一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于包括皮带(1)、项圈扣(2)、电池盒(3)、主控板盒(4)及固定片(5)，所述电池盒(3)通过所述固定片(5)固定在所述主控板盒(4)的对称位置，所述主控板盒(4)包括微控制器、GPS模块、加速度传感器模块、射频模块和电源管理模块，所述微控制器分别与所述GPS模块、所述加速度传感器模块、所述射频模块、电源管理模块双向连接，所述电池盒(3)内设有ER34615型号的锂亚硫酰氯电池。本申请提供的采集项圈功耗低、可稳定工作时间长，满足草原环境长距离通信要求、草原复杂多变的环境要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈
本技术涉及草原牛的监测设备
，尤其涉及一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈。
技术介绍
González等通过嵌入牛项圈中的加速度计和GPS传感器采集的数据，成功区分了牛觅食、反刍、行走、休息和其他活动行为(包括刮擦物体，头部摇晃等)。研究中使用的是Wark等技术的项圈，项圈通信采用的是NordicNRF903无线电收发器，不足之处是通信距离受到限制。同时项圈功耗较高，4节D系列电池(澳大利亚金霸王)供电用于实验仅可以工作12-14天。Jurdak等设计的用于监测狐蝠活动的项圈，具有体积小、质量轻的优点，被Rahman等用于安装在牛的耳标和牛笼头上，通过传感器获取牛的行为特征数据，并使用机器学习算法进行行为分类。项圈通信选用的是CC1101无线收发器，这是一款微功耗的无线通信模块，用于飞狐活动监测很好的满足了低功耗的要求，但是如果用于草原牛的行为监测，通信距离不能达到应用的要求，官方数据中CC1101模块的空旷环境通信距离只有300-500m。目前还有的项圈包括GPS模块、存储模块、电源模块以及通信模块，GPRS通信模块采用STM900A芯片，工作频段900/1800Mhz，通过GPRS移动网络与远程数据中心和放牧人员手机实现信息传输。但是大部分草原都是无线公网(2G/3G/4G)覆盖差的地方，或者是信号盲区，使用GPRS技术会出现数据无法传输或者数据传输需要等待较长时间的问题。同时，由于项圈电池容量有限，但是GPRS模块功耗却很高，所以很难保证项圈长时间稳定工作。商业可用的GPS跟踪牛的项圈成本过高，如现在市场上可售的Lotek3300定位项圈大约2000美元。为了降低成本，Knight等开发了更加便宜的igotUGt-120跟踪项圈，项圈的成本大约200美元。虽然项圈成本得到了控制，但是并没有改变定位数据需要离线采集的方式，不能做到在线监测牛的位置。而草原的温度、湿度、压力也是复杂多变的，所以需要一种功耗低、可稳定工作时间长、满足草原环境长距离通信要求、草原复杂多变的环境要求的一种数据采集设备。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的功耗高、稳定工作时间短、通信距离不够长的问题，本技术提供了一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈。一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，包括皮带、项圈扣、电池盒、主控板盒及固定片，所述皮带围成一个圈，接头处通过所述项圈扣活动连接，所述主控板盒通过所述固定片固定在皮带接头的一侧，所述电池盒通过所述固定片固定在所述主控板盒的对称位置，所述主控板盒包括微控制器、GPS模块、加速度传感器模块、射频模块和电源管理模块，所述微控制器分别与所述GPS模块、所述加速度传感器模块、所述射频模块、电源管理模块双向连接。在本技术一优选实施例中，所述微控制器为基于CARTEX-M3内核的超低功耗32位微控制器STM32L151CBT6，具有128KB的闪存，16KB的静态随机存取存储器，4KB的电可擦可编程只读存储器，具有3个可用的UART串口，和2个SPI接口。它提供了7种低功耗模式，用于实现低功耗和高性能间的最佳折中。在本技术一优选实施例中，所述GPS模块集成了15.0mm*15.0mm*4.0mm的贴片天线，还设有一个UART串口，波特率范围为4800bps至115200bps，通过UART串口与微控制器的UART串口连接。在本技术一优选实施例中，所述加速度传感器模块采用ST公司生产的MEMS加速度计芯片LIS3DH，具有X、Y、Z三自由度加速度数字输出，使用两个8位寄存器来存储X、Y、Z三个轴的当前读数。在本技术一优选实施例中，所述加速度芯片有处理常见应用场景的内置算法，还可以通过SPI/I2C等接口读取底层加速度数据并执行进一步的数据处理，使用I2C接口与微控制器连接，超低功耗模式下消耗电流为2μA。在本技术一优选实施例中，所述射频模块采用半双工传输的无线射频芯片SX1278，支持LoRa调制方式，通过匹配网络最大输出功率为20dbm，还设有SPI接口，通过所述SPI接口与微控制器连接。在本技术一优选实施例中，所述电池盒内设有ER34615型号的锂亚硫酰氯电池。在本技术一优选实施例中，所述锂亚硫酰氯电池标准电压为3.6V，容量为20000mAh，电池的直径为34.2mm，高度为61.5mm，重量为103g，最大允许持续放电电流150mA，最大脉冲电流300mA，工作温度范围-55～+85℃。在本技术一优选实施例中，所述项圈的重量不高于0.4kg。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)采用基于CARTEX-M3内核的超低功耗32位微控制器STM32L151CBT6作为微处理器，具有7种低功耗模式，可以实现低功耗和高性能之间的最佳折中，减少了维护次数，维护成本；(2)采用集成了15.0mm*15.0mm*4.0mm的贴片天线的L80-RGPS模块作为GPS模块，尺寸极小，功耗超低，可以快速捕捉、跟踪和定位；(3)采用ST公司生产的MEMS加速度计芯片LIS3DH作为加速度传感器模块，可以输出X、Y、Z三自由度的数据，而且采用两个8位寄存器来存储各轴的当前读数，精确度很高，可以清楚感知草原牛的动作信息；(4)采用半双工传输的无线射频芯片SX1278作为射频模块，支持LoRa调制方式，支持远距离低功耗传输，通过匹配网络最大输出功率为20dbm，功耗低，非常适合草原长距离通信，以及低功耗的要求；(5)采用ER34615型号的锂亚硫酰氯(Li-SOCl2)电池，具有很高的体积能效比，工作温度范围为-55～+85℃，适应草原的恶劣环境，而且体积小、重量轻、容量大，减少了维护次数，减少了维护成本。附图说明图1是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例的结构示意图；图2是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例的逻辑架构示意图；图3是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例中微控制器的电路原理图；图4是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例中GPS模块电路原理图；图5是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例中加速度传感器模块的电路原理图；图6是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈一优选实施例中电源管理模块电路原理图；图中：1-皮带；2-项圈扣；3-电池盒；4-主控板盒；5-固定片；51-螺钉。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参看图1，是本技术一种基于LoRa的草原牛行为特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于包括皮带(1)、项圈扣(2)、电池盒(3)、主控板盒(4)及固定片(5)，所述皮带(1)围成一个圈，接头处通过所述项圈扣(2)活动连接，所述主控板盒(4)通过所述固定片(5)固定在皮带(1)接头的一侧，所述电池盒(3)通过所述固定片(5)固定在所述主控板盒(4)的对称位置，所述主控板盒(4)包括微控制器、GPS模块、加速度传感器模块、射频模块和电源管理模块，所述微控制器分别与所述GPS模块、所述加速度传感器模块、所述射频模块、电源管理模块双向连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于包括皮带(1)、项圈扣(2)、电池盒(3)、主控板盒(4)及固定片(5)，所述皮带(1)围成一个圈，接头处通过所述项圈扣(2)活动连接，所述主控板盒(4)通过所述固定片(5)固定在皮带(1)接头的一侧，所述电池盒(3)通过所述固定片(5)固定在所述主控板盒(4)的对称位置，所述主控板盒(4)包括微控制器、GPS模块、加速度传感器模块、射频模块和电源管理模块，所述微控制器分别与所述GPS模块、所述加速度传感器模块、所述射频模块、电源管理模块双向连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于：所述微控制器为基于CARTEX-M3内核的超低功耗32位微控制器STM32L151CBT6，具有128KB的闪存，16KB的静态随机存取存储器，4KB的电可擦可编程只读存储器，具有3个可用的UART串口，和2个SPI接口。


3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于：所述GPS模块集成了15.0mm*15.0mm*4.0mm的贴片天线，还设有一个UART串口，波特率范围为4800bps至115200bps，通过UART串口与微控制器的UART串口连接。


4.根据权利要求1所述的一种基于LoRa的草原牛行为特征数据的采集项圈，其特征在于：所述加速度传感器模块采用ST公司生产的MEMS加...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊生，李琦，王亚帅，成翔，李亚坤，
申请(专利权)人：内蒙古智牧溯源技术开发有限公司，内蒙古科技大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15