)境信息進行實時監(jiān)控，發(fā)現異常后及時對養(yǎng)殖場內環(huán)境進行調節(jié)，確保畜禽處于一個理想的養(yǎng)殖環(huán)境。
[0036]與現有技術相比，本實用新型的有益效果為:
[0037](I)本實用新型的系統實現了同時、實時地在線采集畜禽標識信息以及養(yǎng)殖場的環(huán)境信息，為養(yǎng)殖過程實時調控養(yǎng)殖環(huán)境提供數據基礎；
[0038](2)本實用新型僅利用現有半導體傳感器的核心元件一半導體氣敏器件來構建氣敏傳感器陣列，實現了氣敏傳感器陣列的小型化，從而大大縮減了氣室的內部容積，不僅能有效減少樣氣在氣室內的擴散時間，提高了氣敏傳感器陣列的檢測精度和響應速度；
[0039](3)本實用新型的各個檢測單元與數據處理單元均通過無線網絡傳輸，快捷高效，節(jié)約成本；
[0040](4)本實用新型的各個檢測單元在在Arduino控制平臺開發(fā)，可避免使用其他控制器的轉換問題，集成化程度高，系統運行穩(wěn)定?？煞奖憧旖莸赝瓿蓚鬏敗?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1為本實用新型一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統的組成圖；
[0042]圖2為本實用新型一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統的硬件連接圖；
[0043]圖3為電子鼻的氣路圖；
[0044]其中，1:清洗氣體進入通道，2:干燥室，3:第一閥門，4:氣室，5:氣泵，6:清洗氣體流出通道，7:第三閥門，8:第四閥門，9:待測氣體流出通道，10:樣品室，11:待測氣體進入通道，12:第二閥門。

【具體實施方式】
[0045]由圖1可見，本實施例一種畜禽養(yǎng)殖信息實時監(jiān)測系統，包括:用于采集養(yǎng)殖場內的豬只個體信息的手持機，用于采集養(yǎng)殖場內有害氣體信息的電子鼻，用于采集養(yǎng)殖場內溫濕度和光照強度信息的環(huán)境傳感器節(jié)點；手持機通過無線通信單元將采集的信息傳送到PC機的畜禽標識信息平臺上，電子鼻以及環(huán)境傳感器節(jié)點通過無線通信單元分別將各自采集的信息傳送到PC機的畜禽養(yǎng)殖場環(huán)境信息平臺上，并存入畜禽標識信息及環(huán)境信息追溯數據庫(以下簡稱數據庫)中。
[0046]由圖2可見，本實施例中采用XBEE模塊(包括XBEE發(fā)射模塊和XBEE接收模塊)進行無線通信。其中，手持機、電子鼻以及環(huán)境傳感器節(jié)點中分別集成有XBEE發(fā)射模塊，PC機端帶有XBEE接收模塊，采用多點發(fā)射一點接收的形式將采集到的信息存入數據庫中。
[0047]手持機中集成有RFID讀寫模塊、第一微處理器以及XBEE發(fā)射模塊。RFID讀寫模塊用于掃描豬只耳標中的RFID芯片，進行豬只個體信息的讀取和錄入，并通過XBEE模塊發(fā)送到PC機。
[0048]本實施例中，第一微處理器選用Arduino單片機,該款單片機性價比較高,支持ISP在線燒寫，支持多種互動程序。RFID讀寫模塊選用AS399X讀寫模塊，AS399X讀寫模塊能獨立完成對RFID芯片的所有操作，具有與用戶主系統的命令數據通信能力。
[0049]電子鼻包括氣敏傳感器陣列、第一數據處理模塊、第二微處理器以及XBEE發(fā)射模塊。
[0050]如圖3所示，氣敏傳感器陣列封裝在氣室4中。本實施例對現有的半導體氣體傳感器進行了改進，然后應用于電子鼻中?，F有半導體氣體傳感器(比如MQ137或MQ136)的敏感膜都是固定在一個有金屬電極的底座上，并外罩一層金屬網膜，該結構雖然便于應用和安插在電路板上，卻大大增大了單個傳感器所占的體積。因為傳感器的核心部件只是一個覆有敏感材料和導線的陶瓷管或陶瓷片，所以本實施例直接將該半導體氣體傳感器中覆有敏感材料和導線的陶瓷管或陶瓷片取下來作為本實施例的氣體傳感器，再將氣體傳感器搭焊到U型電路板上，獲得氣敏傳感器陣列。這樣不但可以減小單個氣體傳感器所占體積(單個氣體傳感器所占底面積只有6_X 12mm)，而且便于在狹小空間內緊密排列多個氣體傳感器。
[0051]通過對氣敏傳感器陣列的小型化設計，電子鼻氣室4的內部容積大大縮減。本實施例中，氣室4的內部容積僅為12 ml，其中容納了 12個氣體傳感器。從而有效減少樣氣在氣室4內的擴散時間，使樣氣能迅速地擴散至氣體傳感器上，提高了氣敏傳感器陣列的檢測精度和響應速度。
[0052]如圖3所示，本實施例采用動態(tài)循環(huán)頂空法進行樣氣的信息采集，信息采集前，關閉第二閥門12和第四閥門8，打開氣泵5、第一閥門3和第三閥門7，向氣室4內通入清洗氣體A ;采集樣氣信息時，關閉第一閥門3和第三閥門7，打開氣泵5、第二閥門12和第四閥門8，在氣泵5的作用下，預先裝入樣品室10內的樣氣B不斷流過氣室4，最終達到一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。這樣既能保證氣室內4樣氣的濃度，又可以通過干燥室2中的干燥劑降低樣氣的濕度，提高測量的準確性。信息采集完成后，關閉第二閥門12和第四閥門8，打開氣泵5、第一閥門3和第三閥門7，向氣室4內通入清洗氣體，以便進行新一輪的信息采集。
[0053]第一數據處理模塊收集氣體傳感器采集的信息，并利用基于BP神經網絡算法的智能識別系統得出樣氣的類型和濃度。第一數據處理模塊分析完成后將信息傳輸到第二微處理器進行數模轉換，得到的數字信號通過XBEE發(fā)射模塊-XBEE接收模塊發(fā)送到PC機。
[0054]環(huán)境傳感器節(jié)點包括溫濕度傳感器、光照傳感器、第二數據處理模塊、第三微處理器以及XBEE發(fā)射模塊。
[0055]本實施例中，光照傳感器選用BH1750，內置16位模數轉換器，可以直接輸出數字信號，能直接通過光度計來測量光照強度。溫濕度傳感器選用DHT11，體積小、功耗低、信號傳輸距離遠。
[0056]溫濕度傳感器和光照傳感器分別采集養(yǎng)殖場內的溫濕度和光照信息，并將采集到的信息傳送給第二數據處理模塊，第二數據處理模塊分析完成后將信息傳輸到第三微處理器進行數模轉換，得到的數字信號通過XBEE發(fā)射模塊-XBEE接收模塊發(fā)送到PC機。
[0057]第二微處理器、第三微處理器與第一微處理器相同，也采用Arduino單片機。本實施例的各個模塊均在Arduino控制平臺開發(fā)，可避免使用其他控制器的轉換問題，集成化程度高，可方便快捷地完成信息傳輸。
[0058]本實施例一種畜禽養(yǎng)殖信息實時監(jiān)測系統的工作過程為:
[0059]以豬舍為例，在豬舍內適當選取若干位置，懸掛環(huán)境傳感器節(jié)點；考慮到豬舍內的有害氣體主要來源于豬只的糞便排放和揮發(fā)，在豬舍內豬只比較集中的區(qū)域安裝電子鼻。通電后，環(huán)境傳感器節(jié)點開始采集豬舍各個位置的溫濕度和光照強度信息，電子鼻開始采集相應位置的有害氣體信息，并分別通過XBEE模塊發(fā)送到PC機。與此同時，操作者利用手持機掃描豬只耳標，讀取并錄入豬只的個體信息，也通過XBEE模塊發(fā)送到PC機。PC機接收到環(huán)境傳感器節(jié)點、電子鼻和手持機傳送的信息后會實時存儲到數據庫中，一旦發(fā)現豬只個體信息出現異常，可以及時對豬只進行追蹤并控制養(yǎng)殖環(huán)節(jié)；豬舍內的溫濕度、光照強度、有害氣體濃度一旦超出預定的范圍內，飼養(yǎng)員可以及時對養(yǎng)殖場內環(huán)境進行調節(jié)，確保畜禽處于一個理想的養(yǎng)殖環(huán)境。
【權利要求】
1.一種畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，包括: 第一檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的畜禽標識信息； 第二檢測單元，用于采集養(yǎng)殖場內的養(yǎng)殖環(huán)境信息； 數據處理單元，包括實時數據庫，所述實時數據庫用于存儲一定時間段內來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息； 無線通信單元，用于接收來自第一檢測單元的畜禽標識信息、以及來自第二檢測單元的養(yǎng)殖環(huán)境信息，并將接收到的信息傳送給數據處理單元； 所述第二檢測單元包括: 用于采集養(yǎng)殖場內有害氣體信息的氣體檢測單元； 用于采集養(yǎng)殖場內溫濕度和光照強度信息的溫濕度及光照檢測單元； 其中，所述氣體檢測單元包括多個電子鼻，所述電子鼻包括: 氣室，氣室內封裝有氣敏傳感器陣列； 分別與氣室相連通的清洗氣體進入通道和清洗氣體流出通道； 樣品室，用于預先裝填待測氣體； 連通樣品室與氣室的待測氣體進入通道和待測氣體流出通道； 氣泵，用于驅動清洗氣體流經氣室，或用于驅動待測氣體在氣室與樣品室之間循環(huán)流動； 清洗氣體進入通道、清洗氣體流出通道、待測氣體進入通道、待測氣體流出通道上均安裝有閥門。
2.如權利要求1所述的畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，所述清洗氣體進入通道與待測氣體進入通道上均設有干燥室。
3.如權利要求1所述的畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，所述氣敏傳感器陣列包括U型電路板，以及連接在U型電路板上的多個半導體氣敏器件。
4.如權利要求1所述的畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，所述溫濕度及光照檢測單元包括多個環(huán)境傳感器節(jié)點，每一環(huán)境傳感器節(jié)點包括:溫濕度傳感器、光照傳感器、第二數據處理模塊和第三微處理器。
5.如權利要求1所述的畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，所述無線通信單元包括多個無線發(fā)射模塊和一個無線接收模塊，無線接收模塊與數據處理單元連接，第一檢測單元、氣體檢測單元、溫濕度及光照檢測單元各連接一個無線發(fā)射模塊。
6.如權利要求1所述的畜禽標識信息及環(huán)境信息無線檢測儀器系統，其特征在于，所述第一檢測單元為手持機。
【文檔編號】G01D21/02GK204142283SQ201420532385
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】潘敏, 陳瑋, 董曉峰, 孔春勝 申請人:浙江大學