基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，本監(jiān)測系統(tǒng)為外戴式裝置，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算家畜的健康狀況，以家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，家畜的健康狀況作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出，系統(tǒng)包括體溫模塊、脈搏血氧模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、通信模塊、存儲模塊、供電模塊、襯底、保護(hù)膜、扎帶等模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用反射式雙波長檢測法檢測脈搏、血氧飽和度，使本裝置不受傳感器安放位置的限制；采用外戴式裝置，既避免了植入式裝置給動物本身帶來的創(chuàng)傷，也克服了其出現(xiàn)故障不能及時(shí)維修的缺點(diǎn)；此外，其體積小、輕便的特點(diǎn)，便于安裝和使用，并不會對家畜的正?；顒釉斐筛蓴_。
【專利說明】基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及畜牧業(yè)養(yǎng)殖和生物醫(yī)學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種外戴式的基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著畜牧養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的人工判別家畜是否健康的方法不僅耗費(fèi)大量人力財(cái)力，而且并不能實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測家畜的健康狀況。因此，發(fā)明一種能夠?qū)崟r(shí)有效的監(jiān)測家畜健康狀況并能及時(shí)預(yù)警的裝置對家畜的健康成長、控制疾病的發(fā)生和傳播、提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。
[0003]家畜的生理狀態(tài)指標(biāo)如體溫、脈搏和血氧飽和度等對于判斷家畜的健康狀況十分重要，通過監(jiān)測家畜的相關(guān)生理參數(shù)變化能夠有效的判斷出家畜的身體健康狀況。血氧飽和度是反映血液循環(huán)系統(tǒng)及呼吸循環(huán)系統(tǒng)的重要生理參數(shù)，是判斷家畜的攜氧能力的重要指標(biāo)，是醫(yī)生判斷家畜健康狀況的重要依據(jù)。但現(xiàn)有技術(shù)并未很好的將家畜血氧飽和度這一生理參數(shù)的監(jiān)測應(yīng)用到家畜健康狀況監(jiān)測中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對傳統(tǒng)人工判別家畜是否健康方法的不足以及現(xiàn)有技術(shù)對家畜的血氧飽和度這一生理參數(shù)的數(shù)據(jù)缺失，本發(fā)明提出一種基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況監(jiān)測裝置，通過監(jiān)測家畜的體溫、脈搏、血氧飽和度來判斷家畜的健康狀況。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下:一種基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括:體溫模塊、脈搏血氧模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、通信模塊、存儲模塊、供電模塊、襯底、保護(hù)膜、扎帶；體溫模塊用于測量家畜的當(dāng)前體溫，包括熱敏電阻、橋式電壓測量電路，輸出端與信號調(diào)理模塊相連；脈搏血氧模塊用于測量家畜的當(dāng)前血氧飽和度和脈搏，包括LED驅(qū)動模塊、信號采集模塊，輸出端與信號調(diào)理模塊相連；信號調(diào)理模塊用于對體溫模塊和脈搏血氧模塊的輸出信號進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送單片機(jī)；單片機(jī)用于計(jì)算家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度，并控制通信模塊完成數(shù)據(jù)通信；通信模塊用于將身體狀況為一般或危險(xiǎn)家畜的編號發(fā)送至飼養(yǎng)員的手機(jī)并進(jìn)行報(bào)警；存儲模塊用于存儲家畜的體溫?cái)?shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)和血氧飽和度數(shù)據(jù)；供電模塊用于為家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)供電；襯底采用柔性材質(zhì)，用于固定體溫模塊、脈搏血氧模塊、單片機(jī)、供電模塊、通信模塊、存儲模塊；保護(hù)膜覆蓋在固定于襯底的各功能模塊的上方，用于固定并保護(hù)各功能模塊不受外界因素的干擾；扎帶固定在襯底的兩端，用于將家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)捆綁在家畜腿上。
[0006]進(jìn)一步地，上述體溫模塊的熱敏電阻隨家畜體溫的變化而變化，從而影響熱敏電阻兩端的電壓；上述體溫模塊的橋式電壓測量電路用于測量熱敏電阻兩端的電壓，經(jīng)信號調(diào)理模塊送至單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算得出家畜的當(dāng)前體溫。
[0007]進(jìn)一步地，上述脈搏血氧模塊的LED驅(qū)動模塊用于驅(qū)動紅光發(fā)光二極管和紅外光發(fā)光二極管交替發(fā)射紅光和紅外光，紅光和紅外光經(jīng)過動脈血管反射產(chǎn)生混合光信號；上述脈搏血氧模塊的信號采集模塊用于采集混合光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號調(diào)理模塊送至單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算血氧飽和度和脈搏。
[0008]進(jìn)一步地，家畜的健康狀況分健康、一般、危險(xiǎn)三種；家畜的身體狀況的計(jì)算采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入，家畜的健康狀況作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸出。
[0009]與傳統(tǒng)人工判別家畜是否健康方法相比，本發(fā)明將脈搏、血氧飽和度的監(jiān)測應(yīng)用到本裝置中，采用反射式雙波長檢測法檢測脈搏、血氧飽和度，使本裝置不受傳感器安放位置的限制；采用外戴式裝置，既避免了植入式裝置給動物本身帶來的創(chuàng)傷，也克服了其出現(xiàn)故障不能及時(shí)維修的缺點(diǎn)。此外，其體積小、輕便的特點(diǎn)，便于安裝和使用，并不會對家畜的正?；顒釉斐筛蓴_。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0013]圖1為本發(fā)明的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，一種外戴式的基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況監(jiān)測裝置，由襯底，體溫模塊、脈搏血氧模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、供電模塊、通信模塊、存儲模塊、保護(hù)膜、扎帶構(gòu)成。襯底采用柔性材質(zhì)，體溫模塊、脈搏血氧模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、供電模塊、通信模塊、存儲模塊均平鋪固定在襯底上，并在上面覆蓋一層保護(hù)膜用于固定并保護(hù)各模塊的功能不受外界因素的干擾。
[0014]體溫模塊由熱敏電阻、橋式電壓測量電路組成。當(dāng)家畜自身體溫發(fā)生變化時(shí),熱敏電阻的阻值隨之發(fā)生變化，其兩端的電壓也將發(fā)生變化，從而測得熱敏電阻兩端的電壓值，經(jīng)信號調(diào)理模塊送至單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號然后分析處理，最后計(jì)算得出家畜的當(dāng)前體溫。
[0015]脈搏血氧模塊采用了以軟件處理為核心的脈搏、血氧檢測系統(tǒng)，由LED驅(qū)動模塊、信號采集模塊組成。信號調(diào)理模塊包括自動增益控制電路、低通濾波電路。這里所用的自動增益控制電路是利用可調(diào)數(shù)字電位器作為放大器的反饋電阻，通過單片機(jī)控制數(shù)字電位器的阻值，動態(tài)調(diào)節(jié)紅光和紅外光信號的放大倍數(shù)，從而使兩路信號得到不同程度的放大。
[0016]系統(tǒng)工作時(shí)首先在單片機(jī)控制下周期性的產(chǎn)生控制信號到LED驅(qū)動模塊，驅(qū)動紅光發(fā)光二極管和紅外光發(fā)光二極管交替發(fā)射紅光和紅外光，經(jīng)過動脈血管反射的混合光信號被信號采集模塊的光電二極管接收并轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號，然后傳送到信號調(diào)理模塊，在信號調(diào)理模塊中，首先自動增益控制電路動態(tài)調(diào)節(jié)紅光和紅外光信號的放大倍數(shù)，從而使得兩路信號得到不同程度的放大。然后將放大的信號送至低通濾波器，消除信號中的噪聲和調(diào)制信號。最后將信號送至單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部自帶的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后進(jìn)行光電容積脈搏波的提取和處理，最后計(jì)算得出血氧飽和度和脈搏。
[0017]圖2為本發(fā)明基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理流程圖。本發(fā)明利用家畜的健康狀況H與家畜自身的體溫T、脈搏P和血氧飽和度S之間存在單調(diào)非線性函數(shù)關(guān)系，發(fā)明了一種通過動態(tài)監(jiān)測家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度的變化從而判斷家畜健康狀況的估算方法。本發(fā)明采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將本裝置檢測出的家畜的體溫T、脈搏P和血氧飽和度S作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，家畜的健康狀況H作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，可構(gòu)建函數(shù)H = f(T，P，S)。要擬合出兩者之間的關(guān)系，必須獲取足夠的樣本數(shù)據(jù)。在家畜的身體狀態(tài)被認(rèn)定為健康、一般、危險(xiǎn)的情況下，通過本裝置獲取多組家畜的體溫T、脈搏P和血氧飽和度S數(shù)據(jù)，通過上述方法獲得足夠多的樣本數(shù)據(jù)。然后，選取部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為泛化樣本數(shù)據(jù)，其他的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，并設(shè)置誤差目標(biāo)值及學(xué)習(xí)因子用于網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的權(quán)值和閾值。根據(jù)得到的參數(shù)，判斷泛化的結(jié)果是否達(dá)到系統(tǒng)的誤差要求，若是達(dá)到系統(tǒng)誤差要求，則保存好相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型，若是沒有達(dá)到系統(tǒng)誤差要求，則修改學(xué)習(xí)因子后再次訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，直到符合系統(tǒng)誤差的要求為止。通過訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)測得的家畜的體溫T、脈搏P和血氧飽和度S就能得出家畜的健康狀況H。
[0018] 具體工作流程如下:對家畜進(jìn)行編號，利用扎帶將本裝置捆綁在家畜腿上。啟動單片機(jī)預(yù)設(shè)程序，對家畜的體溫、脈搏、血氧每隔10分鐘采樣一次。將采集到的信號經(jīng)信號調(diào)理電路調(diào)理后送入單片機(jī)中，由單片機(jī)進(jìn)行處理并根據(jù)公式計(jì)算最后得到家畜的體溫T、脈搏P和血氧飽和度S，送至存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法處理采集的數(shù)據(jù)，從而判斷出家畜的健康狀況H。當(dāng)?shù)贸黾倚蟮纳眢w狀態(tài)H為一般或危險(xiǎn)時(shí)，單片機(jī)將通過通信模塊將家畜的編號發(fā)送至飼養(yǎng)員的手機(jī)并進(jìn)行報(bào)警。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括:體溫模塊、脈搏血氧模塊、信號調(diào)理模塊、單片機(jī)、通信模塊、存儲模塊、供電模塊、襯底、保護(hù)膜、扎帶；所述體溫模塊用于測量家畜的當(dāng)前體溫，包括熱敏電阻、橋式電壓測量電路，輸出端與信號調(diào)理模塊相連；所述脈搏血氧模塊用于測量家畜的當(dāng)前血氧飽和度和脈搏，包括LED驅(qū)動模塊、信號采集模塊，輸出端與信號調(diào)理模塊相連；所述信號調(diào)理模塊用于對體溫模塊和脈搏血氧模塊的輸出信號進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送單片機(jī)；所述單片機(jī)用于計(jì)算家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度，并控制通信模塊完成數(shù)據(jù)通信；所述通信模塊用于將身體狀況為一般或危險(xiǎn)家畜的編號發(fā)送至飼養(yǎng)員的手機(jī)并進(jìn)行報(bào)警；所述存儲模塊用于存儲家畜的體溫?cái)?shù)據(jù)、脈搏數(shù)據(jù)和血氧飽和度數(shù)據(jù)；所述供電模塊用于為家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)供電；所述襯底采用柔性材質(zhì)，用于固定體溫模塊、脈搏血氧模塊、單片機(jī)、供電模塊、通信模塊、存儲模塊；所述保護(hù)膜覆蓋在固定于襯底的各功能模塊的上方，用于固定并保護(hù)各功能模塊不受外界因素的干擾；所述扎帶固定在襯底的兩端，用于將家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)捆綁在家畜腿上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述體溫模塊的熱敏電阻隨家畜體溫的變化而變化，從而影響熱敏電阻兩端的電壓；所述體溫模塊的橋式電壓測量電路用于測量熱敏電阻兩端的電壓，經(jīng)信號調(diào)理模塊送至單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算得出家畜的當(dāng)前體溫。
3.如權(quán)利要求1所述的基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述脈搏血氧模塊的LED驅(qū)動模塊用于驅(qū)動紅光發(fā)光二極管和紅外光發(fā)光二極管交替發(fā)射紅光和紅外光，紅光和紅外光經(jīng)過動脈血管反射產(chǎn)生混合光信號；所述脈搏血氧模塊的信號采集模塊用于采集混合光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號調(diào)理模塊送至單片機(jī)，由單片機(jī)計(jì)算血氧飽和度和脈搏。
4.如權(quán)利要求1所述的基于多生理參數(shù)的家畜健康狀況動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:家畜的健康狀況分健康、一般、危險(xiǎn)三種；所述家畜的身體狀態(tài)的計(jì)算采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，以家畜的體溫、脈搏和血氧飽和度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸入，家畜的健康狀況作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的輸出。
【文檔編號】A61B5/1455GK104274163SQ201410543447
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】李天博, 劉靜, 和衛(wèi)星, 王顥, 于夢浩, 劉蕾, 束月霞 申請人:江蘇大學(xué)