家畜智能驱赶装置

1.本发明涉及农业工程技术领域，尤其涉及一种家畜智能驱赶装置。


背景技术：

2.草原放牧常出现家畜闯入休养草场的情况，为避免该情况发生，实际生产中常采用人为现场管理、实物围栏和高压脉冲围栏等方式进行边界管理，这些管理方式需投入较高的人力、物力和财力。
3.随着定位技术、移动通信技术和射频识别技术逐渐融入到放牧领域，数字围栏和虚拟围栏为草原畜牧业发展提供了一种全新的解决方案。虚拟围栏是信息技术与草原畜牧业相结合的新型放牧方式，不仅可以解放牧民繁重的放牧工作，还可以减少人工成本，促进草原畜牧业经济的高质量发展。
4.在虚拟围栏技术应用方面，动物福利可接受的厌恶刺激最小需求，以及动物学习对良性刺激(如音频提示、电刺激)做出的反应是影响系统应用的关键因素。现有的虚拟围栏技术对电刺激强度难以做出有效把控，故常出现动物电刺激致死的情况。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种家畜智能驱赶装置。
6.本发明提供一种家畜智能驱赶装置，包括：智能终端；
7.所述智能终端包括主控电路、电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路；所述电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路分别与所述主控电路电连接；
8.所述电刺激控制电路包括有效电压转化电路、升压电路和电压释放电路，所述供电电路产生的电压信号经所述主控电路传输至所述低压差线性稳压电路；
9.稳压处理后得到稳压信号经所述主控电路传输至所述有效电压转化电路；
10.有效电压转化电路输出的目标电压信号传输至所述升压电路；
11.升压处理后得到电刺激信号通过所述电压释放电路进行释放。
12.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述装置还包括：远程控制平台和无线发射器；
13.所述远程控制平台和无线发射器电连接，所述无线发射器和所述主控电路无线连接；
14.所述远程控制平台产生的远程控制信号通过所述无线发射器发送至所述主控电路，所述主控电路基于所述远程控制信号控制所述电刺激控制电路释放所述电刺激信号的时间。
15.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述智能终端还包括音频控制电路；
16.所述音频控制电路与所述主控电路电连接；
17.所述主控电路基于所述远程控制信号控制所述音频控制电路输出的声音信号的
声音频率和声音持续时间。
18.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述智能终端还包括晶振电路；
19.所述晶振电路与所述主控电路电连接；
20.所述晶振电路产生的震荡时钟信号传输至所述主控电路，所述主控电路基于所述震荡时钟信号控制所述电刺激控制电路和/或所述音频控制电路的运行。
21.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述远程控制平台产生的远程控制信号携带有智能终端id信息；
22.所述无线发射器用于基于所述智能终端id信息，将所述远程控制信号发送至与所述智能终端id信息相对应的目标智能终端的主控电路。
23.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述智能终端还包括充电管理电路；
24.所述充电管理电路与所述供电电路电连接；
25.所述充电管理电路用于为所述供电电路进行充电。
26.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述充电管理电路包括第一确定电路和第二确定电路；
27.所述第一确定电路用于确定所述供电电路的充电信息和所述供电电路的参数；
28.所述第二确定电路用于基于所述充电信息和所述参数确定所述供电电路的充电状态。
29.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述智能终端还包括led指示电路；
30.所述led指示电路与所述主控电路电连接；
31.所述第二确定电路还用于将所述供电电路的充电状态发送至所述主控电路，以使所述主控电路基于所述充电状态控制所述led指示电路的显示状态。
32.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述电刺激控制电路还包括光耦电路和三极管；
33.所述光耦电路与所述三极管连接，所述光耦电路用于控制所述三极管的工作状态。
34.可选地，根据本发明提供的一种家畜智能驱赶装置，所述主控电路的单片机型号为stm32l151c8t6a。
35.本发明提供的家畜智能驱赶装置，首先通过低压差线性稳压电路对供电电路产生的电压信号进行稳压处理后传输至电刺激控制电路，然后通过电刺激控制电路对稳压处理后的稳压信号进行有效电压转化和升压处理后得到电刺激信号并将其释放，可以有效对电刺激信号的强度进行控制，避免因电压梯度变化过大导致家畜电刺激致死的情况发生。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
37.图1是本发明提供的家畜智能驱赶装置的结构示意图；
38.图2是本发明提供的低压差线性稳压电路的原理示意图；
39.图3是本发明提供的晶振电路的原理示意图；
40.图4是本发明提供的充电管理电路的原理示意图；
41.图5是本发明提供的电刺激控制电路的原理示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
43.应当理解，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
46.下面结合图1-图5描述本发明提供的家畜智能驱赶装置。
47.图1是本发明提供的家畜智能驱赶装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：智能终端；
48.所述智能终端包括主控电路、电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路；所述电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路分别与所述主控电路电连接；
49.所述电刺激控制电路包括有效电压转化电路、升压电路和电压释放电路，所述供电电路产生的电压信号经所述主控电路传输至所述低压差线性稳压电路；
50.稳压处理后得到稳压信号经所述主控电路传输至所述有效电压转化电路；
51.有效电压转化电路输出的目标电压信号传输至所述升压电路；
52.升压处理后得到电刺激信号通过所述电压释放电路进行释放。
53.需要说明的是，本发明实施例提供的家畜智能驱赶装置可以应用各类家畜的草原放牧场景中，例如可以应用于牛、羊和马等家畜的草原放牧场景，本发明对此不作具体限定。
54.具体地，本发明实施例提供的家畜智能驱赶装置可以包括智能终端，该智能终端可以包括主控电路、电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路，并且电刺激控制电路、低压差线性稳压电路和供电电路分别与主控电路电连接。
55.可选地，主控电路的单片机型号可以为stm32l151c8t6a。
56.可选地，电刺激控制电路可以包括有效电压转化电路、升压电路和电压释放电路。
57.可选地，供电电路产生的电压信号可以经过主控电路传输至低压差线性稳压电路进行稳压处理，由低压差线性稳压电路得到稳压信号。
58.可选地，图2是本发明提供的低压差线性稳压电路的原理示意图，如图2所示，低压差线性稳压电路可以由低压差线性稳压芯片构成，可以将供电电路供应的电压信号由不稳定的3.7v转换为3.3v稳压信号输出，并可以通过c15电容将电压大小变平。
59.可选地，由低压差线性稳压电路得到稳压信号之后，稳压信号可以经主控电路传输至电刺激控制电路中的有效电压转化电路进行有效电压转化，由有效电压转化电路得到目标电压信号。
60.可选地，在电刺激控制电路放电过程中，有效电压转化电路可以基于低压差线性稳压电路传输的稳定电压u'乘以占空比p得到目标电压值u，公式如下：
61.u＝u'
×
p
62.其中，u'表示经过低压差线性稳压电路处理后的稳压电压，u表示经过有效电压转化电路处理后的目标电压，p表示电刺激控制电路被接通的时间占总工作时间的百分比。
63.可选地，由有效电压转化电路得到目标电压信号后，目标电压信号可以被传输至升压电路进行升压处理后传输至电压释放电路，然后电压释放电路将升压处理后的电压信号作为电刺激信号进行释放。
64.可选地，升压电路可以采用线圈匝数比值进行升压。为了更好地呈现电容充电时间和释放脉冲电压之间的关系，可以通过电压强度ccr和脉冲电压数值进行拟合，拟合方程如下：
65.y＝ax b
66.其中，y代表电压强度ccr，x代表脉冲电压，a和b为参数。
67.可选地，电压释放电路可以是连接在升压电路的接线端子tjc3-2a上的导体，通过该导体将电刺激信号进行释放。
68.本发明提供的家畜智能驱赶装置，首先通过低压差线性稳压电路对供电电路产生的电压信号进行稳压处理后传输至电刺激控制电路，然后通过电刺激控制电路对稳压处理后的稳压信号进行有效电压转化和升压处理后得到电刺激信号并将其释放，可以有效对电刺激信号的强度进行控制，避免因电压梯度变化过大导致家畜电刺激致死的情况发生。
69.可选地，本发明实施例提供的家畜智能驱赶装置还包括：远程控制平台和无线发射器；
70.所述远程控制平台和无线发射器电连接，所述无线发射器和所述主控电路无线连接；
71.所述远程控制平台产生的远程控制信号通过所述无线发射器发送至所述主控电路，所述主控电路基于所述远程控制信号控制所述电刺激控制电路释放所述电刺激信号的时间。
72.具体地，在本发明实施例中，家畜智能驱赶装置还可以包括远程控制平台和无线发射器，其中，远程控制平台和无线发射器电连接，无线发射器和智能终端的主控电路无线连接。
73.可选地，远程控制平台可以为pc(personal computer，个人计算机)机或移动手机终端等，本发明对此不作具体限定。
74.可选地，远程控制平台产生的远程控制信号可以通过无线发射器发送至智能终端的主控电路，主控电路可以基于该远程控制信号控制电刺激控制电路释放电刺激信号的时间。
75.可选地，远程控制平台可以通过2.4ghz无线通讯技术对电刺激控制电路输出的电刺激信号的时间进行控制，传输距离可以为10m，通过无线发射器nf-01/02/03从spi1 mosi口向主控电路发送控制指令信号，而且，主控电路接收到控制指令信号后还可以通过spi1miso接口向无线发射器发送指令信号，有效确保短距离的无线传输。
76.可选地，所述智能终端还包括音频控制电路；
77.所述音频控制电路与所述主控电路电连接；
78.所述主控电路基于所述远程控制信号控制所述音频控制电路输出的声音信号的声音频率和声音持续时间。
79.具体地，在本发明实施例中，智能终端还可以包括音频控制电路，并且该音频控制电路与主控电路电连接，主控电路可以基于远程控制平台发射的远程控制信号控制音频控制电路输出的声音信号的声音频率和声音持续时间。
80.可选地，音频控制电路可以与主控电路的单片机上接入的蜂鸣器buzzer相连，inl端口产生buzzer蜂鸣信号。音频控制电路可以以声音频率的大小作为指标对蜂鸣信号进行调节，所涉及的参数数值如下：
81.若利用已知的声音频率f和分频tim时钟预分频器值prescaler进行换算，得到主控电路内部的音频计数重载值period，stm32定时器溢出时间timeout数值等于音频周期t，声音频率f和周期t的换算公式如下：
82.f＝1/t
83.定时器溢出时间触发中断的计算公式如下：
84.timeout＝((prescaler 1)
×
(period 1))/timeclockfren
85.其中，timeout表示定时器溢出时间(单位为us)，即表示多长时间多少触发一次tim中断；prescaler表示分频tim时钟的预分频器值；period表示计数重载值，当tim计数超过此数值，则重新计数；timeclockfren表示定时器的输入时钟频率，即当前使用tim的clock时钟频率。
86.可选地，音频控制电路输出的声音信号可以传递到接线端子tjc3-2a上，然后将声音信号释放外界。
87.可以理解的是，在本发明实施例中，通过设置音频控制电路可以测试不同的声音频率是否影响阻止家畜越界的成功率。
88.可选地，所述智能终端还包括晶振电路；
89.所述晶振电路与所述主控电路电连接；
90.所述晶振电路产生的震荡时钟信号传输至所述主控电路，所述主控电路基于所述震荡时钟信号控制所述电刺激控制电路和/或所述音频控制电路的运行。
91.具体地，在本发明实施例中，智能终端还可以包括晶振电路，晶振电路可以和主控电路电连接，晶振电路产生的震荡时钟信号可以传输至主控电路，主控电路可以基于该震
荡时钟信号控制电刺激控制电路和/或音频控制电路的运行。
92.可选地，为了保证电刺激控制电路和音频控制电路的运行，在本发明实施例中配置晶振电路。图3是本发明提供的晶振电路的原理示意图，如图3所示，晶振电路使用有源晶振模式，由内部倍频器pll倍频，石英晶振谐振器用于输出波形，采用8m晶振方式，和主控电路的osc in口相连接。通过晶振电路可以生成频率和峰值稳定的正弦波作为脉冲信号，主控电路运行时以此脉冲信号作为执行指令的触发信号。
93.可选地，所述远程控制平台产生的远程控制信号携带有智能终端id信息；
94.所述无线发射器用于基于所述智能终端id信息，将所述远程控制信号发送至与所述智能终端id信息相对应的目标智能终端的主控电路。
95.具体地，远程控制平台产生的远程控制信号可以携带有智能终端id信息。本发明实施例充分考虑到存在多头家畜同时靠近围栏边界的现象，故采用2.4ghz无线通讯和码分复用，每个智能终端对应有专属的id号，在远程控制平台产生的远程控制信号的遥测帧结构中携带有智能终端id信息，从而无线发射器可以基于远程控制信号携带的智能终端id信息，将远程控制信号发送的到与智能终端id信息相对应的目标智能终端的主控电路。
96.可选地，所述智能终端还包括充电管理电路；
97.所述充电管理电路与所述供电电路电连接；
98.所述充电管理电路用于为所述供电电路进行充电。
99.可选地，在本发明实施例中，智能终端还可以包括充电管理电路，该充电管理电路与供电电路电连接，用于为供电电路进行充电，以保证家畜智能驱赶装置具有充足的电能供应。
100.可选地，图4是本发明提供的充电管理电路的原理示意图，如图4所示，充电管理电路的充电管理芯片u7lth7b可以连接供电电路的bat接口，接入即可为供电电路进行充电；通过名为kh-type-c-6p-t的type-c口进行连接，通过芯片上的引脚a9连接到充电管理芯片的usb vcc in口，充电管理芯片的bat接口和供电电路接口相连接，无论智能终端设备是否启动开关按钮，充电管理电路可以为智能终端设备供电。
101.可选地，所述充电管理电路包括第一确定电路和第二确定电路；
102.所述第一确定电路用于确定所述供电电路的充电信息和所述供电电路的参数；
103.所述第二确定电路用于基于所述充电信息和所述参数确定所述供电电路的充电状态。
104.具体地，在本发明实施例中，充电管理电路可以包括第一确定电路和第二确定电路，其中第一确定电路可以用于确定供电电路的充电信息和供电电路的参数，第二确定电路可以用于基于供电电路的充电信息和参数确定供电电路的充电状态。
105.可选地，所述智能终端还包括led指示电路；
106.所述led指示电路与所述主控电路电连接；
107.所述第二确定电路还用于将所述供电电路的充电状态发送至所述主控电路，以使所述主控电路基于所述充电状态控制所述led指示电路的显示状态。
108.具体地，在本发明实施例中，智能终端还可以包括led指示电路，led指示电路可以与主控电路电连接，其中充电管理电路的第二确定电路可以将供电电路的充电状态发送至主控电路，以使主控电路可以基于供电电路的充电状态控制led指示电路的显示状态。
109.可以理解的是，led指示电路用于显示供电电路的充电状态，例如，供电电路的充电状态为充电中，则led指示电路的led指示灯显示为红色，供电电路的充电状态为已充满，则led指示电路的led指示灯熄灭。
110.可选地，所述电刺激控制电路还包括光耦电路和三极管；
111.所述光耦电路与所述三极管连接，所述光耦电路控制所述三极管的工作状态。
112.具体地，在本发明实施例中，电刺激控制电路还可以包括光耦电路和三极管，光耦电路与三极管连接，该光耦电路可以控制三极管的工作状态。
113.图5是本发明提供的电刺激控制电路的原理示意图，如图5所示，当外界有光进入图中的hv-c处时，此时是高电平信号；在tlp521芯片中，1引脚和2引脚之间设置有发光二极管，若有高电平信号进入，3引脚和4引脚之间内置的光敏电阻检测1引脚和2引脚之间是否在发光，发光则3引脚和4引脚导通，三极管处于开启状态；当3引脚和4引脚关闭时，三极管处于关闭状态。
114.本发明实施例充分考虑调节电压时电压骤变过大可能会影响实际电压数值的准确度，通过电刺激控制电路的光耦电路和三极管阻止了电路中的自感电流，降低了因装置电量不足使得电压实际数值低于理论数值的可能性，提高了实际电压数值的准确度，减少了人力资源和功耗成本。
115.下面通过一个具体实施例对本发明提供的家畜智能驱赶装置进行介绍。
116.例如，在试验舍区域内饲养有若干肉牛，并在试验舍区域内设计有虚拟围栏，且试验舍区域内的每头肉牛佩戴有本发明提供的家畜智能驱赶装置中的智能终端，该智能终端作用于肉牛脖颈下部进行电刺激，可以设计466v、1723v、2050v、2865v、4204v等五个梯度电压，通过无线脑电监测系统对肉牛在不同电刺激前后的体温、心率和脑波数据进行记录分析，并通过远程控制平台对肉牛佩戴的智能终端进行控制。
117.当作用电压为466v、1723v和2050v时，肉牛电刺激前后的心率变化不显著；当作用电压为2865v和4204v时，肉牛的心率出现明显升高，分别提高了26.3％和35.3％，心率达到104.32bpm、108.83bpm；脑电信号的β波在466v和1723v电刺激前后的变化较小，自2865v开始出现剧烈变化。在试验舍区域，肉牛触发虚拟围栏边界累计188次，其中在电压为2865v的电刺激时，肉牛出现转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止并向后移动的行为分别占被统计行为总数的33.33％、12.02％、9.29％和31.69％；当利用电压为4204v进行电刺激时，肉牛发生转身、停止、停下慢慢转回去、立即停止并向后移动的行为分别占被统计行为总数的38.6％，5.12％，19.07％和21.86％，均有效阻止了肉牛继续迈出虚拟围栏边界。
118.可选地，根据肉牛行为和肉牛生理指标的变化，作用电压适宜值可以选择为2865v-4204v。
119.本发明实施例充分考虑肉牛在正常生存条件下，通过电刺激生理实验与行为实验获取真实和通用的肉牛耐受的电压数值和音频数值，设定特定电压范围(2865v-4204v)和音频数值范围(528hz-1040hz)，降低了因调节电压梯度变化过大时所带来的误差。
120.本发明提供的家畜智能驱赶装置，首先通过低压差线性稳压电路对供电电路产生的电压信号进行稳压处理后传输至电刺激控制电路，然后通过电刺激控制电路对稳压处理后的稳压信号进行有效电压转化和升压处理后得到电刺激信号并将其释放，可以有效对电刺激信号的强度进行控制，避免因电压梯度变化过大导致家畜电刺激致死的情况发生。
121.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。