基于热红外技术的种猪体温监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于热红外技术的种猪体温监测系统，包括：MCU核心芯片、图像预处理模块、三合一传感器、热红外成像仪、交换机、云端服务器、移动终端、电子计算机，所述三合一传感器连接MCU核心芯片实现环境信息采集，所述热红外成像仪连接图像预处理模块实现图像采集，MCU核心芯片和图像预处理模块通过交换机向云端服务器上传信息，云端服务器还分别连接移动终端和电子计算机向其分发信息。本发明专利技术是一种无接触、非侵入式的体温检测系统，在不损害动物身体及正常生活作息的情况下，可以间接的获取的准确度很高的体温数据。相比于传统的易引起种猪应激反应的体温测量方法，该方法更符合畜禽福利养殖理念。

【技术实现步骤摘要】
基于热红外技术的种猪体温监测系统及方法
本专利技术涉及到猪只福利养殖领域、传感器领域及算法研究领域，具体地讲是一种基于热红外技术的种猪体温监测系统及方法。
技术介绍
随着养殖业、畜牧业的快速发展，产业智能化的加速发展，传统的养殖畜牧业在逐渐向着新型的、现代化的智能养殖畜牧发展。以福利养殖为最终目标，结合现代智能化技术大力发展养殖畜牧业，推进技术革新，解放劳动力。中国作为生产猪肉的第一大国，其养殖场基本依靠大量工作人员协调进行日常饲养工作，集约化，智能化程度很低，这不符合当下的发展趋势。现场人员对于生猪的疾病预警绝大部分靠人为观察以及经验判断，例如饮食状况以及粪便状态等，出现异常再通过体温计测量。普通的体温计测量等传统方法，具有耗费时间长、易破碎、易产生交叉感染等缺点。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中存在的问题，提出了一种基于热红外技术的种猪体温监测系统及方法。技术方案：本专利技术首先公开了一种基于热红外技术的种猪体温监测系统，所述系统包括：MCU核心芯片、图像预处理模块、三合一传感器、热红外成像仪、交换机、云端服务器、移动终端、电子计算机，所述三合一传感器连接MCU核心芯片实现环境信息采集，所述热红外成像仪连接图像预处理模块实现图像采集，MCU核心芯片和图像预处理模块通过交换机向云端服务器上传信息，云端服务器还分别连接移动终端和电子计算机向其分发信息，其中三合一传感器和热红外成像仪安装在支架结构上。具体的，所述支架结构包括支架、纵向调节旋钮、横向调节旋钮、所述支架包括底座、纵向伸缩杆和横向伸缩杆，所述纵向伸缩杆的底部固定在底座上，纵向伸缩杆的顶部支撑横向伸缩杆，纵向调节旋钮设置在纵向伸缩杆上，用于调节支架纵向高度；横向调节旋钮设置在横向伸缩杆上，用于调节支架横向长度；三合一传感器设置在纵向伸缩杆的低处，热红外成像仪设置在横向伸缩杆的伸出末端；所述三合一传感器为温度、湿度、光照传感器。具体的，所述三合一传感器是以MSP430F149芯片为核心，并焊接DHT11温湿度传感器和BH1750FVI光照传感器。本专利技术还公开了一种基于热红外技术的种猪体温监测方法，基于本专利技术所述的系统，包括以下步骤：S1、通过三合一传感器实现环境信息采集；S2、通过热红外成像仪实现图像信息采集；S2-1、猪耳识别；S2-2、表温提取，将识别的猪耳区域最高温度作为体表温度Tb存入数据库，并标记时间；S3、使用多参数体温反演模型综合获取的环境信息与耳部温度进行体温估测；S4、数据保存至服务器数据库后并反馈给客户端进行信息展示。具体的，所述S2-1中的猪耳识别过程为：S2-1-1、输入图像；S2-1-2、扫描窗口；S2-1-3、对图像进行特征选择和提取；S2-1-4、将提取信息输入分类器，所述分类器的形成过程为：首先选取大量训练样本，包括猪耳朵的正样本和非猪耳朵的负样本，所述正样本为像素大小相同的灰度图像；对上述样本进行特征选择和提取，经训练后形成分类器；S2-1-5、输出分类结果。具体的，所述分类器训练步骤包括：i反复训练弱分类器成为最优弱分类器，数学结构为：式中，x表示子窗口图像数据，由步骤S2-1-2获得；f表示特征值，由步骤S2-1-3获得；p表示指示不等号方向，θ表示阈值，四者组成相当于决策树，通过不断训练中寻找合适的分类器阈值θ；f(x)为特征函数，所述特征函数在具体情况下为已知。ii将步骤i中获得的最优弱分类器组合形成强分类器，其组合方式为：式中，T为训练的最大迭代次数，ht(x)为步骤i获得的最优弱分类器，et为每一次训练后的加权误差值，根据弱分类器的错误率不断加权平均，综合多级强分类器构成了正确率很高的级联分类器，将其作为最终的目标Haar分类器。具体的，所述S3中的反演体温模型为：Tr＝C+αTi+βHi+γIi+θTb式中，Tr为系统输出的肛肠体温值，α、β、γ分别为环境温度Ti、环境湿度Hi、环境光照Ii的权重系数，所述环境温度Ti、环境湿度Hi、环境光照Ii均通过三合一传感器测得；C为预估测体温的补偿量，由线性拟合确定；θ为体表温度Tb的权重系数，所述θ通过线性拟合得出，所述体表温度Tb由热红外成像仪测量得到。具体的，通过SPSS软件，将环境温度、环境湿度、环境光照、体表温度数据输入后，提出假设，建立多元逻辑回归，再进行参数验证，最终获得权重系数α、β、γ值。具体的，通过SPSS软件，得到环境影响因子p＝αTi+βHi+γIi，将所有的体表温度Tb加上环境影响因子p得到修正后体表温度Tc；再分别建立Tc的拟合直线和肛肠温度实际测量的散点图拟合直线；微调Tc的拟合直线作为反演温度直线使其与肛肠温度实际测量的拟合直线的拟合度达到最大；此时，Tc的拟合直线截距为C值，Tc的拟合直线斜率为θ值。本专利技术的有益效果(1)本专利技术是一种真正的无接触、非侵入式的体温检测系统，在不损害动物身体及正常生活作息的情况下，可以间接的获取的准确度很高的体温数据。相比于传统的易引起种猪应激反应的体温测量方法，该方法更符合畜禽福利养殖理念。(2)本专利技术安全无污染，且不会引起传统体温计可能会引起的交叉感染，安装简易，使用方便，自动化程度高，维修成本低廉。(3)本专利技术还可检测温度环境，辅助工作人员调控室内环境，温度判断速度快，节约现场工作量，提高工作人员效率。附图说明图1为本专利技术的系统结构图。图2为本专利技术的系统框架图。图3为本专利技术的三合一传感器基本单元图。图4为本专利技术的支架结构示意图。图5为本专利技术的目标检测流程框架图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此：结合图1和图2，所述系统包括：MCU核心芯片、图像预处理模块、三合一传感器2、热红外成像仪5、交换机、云端服务器、移动终端、电子计算机，所述三合一传感器2连接MCU核心芯片实现环境信息采集，所述热红外成像仪5连接图像预处理模块实现图像采集，MCU核心芯片和图像预处理模块通过交换机向云端服务器上传信息，云端服务器还分别连接移动终端和电子计算机向其分发信息，其中三合一传感器2和热红外成像仪5安装在支架结构上。热红外成像仪5将抓取到的图像以及三合一传感器2采集到的数据通过交换机上传至云端服务器，并通过安置在服务器的程序将结果计算出来，该程序具备猪耳识别以及多元线性拟合的体温预估，可以通过网络反馈至移动终端或电子计算机进行结果显示以及体温曲线绘制等。结合图3所示，所述三合一传感器2是以MSP430F149芯片为核心，并焊接DHT11温湿度传感器和BH1750FVI光照传感器。通电开机后控制三个传感器进行数据的采集，并且将数据经由交换机发送至云端服务器。为节约服务器开支，采用每1分钟采集一次环境数据并上传。通过绘制各参数的变化曲线，得出趋势，如出现较大梯度的两点则允以平滑处理，避免出现较大误差导致最后得出不正当的数据。除此监测现场数据传输的频率，如果发生不正常的信息传输情况，则提醒工作人员进行交换机及其他网络链路的检查，保证数据上传的实时性。结合图4所示，所述支架结构包括支架1、纵向调节旋钮3、横向调节旋钮4、所述支架1包括底座1-1、纵向伸缩杆1-2和横向伸缩杆1-3，所述纵向伸缩杆1-2的底部固定在底座1-1上，纵向伸缩杆1-2的顶部支撑横向伸缩杆1-3，纵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热红外技术的种猪体温监测系统，所述系统包括：MCU核心芯片、图像预处理模块、三合一传感器(2)、热红外成像仪(5)、交换机、云端服务器、移动终端、电子计算机，所述三合一传感器(2)连接MCU核心芯片实现环境信息采集，所述热红外成像仪(5)连接图像预处理模块实现图像采集，MCU核心芯片和图像预处理模块通过交换机向云端服务器上传信息，云端服务器还分别连接移动终端和电子计算机向其分发信息，其中三合一传感器(2)和热红外成像仪(5)安装在支架结构上。

【技术特征摘要】
1.一种基于热红外技术的种猪体温监测系统，所述系统包括：MCU核心芯片、图像预处理模块、三合一传感器(2)、热红外成像仪(5)、交换机、云端服务器、移动终端、电子计算机，所述三合一传感器(2)连接MCU核心芯片实现环境信息采集，所述热红外成像仪(5)连接图像预处理模块实现图像采集，MCU核心芯片和图像预处理模块通过交换机向云端服务器上传信息，云端服务器还分别连接移动终端和电子计算机向其分发信息，其中三合一传感器(2)和热红外成像仪(5)安装在支架结构上。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述支架结构包括支架(1)、纵向调节旋钮(3)、横向调节旋钮(4)、所述支架(1)包括底座(1-1)、纵向伸缩杆(1-2)和横向伸缩杆(1-3)，所述纵向伸缩杆(1-2)的底部固定在底座(1-1)上，纵向伸缩杆(1-2)的顶部支撑横向伸缩杆(1-3)，纵向调节旋钮(3)设置在纵向伸缩杆(1-2)上，用于调节支架(1)纵向高度；横向调节旋钮(4)设置在横向伸缩杆(1-3)上，用于调节支架(1)横向长度；三合一传感器(2)设置在纵向伸缩杆(1-2)的低处，热红外成像仪(5)设置在横向伸缩杆(1-3)的伸出末端；所述三合一传感器(2)为温度、湿度、光照传感器。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述三合一传感器(2)是以MSP430F149芯片为核心，并焊接DHT11温湿度传感器和BH1750FVI光照传感器。4.一种基于热红外技术的种猪体温监测方法，基于权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于方法包括以下步骤：S1、通过三合一传感器实现环境信息采集；S2、通过热红外成像仪实现图像信息采集；S2-1、猪耳识别；S2-2、表温提取，将识别的猪耳区域最高温度作为体表温度Tb存入数据库，并标记时间；S3、使用多参数体温反演模型综合获取的环境信息与耳部温度进行体温估测；S4、数据保存至服务器数据库后并反馈给客户端进行信息展示。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述S2-1中的猪耳识别过程为：S2-1-1、输入图像；S2-1-2、扫描窗口；S2-1-3、对图像进行特征选择和提取；S2-1-4、将提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉文，云苏乐，刘龙申，沈明霞，李嘉位，陆明洲，张海林，秦伏亮，陆鹏宇，薛鸿翔，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32