一种多功能的牛用电子耳标制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能的牛用电子耳标，涉及电子耳标技术领域，包括主标和辅标，所述主标的内部固定安装有主控电路板，所述辅标卡合安装于主标的外部，所述主控电路板中安装有微处理器、霍尔传感器、温度传感器以及震动开关，所述辅标的内部嵌入安装有一块微型磁片。本发明专利技术通过利用传感器、数字信号处理和人工智能技术，解决规模化奶牛和肉牛养殖场中身份识别、温度测量和异常行为检测三个问题，从而实现牛养殖过程中的精准管理，降低人力成本的目的，且利用微型磁片与霍尔传感器配合，辅标掉落导致微型磁片远离主控电路板时电平发生变化，从而可以及时的感知耳标的掉落，从而极大地提高了耳标的功能性和实用性。地提高了耳标的功能性和实用性。地提高了耳标的功能性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能的牛用电子耳标


[0001]本专利技术涉及电子耳标
，具体涉及一种多功能的牛用电子耳标。

技术介绍

[0002]电子耳标是用于证明牲畜身份，承载牲畜个体信息的标志物，耳标由主标和辅标两部分组成；主标由主标耳标面、耳标颈、耳标头组成；主标耳标面的背面与耳标颈相连，使用时耳标头穿透牲畜耳部、嵌入辅标以固定耳标，耳标颈留在穿孔内。我国开始在部分地区尝试应用电子耳标(RFID)，由于 RFID具有非接触、远距离自动识别移动物体的特性，一些自动化计量、测量、定量系统在畜牧业中得以推广使用。
[0003]先现代化大规模肉牛养殖场中，为识别与去呗牛的身份，会为牛佩戴电子耳标，但现有的电子耳标结构简单，功能单一，且容易脱落，脱落时无法及时发现，容易导致耳标丢失。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种多功能的牛用电子耳标，以解决现有技术中的上述不足之处。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多功能的牛用电子耳标，包括主标和辅标，所述主标的内部固定安装有主控电路板，所述辅标卡合安装于主标的外部，所述主控电路板中安装有微处理器、霍尔传感器、温度传感器以及震动开关，所述辅标的内部嵌入安装有一块微型磁片。
[0006]优选的，所述主标的内部安装有可充电纽扣锂电池。
[0007]优选的，所述辅标的外侧设置有供牧场管理人员肉眼识读牛的文字及编号。
[0008]优选的，所述微处理器每隔一定时间采集一次温度，通过无线射频发送给牛棚中的汇聚网关，最后到达服务器后台，牛体温异常时服务器后台预警。
[0009]优选的，所述震动开关检测牛头部运动信号，牛头晃动的力度达到触发震动开关的力度，微处理器便得到一个脉冲信号，每隔一定时间通过无线射频发送给牛棚中的汇聚网关，最后到达服务后台。
[0010]优选的，所述微型磁片靠近主控电路板中霍尔传感器处于低电平状态，辅标掉落导致微型磁片远离主控电路板时，则主标中的霍尔传感器处于高电平。
[0011]一种牛用电子耳标的体温数据优化算法，包括系统建模和基于卡尔曼滤波的参数优化算法，所述系统建模包括以下内容：
[0012]温度传感器每隔一定时间向管理平台发送一次采集的数据，其温度转换公式如下：
[0013][0014][0015]其中S
T
是温度传感器的原始数据输出，公式(I)和(II)分别为温度的摄氏度和开尔文形式，牛的正常体温在39℃附近，超过40℃则会出现体温异常预警；
[0016]由于传感器在测量温度时受季节、每天日照温度等的影响，温度传感器测量的温度有漂移，假定环境的温度为T
e
，传感器的测量噪声为v，则在k时刻公式(I)中电子耳标测得的温度则修正为，
[0017]T
s
(k)＝T
r
(k)+βT
e
(k)+d(k)+v(k)
ꢀꢀꢀ
(III)
[0018]其中T
s
为传感器测量温度，T
r
为牛真实的体温值，T
e
为环境温度，β为影响因子，d为温度漂移常数，v为测量噪声；
[0019]显然，优化算法的目的在于使测量值T
s
无限接近牛的真实体温T
r
。本专利技术采用卡尔曼滤波算法对测量的温度进行优化；
[0020]首先对系统的运行状态建模，假定温度k时刻与k
‑
1时刻测量的温度基本一致，只是受过程噪声w(k)的影响而不同，则系统的状态方程为，
[0021]X(k)＝ΦX(k
‑
1)+w(k)
ꢀꢀꢀ
(IV)
[0022][0023]其中X(k)＝[T
s
(k) T
e
(k) d(k)]T
，w(k)为过程噪声。由于状态各维中，仅牛的体温T
s
和环境温度T
e
可用传感器测得，因此观测方程为，
[0024]Z(k+1)＝HX(k)+v(k)
ꢀꢀꢀ
(IV)
[0025][0026]其中v为测量噪声。
[0027]基于卡尔曼滤波的参数优化算法包括以下步骤：
[0028]以公式(IV)和(V)为系统的状态方程和观测方程，其中过程噪声w 的均值为0，方差为Q；测量噪声v的均值为0，方差为R；
[0029]Step1.k＝0，初始化估计值X(k)，即为X(0)；
[0030]Step2.对系统状态变量进行卡尔曼滤波的一步预测，算法公式为：
[0031]X(k+1|k)＝ΦX(k)
ꢀꢀꢀ
(VI)
[0032]Step3.计算新预测值与真实值的协方差矩阵
[0033]P(k+1|k)＝ΦP(k)Φ
T
+Q
ꢀꢀꢀ
(VII)
[0034]Step4.计算卡尔曼增益矩阵G
[0035]G(k)＝P(k+1|k)H
T
(HP(k+1|k)H
T
+R)
‑1ꢀꢀꢀ
(VIII)
[0036]Step5.利用卡尔曼增益、一步预测值和测量值对状态进行更新
[0037]X(k+1|k+1)＝X(k+1|k)+G(k)(Z(k+1)
‑
HX(k+1|k))
ꢀꢀꢀ
(IX)
[0038]Step6.最后更新估计值与真实值的协方差矩阵
[0039]P(k+1|k+1)＝(I
‑
G(k)H)P(k+1|k)
ꢀꢀꢀ
(X)
[0040]Step7.i＝i+1，重复Step2至Step7
[0041]得到优化后的状态值X(k|k)＝[T
s
(k) T
e
(k) d(k)]T
，即作为本系统的最终测量值。
[0042]一种牛用电子耳标的基于深度学习的牛异常行为检测算法，包括以下八层内容：
[0043]通过震动开关检测牛24小时头部动作，其中每半个小时牛运动产生的震动信号占用一个字节(一维向量N＝48)，即输入深度神经网络的向量为：
[0044]V＝(n1，n2，n3，
…
n
n
)
ꢀꢀꢀ
(XI)
[0045]在数据标注过程的时候，每次输入的向量为一个数据样本；
[0046]第一层：该层为深度神经网络的输入层，对每隔半个小时得到牛的头部震动数据进行数据的预处理，并记录每次预处理的结果，每次记录包含48个数据点，得到48X1的向量V，再将向量V输入到深度神经网络；
[0047]第二层：在第一层定义100个6x6的卷积核，每一个卷积核具有滤波器的作用，用于深度神经网络的学习和提取特征，并且100个卷积核能够帮助本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能的牛用电子耳标，包括主标(1)和辅标(2)，其特征在于：所述主标(1)的内部固定安装有主控电路板(3)，所述辅标(2)卡合安装于主标(1)的外部，所述主控电路板(3)中安装有微处理器、霍尔传感器、温度传感器以及震动开关，所述辅标(2)的内部嵌入安装有一块微型磁片。2.根据权利要求1所述的一种多功能的牛用电子耳标，其特征在于：所述主标(1)的内部安装有可充电纽扣锂电池。3.根据权利要求1所述的一种多功能的牛用电子耳标，其特征在于：所述辅标(2)的外侧设置有供牧场管理人员肉眼识读牛的文字及编号。4.根据权利要求1所述的一种多功能的牛用电子耳标，其特征在于：所述微处理器每隔一定时间采集一次温度，通过无线射频发送给牛棚中的汇聚网关，最后到达服务器后台，牛体温异常时服务器后台预警。5.根据权利要求1所述的一种多功能的牛用电子耳标，其特征在于：所述震动开关检测牛头部运动信号，牛头晃动的力度达到触发震动开关的力度，微处理器便得到一个脉冲信号，每隔一定时间通过无线射频发送给牛棚中的汇聚网关，最后到达服务后台。6.根据权利要求1所述的一种多功能的牛用电子耳标，其特征在于：所述微型磁片靠近主控电路板(3)中霍尔传感器处于低电平状态，辅标(2)掉落导致微型磁片远离主控电路板(3)时，则主标中的霍尔传感器处于高电平。7.一种如权利要求1所述牛用电子耳标的体温数据优化算法，其特征在于：包括系统建模和基于卡尔曼滤波的参数优化算法。8.根据权利要求7所述的一种牛用电子耳标的体温数据优化算法，其特征在于，所述系统建模包括以下内容：温度传感器每隔一定时间向管理平台发送一次采集的数据，其温度转换公式如下：温度传感器每隔一定时间向管理平台发送一次采集的数据，其温度转换公式如下：其中S
T
是温度传感器的原始数据输出，公式(Ⅰ)和(Ⅱ)分别为温度的摄氏度和开尔文形式，牛的正常体温在39℃附近，超过40℃则会出现体温异常预警；由于传感器在测量温度时受季节、每天日照温度等的影响，温度传感器测量的温度有漂移，假定环境的温度为T
e
，传感器的测量噪声为v，则在k时刻公式(Ⅰ)中电子耳标测得的温度则修正为，T
s
(k)＝T
r
(k)+βT
e
(k)+d(k)+v(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅲ)其中T
s
为传感器测量温度，T
r
为牛真实的体温值，T
e
为环境温度，β为影响因子，d为温度漂移常数，v为测量噪声；显然，优化算法的目的在于使测量值T
s
无限接近牛的真实体温T
r
。本发明采用卡尔曼滤波算法对测量的温度进行优化；首先对系统的运行状态建模，假定温度k时刻与k
‑
1时刻测量的温度基本一致，只是受过程噪声w(k)的影响而不同，则系统的状态方程为，X(k)＝ΦX(k
‑
1)+w(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅳ)
其中X(k)＝[T
s
(k) T
e
(k) d(k)]
T
，w(k)为过程噪声。由于状态各维中，仅牛的体温T
s
和环境温度T
e
可用传感器测得，因此观测方程为，Z(k+1)＝HX(k)+v(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅳ)其中v为测量噪声。9.根据权利要求7所述的一种牛用电子耳标的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小平，程灿，李威风，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：