一种基于多传感融合的宠物健康监测项圈的制作方法

本发明涉及宠物项圈，具体为一种基于多传感融合的宠物健康监测项圈。

背景技术：

1、宠物项圈是佩戴于猫狗颈部的基础用品，材质多选用尼龙、皮革、硅胶等柔软耐磨材料，贴合宠物颈部不勒肤。产品配有调节卡扣，可适配不同体型宠物，多数预留挂环用于悬挂身份牌、牵引绳。部分项圈集成驱虫、夜光、定位等功能，兼顾实用与安全。款式丰富，简约、装饰款齐全，既能辅助外出牵领管控宠物，又可标注宠物信息防止走失，日常佩戴轻便舒适，是饲养宠物不可或缺的配套用品。

2、现有技术中，如申请号为201510067355.7的一种智能宠物项圈，其技术方案为：本项圈的传感器可以精确测量宠物的生命体征，本项圈的处理器能够分析多个生命体征读数，本项圈的双向通信设备用于远程传输宠物生命体征读数，并提醒宠物主人，宠物医生或其它相关人员，宠物医生收到提醒时可以远程的选取特定生命体征进行测量，宠物项圈中的传感器都具有至少一个朝向动物脖子的弹性突起。

3、但是目前市面上传统宠物项圈功能较为单一，多数仅搭载gps定位或单一运动传感模块，仅能实现位置追踪、活动量统计，无法监测心率、呼吸等核心生理指标，难以掌握宠物内在健康状况；部分简易生理监测项圈仅单独采集生理数据，未结合运动、位置信息综合研判，易因宠物跑动、环境杂波造成数据失真，状态识别误判率高。传统设备无法将运动姿态、位置信息、生理体征多维度数据有效融合，难以区分运动导致的生理性指标波动与病变引发的异常体征，误报、漏报频发，无法实现宠物精细化健康与安全看护。鉴于此，针对上述问题，深入研究，遂有本案产生。

4、针对上述问题，在原有宠物项圈的基础上进行创新设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于多传感融合的宠物健康监测项圈，以解决上述背景技术中提出功能性单一以及状态识别误判率高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于多传感融合的宠物健康监测项圈，包括项圈本体，所述项圈本体为柔性佩戴带，且项圈本体后端设置有插扣组件，并且项圈本体前侧两端固定连接有集成式监测装置，所述集成式监测装置包含：

4、多传感采集模块，所述多传感采集模块集成陀螺仪、gps定位模块、无创呼吸传感单元以及心率传感单元，且陀螺仪用于采集宠物运动姿态与活动量数据，gps定位模块用于采集宠物实时位置与移动轨迹数据，无创呼吸传感单元和心率传感单元用于无创采集宠物的呼吸和心率生理指标；

5、本地边缘解析模块，所述本地边缘解析模块内置卡尔曼滤波模型和多源数据融合判别模型，用于在项圈本地对宠物的运动、位置、呼吸、心率多源数据进行融合分析，识别宠物休息、常规活动、应激、异常呼吸状态；

6、无线通信模块，所述无线通信模块用于选择性上传解析结果与原始传感数据至云端及用户终端；

7、低功耗供电模块，所述低功耗供电模块用于对各电气模块进行动态供电管控；

8、预警提示模块，所述预警提示模块依据状态识别结果输出本地预警信号；

9、核心控制主板，所述核心控制主板分别与多传感采集模块、本地边缘解析模块、无线通信模块、低功耗供电模块和预警提示模块电性连接。

10、优选的，所述陀螺仪和gps定位模块集成安装于集成式监测装置内部，各传感单元分区布局，gps定位模块支持电子围栏功能，云端预设有宠物安全活动区域，当gps检测到宠物位置超出安全区域，立即联动预警提示模块触发走失预警，并控制多传感采集模块加密采样，位置偏差计算公式：

11、

12、式中：(x，y)为宠物实时经纬度坐标，()为电子围栏中心坐标，当d＞时触发走失预警，为围栏半径阈值。

13、采用上述技术方案，结合坐标距离计算公式精准判定宠物位置，提前在云端设定安全活动区域与围栏半径阈值，当gps采集的实时坐标超出范围时，系统即刻联动预警提示模块发出走失警报，同时自动提升多传感采集模块的采样频率，持续追踪位置动态，为主人追溯宠物行踪提供完整数据支撑，定位防护能力全面，适配宠物户外活动安全管控需求。

14、优选的，所述无创呼吸传感单元和心率传感单元为柔性贴片，且柔性贴片贴合设置在项圈本体内侧并与宠物体表无创接触，并且陀螺仪、呼吸传感单元、心率传感单元基础采样频率为5-10hz。

15、采用上述技术方案，无创呼吸传感单元与心率传感单元采用柔性贴片结构，贴合布置在项圈本体内侧，可与宠物体表无创接触，佩戴无压迫感，不会损伤宠物皮肤，适配长时间佩戴监测，陀螺仪、呼吸及心率传感单元采样节奏规整，保证运动、生理数据采集时序同步。

16、优选的，所述本地边缘解析模块内置卡尔曼滤波程序与时间戳校准程序，用于对原始传感数据进行滤波去噪、时序对齐预处理，剔除环境干扰数据，时序对齐规则为所有传感数据以gps时钟为基准，时间戳误差控制在±20ms以内。

17、采用上述技术方案，本地边缘解析模块将所有传感数据时间戳误差控制在±20ms以内，完成时序对齐，卡尔曼滤波可滤除环境杂波、宠物抖动带来的干扰数据，大幅降低原始数据噪声，数据预处理环节在项圈本地完成，无需依赖云端运算，既减少无效数据传输、节约通信资源，又能保证多源数据时序统一、数据纯净，为后续多传感融合判别打下坚实基础，提升状态识别准确率。

18、优选的，所述多源数据融合判别模型采用多传感融合算法配置分级判定逻辑，运动幅度、心率及呼吸频率均低于预设阈值则判定为休息状态，持续规律性运动且心率小幅上升则判定为常规活动状态，运动剧烈且心率、呼吸急剧升高则判定为应激状态，运动姿态平稳但呼吸频率超出正常区间则判定为异常呼吸状态。

19、采用上述技术方案，多源数据融合判别模型区分了运动引发的生理指标波动和病理导致的体征异常，打破单一传感监测的局限性，分级判定规则清晰、逻辑严谨，可精准识别宠物不同行为与健康状态，从根源降低设备误判、误报概率。

20、优选的，所述多传感融合算法的定义融合判别特征函数为：

21、f=α⋅g+β⋅h+γ⋅r

22、式中：g为陀螺仪运动幅度归一化值，h为心率归一化值，r为呼吸频率归一化值，α、β、γ为加权系数。

23、采用上述技术方案，归一化处理后的各项数据数值统一，运算便捷，加权算法可根据宠物品种、体型灵活调整系数，适配不同宠物监测场景，量化判别方式替代传统经验判断，进一步强化多传感融合分析能力，提升整体监测可靠性。

24、优选的，所述无线通信模块集成nb-iot远距离通信单元与蓝牙近距离通信单元，且nb-iot单元用于向云端服务器远程传输数据，额定上行速率10-50kbps，所述蓝牙单元用于近距离与用户终端直连同步数据，额定通信距离≤10m。

25、采用上述技术方案，可稳定实现远距离云端数据传输，覆盖范围广、信号穿透力强，蓝牙单元通信距离≤10m，支持近距离和手机、平板等用户终端直连同步数据，双通信模式互补搭配，远距离可远程监控，近距离可快速本地导出数据，使用场景灵活，全面满足不同场景下的数据传输需求。

26、优选的，所述无线通信模块执行差异化传输策略，宠物处于正常状态时定时仅上传状态解析结果，宠物处于异常状态时实时同步上传解析结果与全部原始传感数据，并提升数据传输优先级，正常状态上传周期t1=300-600s，异常状态上传周期t2≤1s，正常状态单包数据长度≤64byte，异常状态单包完整数据长度≤512byte。

27、采用上述技术方案，该策略可大幅降低常态下的数据传输量与功耗，异常时又能保证数据实时、完整上传，兼顾低功耗运行与异常事件快速响应，优化整体使用体验。

28、优选的，所述低功耗供电模块配置分模块动态休眠供电逻辑，宠物处于休息状态时，降低各传感单元采样频率、关闭gps定位模块，仅保留陀螺仪、呼吸传感单元、心率传感单元低频采样；宠物处于活动或异常状态时，全模块唤醒并提升采样频率；模块平均功耗满足动态功耗公式：

29、

30、式中：为项圈整体功耗，为主控主板固定功耗，为单个传感模块额定功耗，为模块工作占空比，休眠状态下对应模块=0。

31、采用上述技术方案，动态供电模式根据宠物状态智能切换工作模式，最大限度减少无用功耗，有效延长项圈续航时间，功耗计算方式直观，便于硬件参数调试，适配可穿戴设备长期低功耗运行的核心要求。

32、优选的，所述预警提示模块包括振动提示单元和声光提示单元，当识别到宠物应激、呼吸异常或宠物位置偏离预设电子围栏时，振动提示单元与声光提示单元同步工作，实现本地预警，预警触发信号为主控输出高电平有效，触发电压≥2.7v。

33、采用上述技术方案，当监测到宠物应激、呼吸异常或是突破电子围栏时，振动结合声光双重提醒，警示效果显著，主人可第一时间察觉异常，本地预警无需依赖网络，断网环境下也可正常工作，响应速度快，及时传递风险信号，全方位保障宠物安全与健康。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于多传感融合的宠物健康监测项圈，

35、1、集成多传感融合和本地边缘计算，识别精度大幅提升，本项圈整合陀螺仪、gps、心率、呼吸四类传感器，实现运动、位置、生理多维度数据同步采集，依托本地边缘解析模块完成卡尔曼滤波、时序对齐、加权融合运算，无需上传原始数据至云端即可完成状态判别，规避网络延迟问题，通过算法区分运动造成的生理波动和疾病引发的异常体征，彻底解决传统单品传感设备误报、漏报的缺陷，本地运算结合多源数据融合技术，让宠物行为、健康状态识别更精准，实现精细化健康监测；

36、2、设置有动态功耗差异化传输，兼顾长续航与全场景通信，设备采用分模块动态休眠供电策略，根据宠物不同状态智能启停传感器、调节采样频率，从硬件层面降低整机功耗，有效延长佩戴使用时长，同时搭载nb-iot与蓝牙双通信模块，并设置差异化数据传输规则，正常状态低频上传精简数据，异常状态高频上传完整数据，既减少常态下通信能耗，又能在紧急情况保证数据实时回传，双通信模式适配远程监控、本地数据导出等不同场景，功能设计贴合可穿戴设备使用需求。