监测基站、监测方法和监测系统与流程

1.本技术属于智能养殖领域，尤其涉及一种监测基站、监测方法和监测系统。


背景技术：

2.随着科技的进步和人工智能的逐渐普及，畜牧养殖的智能化成为趋势。
3.现有的畜牧养殖通常采用电子标签实现对牲畜的标记以及信息采集等，然后将电子标签采集的信息发送给监测基站。然而，现有的监测基站与电子标签的通信距离通常较受限。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种监测基站、监测方法和监测系统，以解决现有的监测基站与电子标签的通信距离通常较受限的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种用于畜牧养殖的监测基站，包括：
6.天线，采用双极化天线，用于至少与预设范围内佩戴于牲畜的电子标签进行通信以及接收预设范围内的环境传感器采集的环境信息；
7.直连通信模块，用于与第一智能设备通信连接；
8.网络通信模块，用于通过网络基站与第二智能设备通信连接；
9.主控芯片，所述主控芯片被配置为：
10.通过所述天线获取所述环境信息以及获取所述电子标签采集的标签信息；
11.通过所述直连通信模块将所述环境信息和所述标签信息传输到所述第一智能设备；
12.控制所述网络通信模块通过网络基站将所述环境信息和所述标签信息传输到所述第二智能设备；
13.将所述第一智能设备或者所述第二智能设备的控制信息通过所述天线传输到所述电子标签。
14.可选的，所述主控芯片还被配置为：基于所述标签信息的信号强度计算所述电子标签至所述监测基站的距离以对佩戴所述电子标签的牲畜进行定位。
15.可选的，所述监测基站与所述电子标签的通信距离小于或等于300米。
16.可选的，所述主控芯片还被配置为：对所述标签信息进行筛选并判断所述标签信息是否异常。
17.可选的，所述直连通信模块为蓝牙通信模块，当所述第一智能设备距离所述监测基站为第一距离时，通过所述直连通信模块实现所述第一智能设备与所述监测基站的通信；和/或
18.所述网络通信模块至少包括4g通信模块以及有线网络通信模块，当所述第二智能设备距离所述监测基站为第二距离时，通过所述网络通信模块实现所述第二智能设备与所述监测基站的通信。
19.可选的，所述监测基站还包括：
20.停电缓冲电源，用于所述监测基站断电后供电给所述监测基站以将所述断电信息发送至所述第一智能设备或所述第二智能设备；和/或
21.外置数据存储缓冲模块，用于所述监测基站断电后保存已获取的所述环境信息和所述标签信息。
22.可选的，所述监测基站还包括：
23.状态指示灯，至少被配置为：
24.指示所述第一智能设备与所述监测基站的通信连接状态；
25.指示所述第二智能设备与所述监测基站的通信连接状态。
26.第二方面，本技术实施例还提供一种用于畜牧养殖的监测基站的监测方法，所述监测基站包括：
27.天线，采用双极化天线，用于至少与预设范围内佩戴于牲畜的电子标签进行通信以及接收预设范围内的环境传感器采集的环境信息；
28.直连通信模块，用于与第一智能设备通信连接；
29.网络通信模块，用于通过网络基站与第二智能设备通信连接；
30.所述监测方法包括：
31.通过所述天线获取所述环境信息以及获取所述电子标签采集的标签信息；
32.通过所述直连通信模块将所述环境信息和所述标签信息传输到所述第一智能设备；
33.控制所述网络通信模块通过网络基站将所述环境信息和所述标签信息传输到所述第二智能设备；
34.将所述第一智能设备或者所述第二智能设备的控制信息通过所述天线传输到所述电子标签。
35.可选的，所述监测方法还包括：
36.基于所述标签信息的信号强度计算所述电子标签至所述监测基站的距离以对佩戴所述电子标签的牲畜进行定位；和/或
37.对所述标签信息进行筛选并判断所述标签信息是否异常。
38.第三方面，本技术实施例还提供一种用于畜牧养殖的监测系统，包括如上述任一项所述的监测基站。
39.本技术实施例提供的监测基站、监测方法和监测系统，通过设置双极化天线实现监测基站与佩戴于牲畜的电子标签的双向通信，且双极化天线的通信距离较远，以解决现有的监测基站与电子标签的通信距离通常较受限的问题。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
42.图1为本技术实施例提供的监测系统的场景示意图。
43.图2为图1所示的监测系统中监测基站的结构示意图。
44.图3为图1所示的监测系统中监测基站与电子标签的结构示意图。
45.图4为图2所示的监测基站中主控芯片的软件框图示意图。
46.图5为本技术实施例提供的监测基站的监测方法的流程示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.本技术实施例提供一种监测基站、监测方法和监测系统，以解决现有的监测基站与电子标签的通信距离通常较受限的问题。以下将结合附图分别从监测基站、监测方法和监测系统三个方面进行说明。
49.示例性的，请参阅图1，图1为本技术实施例提供的监测系统的场景示意图。本技术实施例提供一种监测系统1，可以应用于智能畜牧养殖领域，以便于对牲畜实现智能化监测和管理。监测系统1可以包括监测基站10、佩戴于牲畜的电子标签20、环境传感器30、第一智能设备40、第二智能设备50、网络基站60以及服务器70。监测基站10可以与电子标签20实现双向通信，即监测基站10可以获取电子标签20采集的信息，监测基站10也可以将收到的控制信息发送给电子标签20，以实现对电子标签20的监测和控制。第一智能设备40和第二智能设备50用于从监测基站10获取如电子标签20采集的信息，并且第一智能设备40和第二智能设备50可以发送控制信息经由监测基站10传输至电子标签20。其中，第一智能设备40与监测基站10的距离和第二智能设备50与监测基站10的距离不同，因此，第一智能设备40与监测基站10的通信方式和第二智能设备50与监测基站10的通信方式不同。通过对监测基站10集成不同的通信方式，可以实现第一智能设备40和第二智能设备50对电子标签20的信息获取及控制。
50.监测系统1通过监测基站10采集各类标签，例如，电子标签20、环境传感器30标签以及员工佩戴的厂牌或工牌等。然后将采集后的各类标签信息过滤整理后，发送至服务器70。从而，用户可以通过应用程序查看这些标签的状态，例如，电子标签20对应的牲畜温度或者健康信息、环境传感器30采集的各类环境参数以及员工的考勤信息等。管理人员可以通过智能设备如手机定位特定的电子标签20，并下发消息至电子耳标，以实现佩戴电子标签20的牲畜的快速查找。
51.其中，电子标签20佩戴于牲畜，更具体的，可以佩戴于牲畜的耳部，因此，也可以称电子标签20为电子耳标。通过电子标签20可以实现对牲畜信息的采集以及通过电子标签20实现对牲畜的诸如查找等操作。电子标签20可以采用有源的电子标签，例如采用带有2.4g射频设别(rfid，radio frequency identification)的电子标签。电子标签20可以集成芯片及电路，以使得电子标签20可以进行数据的传输与接收。佩戴电子标签20的牲畜可以与监测基站10位于同一预设区域内，以使得同一预设区域内的监测基站10可以实时获取电子标签20的数据。其中，预设区域可以理解为养殖牲畜的具有容置空间的房间。
on chip)，最大主频可达168mhz，且具有足够大的存取存储器(ram，random access memory)，此外，soc芯片还具有丰富的外围接口以实现与周边模块之间的快速数据交互。
61.其中，主控芯片14还可以基于标签位置信息的信号强度计算电子标签20至监测基站10的距离以对佩戴电子标签20的牲畜进行定位。天线11可以与电子标签20实现2.4g通信，通过接收的信号强度(rssi，received signal strength indicator)对佩戴电子标签20的牲畜进行定位与查找。监测基站10基于双极化天线11的通信距离最远可达300米，也即至监测基站10距离为300米范围内的与双极化天线11相适配的信号均能被监测基站10监测到。监测基站10最远可以读取400米范围内可以接收到的数据，如环境传感器30采集的数据。此外，对于电子标签20的发射功率也有所增加，例如，电子标签20通常的发射功率为4dbm，本技术实施例将电子标签20的发射功率增加至7dbm。增加电子标签20的发射功率可以使得监测基站10与电子标签20的通信距离增大，例如，本技术实施例提供的双极化天线11的通信方式使得监测基站10与电子标签20的通信距离超过300米。
62.主控芯片14还可以对电子标签20采集的标签信息进行筛选并判断标签信息是否异常。示例性的，监测基站10读取到电子标签20采集的标签信息，然后对标签信息进行判断。如果是异常数据，如温度过高、温度过低或者电子标签20故障，则将异常数据发送至服务器70，以进行后续的处理或操作等。如果判断数据没有异常，则对每个牲畜佩戴的电子标签20的数据信息建立一个固定长度的队列，按电子标签20读取数据的先后顺序进入队列，监测基站10每隔周期时间处理一次队列。数据的处理方法可以为：(1)将队列中的标签信息记录，并计算每一电子标签20携带的最高温度和运动强度的最大值，并将此记录存入待发送队列，以便后续发送至服务器70；(2)获得最高温度或者运动强度的最大值后，将队列清空。使用这种数据处理方法可以将对应佩戴异常电子标签20的牲畜进行记录并及时上报，也可以减少监测基站10上传的数据量，进而减少监测基站10的流量以及服务器70的数据处理压力。
63.主控芯片14还可以获取环境传感器30的环境信息，例如，主控芯片14可以每隔2秒获取一次监测基站10附近的温度和湿度信息，并根据监测基站10的参数配置来决定是否实时上传到服务器70或按周期性上传给服务器70。
64.示例性的，直连通信模块12可以使用蓝牙通信，当第一智能设备40距离监测基站10为第一距离时，通过直连通信模块12实现第一智能设备40和监测基站10的通信。具体的，可以采用低功耗蓝牙(ble，bluetooth low energy)，直连通信模块12可以通过串口与主控芯片14相连，以与第一智能设备40中的管理应用程序(app，application)通信，进而可以使用第一智能设备40对监测基站10进行参数读取与配置、调试监测基站10的读卡功能以及对主控芯片14进行固件升级等。
65.网络通信模块13可以至少包括4g通信模块、5g通信模块、以太网通信模块和局域网通信模块，通过网络通信模块13实现第二智能设备50与监测基站10的通信。网络通信模块13中的4g通信模块和5g通信模块可以通过串口与主控芯片14相连，并且支持sim7600ce、sim800c、ec20、ec200t、ec25、n58等通信模块的驱动，以实现监测基站10与服务器70之间的无线业务通信。网络通信模块13中的以太网通信模块和局域网通信模块可以通过spi接口与主控芯片14相连，具有dhcp(dynamic host configuration protocol，动态主机配置协议)动态主机ip(internet protocol，网际互连协议)分配与dns(domain name system，域
名系统)域名解析功能，实现监测基站10与服务器70之间的业务通信。
66.其中，第二距离可以等于、小于或大于第一距离，可以理解的是，当第一智能设备40在监测基站10的附近时，例如，在监测基站10所处的预设区域内，可以选择直连通信模块12使得第一智能设备40与监测基站10实现通信。当第二智能设备50与监测基站10不处于同一预设区域内时，可以选择网络通信模块13实现第二智能设备50与监测基站10的通信。
67.需要说明的是，第一智能设备40和第二智能设备50可以为同一设备，当设备与监测基站10的相对位置不同时，可以选择与监测基站10的通信方式。
68.示例性的，监测基站10还包括电源15、停电缓冲电源16、外置数据存储缓冲模块17、状态指示灯18以及环境传感器模块19。电源15用于为监测基站10供电。停电缓冲电源16可以采用超级电容组成的存放电电路，停电缓冲电源16用于待外部通过电源15供电断开后，给监测基站10继续供电以将断电信息发送至第一智能设备40或第二智能设备50，进一步的，以保证监测基站10有足够的时间将供电断开后的数据发送给服务器70。外置数据存储缓冲模块17可以通过串行外设接口(spi，serial peripheral interface)与主控芯片14相连，主要用于待外部通过电源15供电断开的情况下，保存待发送给服务器70的2.4g电子标签20的数据。
69.状态指示灯18至少被配置为：指示第一智能设备40与监测基站10的通信连接状态以及指示第二智能设备50与监测基站10的通信连接状态。例如，状态指示灯18点亮时表示监测基站10与服务器70建立连接且可以接收服务器70回应消息时的状态，此时第二智能设备50可以从服务器70获取信息。通过在监测基站10上设置状态指示灯18，可以实时得知各类连接通信的状态。状态指示灯18还可以用于指示电源15的供电状态和指示监测基站10运行的状态。
70.环境传感器模块19用于对环境传感器30采集到的环境信息进行传输与处理。
71.请结合图1和图2并参考图4，图4为图2所示的监测基站中主控芯片的软件框图示意图。主控芯片14包括时钟单元141、看门狗单元142、直连通信单元143、网络通信单元144、数据采集单元145、数据处理单元146、存储单元147、业务处理单元148和底层驱动单元149。
72.其中，时钟单元141，用于实现监测基站10的时钟计时和各类延时。监测基站10的时钟，在监测基站10与服务器70连接后，由服务器70授时，精度控制在2秒以内。
73.看门狗单元142分为硬件看门狗单元和软件看门狗单元，硬件看门狗单元保证监测基站10硬件的运行，软件看门狗是实现监测基站10与服务器70之间的业务通信，保证业务通信顺通，在长时间没有收到服务器70回应或下发消息时，会重启网络通信模块13。
74.直连通信单元143，主要用于实现监测基站10与第一智能设备40的应用程序之间的通信，包括协议解析与封装，实现监测基站10的参数查看与配置、监测基站10的状态读操作、使用应用程序搜索电子标签20与电子标签20布控功能以及监测基站10的主控芯片14固件的升级。
75.网络通信单元144，主要包括4g通信单元、5g通信单元以及有线网络通信单元，4g通信单元和5g通信单元是实现4g模块、5g模块或2g模块的网络建立以及网络连接状态的监控，保证监测基站10与服务器70之间的无线网络通信链路通畅。有线网络通信单元是实现有线网络的dhcp的本地ip地址分配与dns域名解析功能，主要功能是在监测基站10与服务器70之间建立稳定的通信链路。
76.数据采集单元145，包括采集监测基站10附近的环境传感器30接口和天线11接口，采用统一的驱动与流程读取环境信息和电子标签20的标签信息。
77.数据处理单元146，包括从应用程序下发给业务处理单元的标签信息，也包括从天线11下发标签信息的回应信息，是标签信息收发的缓冲处理单元。数据处理单元还包括对标签信息的过滤，是配置参数的过程，按特定的方式过滤环境信息与标签信息，处理完成的信息数据，存入待发送的队列中，待发送给服务器70。
78.存储单元147，是在待发送队列满或者外部供电断开时，将待发送队列中的数据记录进行保存，以防止记录丢失。
79.业务处理单元148，是实现监测基站10与服务器70之间的数据交互，包括智能设备的注册与登录、监测基站10采集的环境信息和标签信息的上报、服务器70下发的控制信息的接收以及对监测基站10的系统参数读取与配置等。
80.底层驱动单元149，是对主控芯片14的各类功能单元的硬件初始化以及对监测基站10的系统参数读取与配置等。
81.请参考图5，图5为本技术实施例提供的监测基站的监测方法的流程示意图。其中，监测基站可以参照图1-图4中所示的监测基站10以及上述对监测基站10的说明，在此不再赘述。一种用于畜牧养殖的监测基站的监测方法包括：
82.101、通过天线获取环境信息以及获取电子标签采集的标签信息。
83.监测基站10主要用于数据的接收与传输，可以将监测基站10理解为数据的中转站。监测基站10一般与牲畜放置于同一预设区间内，以便于采集牲畜上佩戴的电子标签20的标签信息，以及获取环境传感器30采集的牲畜所处的环境信息，根据标签信息和环境信息来对牲畜的个体健康进行监控。
84.102、通过直连通信模块将环境信息和标签信息传输到第一智能设备。
85.103、控制网络通信模块通过网络基站将环境信息和标签信息传输到第二智能设备。
86.关于102～103：需要说明的是，通常情况下，通过网络通信模块13将采集的环境信息和标签信息上传至服务器70，第二智能设备50与服务器70相连以获取上述信息。本技术实施例提供的监测基站10还增加了直连通信模块12，可以理解为蓝牙通信模块，在第一智能设备40处于监测基站10附近时，能即时与监测基站10通信连接，以便于对牲畜的数据状态进行监控。因此，通过直连通信模块12和网络通信模块13可以将监测基站10通过不同的通信方式与智能设备相连，增加了牲畜监测的模式。
87.104、将第一智能设备或者第二智能设备的控制信息通过天线传输到电子标签。
88.第一智能设备40与第二智能设备50可以同时与监测基站10连接，也可以分别与监测基站10通信连接，这里不作限制。通信连接后，相应的，第一智能设备40或第二智能设备50可以发送控制信息至监测基站10，经由监测基站10的控制信息再通过天线11传输至电子标签20以完成对电子标签20的控制。
89.其中，监测方法还可以包括：
90.基于标签信息的信号强度计算电子标签至监测基站的距离以对佩戴电子标签的牲畜进行定位；和/或
91.对标签信息进行筛选并判断标签信息是否异常。
92.采集到标签信息和环境信息后，还需要对这些信息进行初步的处理，如对标签信息进行筛选，以此来判定标签信息是否存在异常，由此决定后续对于牲畜或电子标签20的异常处理。
93.本技术实施例通过设置双极化天线11实现监测基站10与佩戴于牲畜的电子标签20的双向通信，且双极化天线11的通信距离较远，以解决现有的监测基站与电子标签的通信距离通常较受限的问题。
94.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
95.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
96.以上对本技术实施例所提供的监测基站、监测方法和监测系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。