基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置

摘要

本发明提供了一种基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置，包括电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元、智能移动终端单元；所述电子围栏单元包括：激光测距传感器、电子围栏终端控制器、声光报警装置和第一无线传感器网络，所述激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏时生成第一报警信号，所述第一报警信号触发所述声光报警装置，所述电子围栏终端控制器将所述第一报警信号通过所述第一无线传感器网络发送给所述网络协调器单元。本发明可防止出现放养时牲畜过界或丢失等情况，还可以通过牲畜的体温与行走、环境温湿度，掌握当前围栏内牲畜的情况，当出现异常情况主动预警。

说明书

技术领域

本发明涉及电子围栏领域，特别涉及一种基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置。

背景技术

目前草原牧场大部分采用人工散养的传统牲畜养殖方式，一般将铁丝围栏作为牧场与放牧的边界，安装成本高、寿命短、灵活性与迁移性差，人工散养过程中容易出现牲畜放养牧场过界或牲畜丢失的情况，造成严重经济损失；同时传统的铁丝围栏也不能实时了解当前围栏内牲畜具体位置与情况，草原畜牧业信息化与智能化水平差、程度低，亟待增强养殖畜牧业围栏的信息化与智能化建设。

发明内容

本发明提供了一种基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置，以解决至少一个上述技术问题。

为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置，包括电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元、智能移动终端单元；

所述电子围栏单元包括：激光测距传感器、电子围栏终端控制器、声光报警装置和第一无线传感器网络，所述激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏时生成第一报警信号，所述第一报警信号触发所述声光报警装置，所述电子围栏终端控制器将所述第一报警信号通过所述第一无线传感器网络发送给所述网络协调器单元；

所述牲畜终端节点单元包括：GPS北斗双模定位装置、牲畜终端节点控制器、计步器、可穿戴体温传感器、和第二无线传感器网络，所述牲畜终端节点控制器分别与所述GPS北斗双模定位装置、计步器、可穿戴体温传感器、和第二无线传感器网络连接，所述牲畜终端节点控制器将所述GPS北斗双模定位装置采集到的牲畜当前位置、所述计步器采集到的牲畜每天运动步数、所述可穿戴体温传感器采集到的牲畜体温通过所述第二无线传感器网络发送给所述网络协调器单元；

网络协调器单元将所述第一报警信号、牲畜当前位置、牲畜每天运动步数、牲畜体温以无线方式发送给用户的智能移动终端。

优选地，所述网络协调器单元包括：环境温湿度测量装置、网络协调器装置、智能网关控制器、和GSM装置，所述网络协调器装置、GSM装置和环境温湿度测量装置均与所述智能网关控制器电连接。

优选地，所述电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元均包括射频功率放大器。

优选地，所述电子围栏单元、网络协调器单元均还包括输入按键和OLED显示器。

优选地，第一无线传感器网络和第二无线传感器网络均为2.4GHz Zigbee无线传感器网络。

优选地，所述电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元均还包括太阳能供电电源。

优选地，所述电子围栏终端控制器可以给每一个节点分配一个ID地址，所述电子围栏终端控制器发送数据时首先发送ID地址，接收端查询ID地址可以确定是哪一个电子围栏终端控制器发送的数据，确定牲畜跑出电子围栏的方位。

优选地，所述电子围栏终端控制器将牲畜跑出电子围栏报警数据和ID地址封装成数据帧上行至网络协调器单元；和/或电子围栏终端控制器可以采用本地按键终止报警信号，还可以由电子围栏终端控制器通过无线传感器网络接收所述智能终端设备无线控制信号终止报警信号。

优选地，所述牲畜终端节点控制器可以给每一个牲畜终端节点分配一个ID地址，同时将牲畜终端节点ID地址、温度信号、计步信号封装成帧上行至网络协调器单元。

优选地，当电子围栏单元激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏报警时提醒及时处理时，可以通过能手持移动设备远程发送报警复位信号，所述智能网关控制器单元接收报警复位信号并将其通过网络协调器下行至电子围栏单元，以触发电子围栏单元的声光报警装置复位；和/或，当发现某一牲畜体温不正常时，由智能手持移动设备发送牲畜识别信号，通过所述智能网关控与网络协调器单元下行至牲畜终端节点单元，以快速定位温度异常的牲畜。

由于采用了上述技术方案，本发明可以通过5G通信网络与无线传感器网络收发当前电子围栏的状态，防止出现放养时牲畜过界或丢失等情况，造成不必要的经济损失；还可以通过牲畜的体温与行走、环境温湿度，掌握当前围栏内牲畜的情况，当出现异常情况主动预警，提高草原畜牧业信息化与智能化水平，具有结构简单、智能、安全、成本低的特点。本发明降低了传统畜牧业围栏的成本，提高了畜牧业电子围栏的灵活性与可靠性，当有牲畜跑出牧场电子围栏立即发出声光电报警信号，提示牲畜跑出围栏并及时处理，有效防止牲畜跑出围栏或丢失，同时实时监测围栏内牲畜体温、运动等生命特征，提示当前牲畜的健康状况。

附图说明

图1示意性地示出了本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的一个方面，提供了一种基于无线传感器网络的草原畜牧业电子围栏装置，包括电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元、智能移动终端单元。

所述电子围栏单元包括：激光测距传感器、电子围栏终端控制器、声光报警装置和第一无线传感器网络，所述激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏时生成第一报警信号，所述第一报警信号触发所述声光报警装置，所述电子围栏终端控制器将所述第一报警信号通过所述第一无线传感器网络发送给所述网络协调器单元。其中，电子围栏终端控制器与所述激光测距传感器连接，当所述激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏，输出声光报警触发信号，同时通过第一无线传感器网络上传至网络协调器单元；声光报警装置与所述电子围栏终端控制器连接，用于发出声光报警。优选地，所述激光测距传感器最大测试距离为500米，当牧场大于边长大于500米时可以采用多个电子围栏单元测试，例如，牧场边长为1500米时可以采用3个电子围栏单元。优选地，所述激光测距传感器和反射挡板，可以采用三脚架作为支撑。

所述牲畜终端节点单元包括：GPS北斗双模定位装置、牲畜终端节点控制器、计步器、可穿戴体温传感器、和第二无线传感器网络，所述牲畜终端节点控制器分别与所述GPS北斗双模定位装置、计步器、可穿戴体温传感器、和第二无线传感器网络连接，所述牲畜终端节点控制器将所述GPS北斗双模定位装置采集到的牲畜当前位置、所述计步器采集到的牲畜每天运动步数、所述可穿戴体温传感器采集到的牲畜体温通过所述第二无线传感器网络发送给所述网络协调器单元。其中，GPS北斗双模定位装置用于检测终端牲畜当前位置；计步器用于检测牲畜每天运动步数；可穿戴体温传感器用于检测牲畜体温；牲畜终端节点控制器用于收集牲畜终端传感器采集信号，并通过第二无线传感器网络将终端传感器采集信号上传至网络协调器；所述牲畜终端节点控制器与所述GPS北斗双模定位装置、所述计步器、所述可穿戴体温传感器连接，所述计步器、所述可穿戴体温传感器属于牲畜重要生命体征测试装置，用于判断牲畜生命体征是否正常。

网络协调器单元将所述第一报警信号、牲畜当前位置、牲畜每天运动步数、牲畜体温以无线方式发送给用户的智能移动终端。优选地，所述网络协调器单元GSM装置与所述智能移动终端单元通过5G网络无线信号连接。

优选地，所述网络协调器单元包括：环境温湿度测量装置、网络协调器装置、智能网关控制器、和GSM装置，所述网络协调器装置、GSM装置和环境温湿度测量装置均与所述智能网关控制器电连接。其中，环境温湿度测量装置用于感知牧场环境温度与湿度；网络协调器装置用于建立、管理无线传感器网络，增加或减少终端节点；接收电子围栏单元的声光报警信号或牲畜终端节点单元无线数据信号；智能网关控制器用于管理、处理网络协调器接收数据并封装上传至所述GSM装置；GSM装置，远程传输数据至智能移动终端单元。优选地，所述智能网关控制器为FPGA。

优选地，所述电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元均包括射频功率放大器，用于增强发射功率与发射距离。

优选地，所述电子围栏单元、网络协调器单元均还包括输入按键和OLED显示器。

优选地，第一无线传感器网络和第二无线传感器网络均为2.4GHz Zigbee无线传感器网络。

优选地，所述电子围栏单元、牲畜终端节点单元、网络协调器单元均还包括太阳能供电电源。

优选地，所述电子围栏终端控制器可以给每一个节点分配一个ID地址，所述电子围栏终端控制器发送数据时首先发送ID地址，接收端查询ID地址可以确定是哪一个电子围栏终端控制器发送的数据，确定牲畜跑出电子围栏的方位。

优选地，所述电子围栏终端控制器将牲畜跑出电子围栏报警数据和ID地址封装成数据帧上行至网络协调器单元；和/或电子围栏终端控制器可以采用本地按键终止报警信号，还可以由电子围栏终端控制器通过无线传感器网络接收所述智能终端设备无线控制信号终止报警信号。

优选地，所述牲畜终端节点控制器可以给每一个牲畜终端节点分配一个ID地址，同时将牲畜终端节点ID地址、温度信号、计步信号封装成帧上行至网络协调器单元。

优选地，当电子围栏单元激光测距传感器检测到有牲畜跑出围栏报警时提醒及时处理时，可以通过能手持移动设备远程发送报警复位信号，所述智能网关控制器单元接收报警复位信号并将其通过网络协调器下行至电子围栏单元，以触发电子围栏单元的声光报警装置复位；和/或，当发现某一牲畜体温不正常时，由智能手持移动设备发送牲畜识别信号，通过所述智能网关控与网络协调器单元下行至牲畜终端节点单元，以快速定位温度异常的牲畜。

工作时，如果激光测距传感器检测到距离小于电子围栏距离，所述电子围栏终端控制器输出声光报警触发信号，触发本地声光报警，同时所述电子围栏终端控制器通过Zigbee无线传感器网络向所述网络协调器发送有牲畜跑出电子围栏的预警信号，同时发送所述电子围栏单元ID号确认牲畜跑出电子围栏的方位；所述网络协调器接收牲畜跑出电子围栏的预警信号，智能网关控制器将电子围栏单元ID号与预警数据封装上行至所述GSM装置，由所述GSM装置再发送至所述智能手持移动设备；所述智能手持移动设备通过所述牲畜终端节点GPS北斗双模定位装置判断牲畜当前的位置及时提示采取措施，所述智能手持移动设备还能通过5G通信网络与Zigbee无线传感器网络查询牲畜终端节点控制器ID与牲畜体温与行走步数，通过网络协调器查询牧场环境温度与湿度等相关参数，当上述参数超过阈值时主动预警，有效解决草原地区畜牧业围栏的问题，提高草原畜牧业信息化与智能化水平，防止出现放养时牲畜过界或丢失等情况，造成不必要经济损失。

由于采用了上述技术方案，本发明可以通过5G通信网络与无线传感器网络收发当前电子围栏的状态，防止出现放养时牲畜过界或丢失等情况，造成不必要的经济损失；还可以通过牲畜的体温与行走、环境温湿度，掌握当前围栏内牲畜的情况，当出现异常情况主动预警，提高草原畜牧业信息化与智能化水平，具有结构简单、智能、安全、成本低的特点。

本发明降低了传统畜牧业围栏的成本，提高了畜牧业电子围栏的灵活性与可靠性，当有牲畜跑出牧场电子围栏立即发出声光电报警信号，提示牲畜跑出围栏并及时处理，有效防止牲畜跑出围栏或丢失，同时实时监测围栏内牲畜体温、运动等生命特征，提示当前牲畜的健康状况。

在一个优选实施例中，例如，本发明应用于四川省阿坝州若尔盖草原牧场，牧场长2千米宽3千米，围栏内60头牦牛。电子围栏终端控制器可以采用德州仪器基于Zigbee无线通讯控制器CC2530，直流+3.3V供电；激光测距传感器，可以采用上海迪玛斯自动化科技有限公司DEH-30-500，直流+12V供电，测量范围500米；声光报警装置，可以采用浙江杭亚电子股份有限公司直流无声光电报警器LTE-1101L，直流+12V供电；可以采用中景园电子0.96寸单色OLED；电子围栏终端的太阳能单晶硅板可以采用输出+12V直流电压功率10W的太阳能单晶硅板，高效DC-DC降压器可以采用德州仪器TPS23730，将直流+12V转换为直流+3.3V。

例如，牲畜终端节点控制器可以采用德州仪器基于Zigbee无线通讯控制器CC2530，直流+3.3V供电；GPS北斗双模定位装置可以采用和芯星通科技(北京)有限公司UB482高精度定位定向板卡，直流+3.3V供电；可穿戴柔性温度传感器可以采用德州仪器可穿戴柔性温度传感器TMP117；计步器可以采用恩智浦MMA9555智能感应计步器；牲畜终端节点单元的太阳能单晶硅板可以采用输出+3.3V直流电压功率5W的太阳能单晶硅板，高效DC-DC降压器可以采用德州仪器TPS23730，将直流+3.3V转换为直流+1.8V。

例如，环境温湿度测量装置可以采用超低功耗数字温湿度传感器SHT4X，直流+3.3V供电；网络协调器可以采用德州仪器基于Zigbee无线通讯控制器CC2530，直流+3.3V供电；智能网关控制器可以采用Cyclone 10 FPGA控制器Cyclone10CX220YF780E5G，直流+1.8V供电；GSM装置可以采用华为5G GSM装置MH5000-31工业模组；可以采用中景园电子0.96寸单色OLED；网络协调器单元的太阳能单晶硅板可以采用输出+3.3V直流电压功率5W的太阳能单晶硅板，高效DC-DC降压器可以采用德州仪器TPS23730，将直流+3.3V转换为直流+1.8V；智能手持移动设备可以采用5G移动设备。

本发明解决了人工围栏安装成本高、寿命短、灵活性与迁移性差的缺点，实现了人工放养时牲畜过界或丢失报警等情况，防止不必要的经济损失；还可以通过牲畜的体温与行走、环境温湿度，掌握当前围栏内牲畜的情况，当出现异常情况主动预警，提高草原畜牧业信息化与智能化水平，系统控制简单、方便、高效，快捷，同时也适用于小区、学校、宾馆等场所电子围栏、场所内环境温湿度检测与场所内成员温度、计步数据实时检测，不仅适用范围广，而且成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。