CN110276419A - 一种鱼群动态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼群动态监测系统，涉及射频技术领域，该系统包括：鱼标签、至少两个标签读写器以及服务器，鱼标签设置在鱼类身上，至少两个标签读写器中的天线矩阵均设置在河道中，且至少两个天线矩阵在沿着河道的水流方向间隔预定距离，每个标签读写器分别通过网络通信单元与服务器建立通信连接；该系统可以有效检测到当前被监测的鱼群的动态，从而为鱼类繁殖及生态环境分析提供大数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其是一种鱼群动态监测系统。
背景技术
鱼类洄游是指鱼类因生理要求、遗传和外界环境因素等影响而产生的周期性的定向往返移动。了解鱼类洄游的习性和行为能够为鱼类繁殖和生态环境分析提供大数据支持。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种鱼群动态监测系统，该系统可以有效检测到当前被监测的鱼群的动态，从而为鱼类繁殖及生态环境分析提供大数据支持。
本发明的技术方案如下：
一种鱼群动态监测系统，该系统包括：鱼标签、至少两个标签读写器以及服务器，鱼标签设置在鱼类身上，鱼标签中至少包括天线组件和射频处理芯片，天线组件连接射频处理芯片，射频处理芯片中存储有鱼标签对应的标签数据，标签数据至少包括鱼标签的标签号，标签号唯一；每个标签读写器中至少包括主控单元、射频通信单元、天线矩阵以及网络通信单元，主控单元分别连接射频通信单元和网络通信单元，射频通信单元连接天线矩阵，每个标签读写器分别通过网络通信单元与服务器建立通信连接；至少两个标签读写器中的天线矩阵均设置在河道中，且至少两个天线矩阵在沿着河道的水流方向间隔预定距离；每个标签读写器用于通过天线矩阵感应鱼标签并获取鱼标签对应的标签数据，标签读写器还用于通过网络通信单元将感应到的标签数据发送给服务器，服务器用于根据各个标签读写器发送的各个标签数据确定鱼群动态。
其进一步的技术方案为，每个天线矩阵包括至少两个天线单元，至少两个天线单元朝向河道的水流方向并列设置，天线矩阵采用轮询的方式进行工作，相邻设置的两个天线单元不同时工作。
其进一步的技术方案为，鱼标签包括封装外壳、射频处理芯片和天线组件，射频处理芯片和天线组件分别设置在封装外壳中，封装外壳中通过注满电子胶水实现真空。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种鱼群动态监测系统，该系统通过各个标签读写器利用设置在河道中的天线矩阵感应鱼标签，再通过服务器对各个标签读写器感应的标签数据进行大数据汇总和分析，就能有效检测到当前被监测的鱼群的动态，从而为鱼类繁殖及生态环境分析提供大数据支持。
附图说明
图1是本申请公开的鱼群动态监测系统的系统结构图。
图2是本申请中的鱼标签的结构示意图。
图3是本申请中的标签读写器的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种鱼群动态监测系统，该系统可以有效检测到当前被监测的鱼群的动态，从而为鱼类繁殖及生态环境分析提供大数据支持。请参考图1的系统结构图，该系统包括：鱼标签10、至少两个标签读写器以及服务器30，图1以该系统包括第一标签读写器21以及第二标签读写器22为例。
鱼标签10设置在鱼类身上，通常是植入鱼体内，当需要对某一鱼群的动态进行监测时，随机选取这一鱼群中的若干条鱼来植入鱼标签，则这些植入鱼标签的鱼的动态可以反映该鱼群的动态。请参考图2示出的鱼标签10的结构示意图，每个鱼标签10分别包括封装外壳11、射频处理芯片12和天线组件13，在本申请中，天线组件13为磁棒天线，射频处理芯片12和天线组件13分别设置在封装外壳11中，且射频处理芯片12与天线组件13相连。根据液体压力公式，P＝ρgh，P是压强，ρ是液体密度，g＝9.8N/KG，h是深度，由于鱼标签10设置在鱼类身上，当鱼类下潜的深度越来越深时，深度h的值就越来越大，鱼标签10受到的水的压强就会越来越大，因此若鱼标签10内部存在空气，则当鱼标签10受到的水的压强大于内部空气提供的气压时，鱼标签10就会发生破裂影响正常使用，因此本申请对鱼标签10进行抽真空处理，具体的做法是，使用特殊的电子胶水14，使用专用搅拌装置，先去除电子胶水14中的气泡，然后使用专用注入装置，沿着封装外壳11的管壁，将电子胶水14注入封装外壳11内，注入至一半时，置入射频处理芯片12和天线组件13，然后继续注入直至电子胶水14注满整个封装外壳11，从而将封装外壳11内的空气排出，实现真空。注入电子胶水的速度、过程手法工艺都是经过严格管控的。
请参考图3示出的标签读写器的电路结构图，每个标签读写器中至少包括主控单元、射频通信单元、天线矩阵以及网络通信单元，主控单元分别连接射频通信单元和网络通信单元，射频通信单元连接天线矩阵。主控单元是标签读写器的核心部分，主要用于执行处理人机操作指令、控制射频通信单元读取操作指令、解析获取数据进行内部解码编译，以及将数据传输到服务器等操作，因此主控单元通常采用高性能、低功耗的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)来实现，比如采用STM32F103系列处理器，本申请对此不做限定。射频通信单元与天线矩阵配合工作以实现射频通信功能，网络通信单元可以实现为任意一款网络通信芯片，实际实现时，标签读写器中还包括供电电源等其他组件，本申请不再一一赘述。该至少两个标签读写器中的天线矩阵均设置在鱼类洄游必经的河道中，且至少两个天线矩阵在沿着河道的水流方向间隔预定距离，该预定距离为预设的经验值，比如每两个天线矩阵之间相隔2米设置。每个天线矩阵中分别包括若干个天线单元，通常情况下，每个天线矩阵包括至少两个天线单元，如图3以每个天线矩阵分别包括4个天线单元为例，这至少两个天线单元朝向河道的水流方向并列设置。同时，每个标签读写器还分别通过自身包括的网络通信单元与服务器30建立通信连接以实现数据传输。
本申请中的鱼标签与各个标签读写器基于RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)技术协同工作，该系统的工作原理如下：
本申请中的鱼标签10为被动式标签，没有内部供电电源，正常情况下其内部的射频处理芯片不工作。各个标签读写器分别通过各自的天线矩阵发射预定频率的射频信号，比如发射频率为134.2KHZ的低频电磁频率波，该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器的天线矩阵和鱼标签10的天线组件间存在着变压器耦合作用，通过读写器交变场的作用在鱼标签10内置的天线组件中感应的电压被整流,可作供电电压使用，因此当拥有鱼标签10的鱼类游过天线矩阵进入其工作范围内时，鱼标签10内部的天线组件13接收到该预定频率的电磁波，从而产生感应电流并对射频处理芯片12进行驱动，当天线组件13接收到足够强度的讯号时，射频处理芯片12被激活，射频处理芯片12向外发射存储的该鱼标签10对应的标签数据，标签数据至少包括该鱼标签10的标签号，每个标签号都是唯一的。标签读写器通过天线矩阵感应并接收鱼标签10发送的信号，进行数据编译后获得鱼标签10对应的标签数据，各个标签读写器通过网络通信单元将感应到的标签数据发送给服务器30，在如图1所示的系统图中，当拥有鱼标签10的鱼类游过第一标签读写器21中的天线矩阵时，第一标签读写器21感应到标签数据并发送给服务器30；当该鱼继续游过第二标签读写器22中的天线矩阵时，第二标签读写器22感应到标签数据并发送给服务器30，服务器30根据各个标签读写器发送的各个标签数据即可确定鱼群动态，比如通过计算鱼标签10通过第一标签读写器21中的天线矩阵和第二标签读写器22中的天线矩阵的先后时间，根据预设的逻辑即可判断出鱼群当前时游出状态还是游回状态，其余的鱼群动态也可以根据需要获得。
需要说明的是，由于每个天线矩阵中的若干个天线单元都是并列设置，若所有天线单元都同时工作，则天线单元彼此之间会互相干扰从而大幅度降低整个天线矩阵的有效读取范围，实验证明，在所有天线单元都同时工作的情况下，整个天线矩阵的读取范围仅包括天线矩阵周围约0.5cm的范围，这种读取范围在本申请中毫无意义，漏读的概率非常大。因此本申请中的标签读写器控制每个天线矩阵中的若干个天线单元采用轮询的方式进行工作，相邻设置的两个天线单元不同时工作，比如在图1所示的天线矩阵中，若天线矩阵依次包括A、B、C、D四个天线单元，则该天线矩阵的工作过程为：A和C都工作、B和D都不工作；A和C都不工作、B和D都工作，如此循环。这种轮询工作模式有效地屏蔽了天线单元之间的相互干扰，有效提高了整个天线矩阵的检测范围，据实验数据表明，在采用轮询工作模式的情况下，每个天线矩阵的读取范围为包括天线矩阵周围约15cm的范围，只要鱼类进入这个范围就可以被检测到，有效地防止漏读。同时天线单元之间切换工作，整个循环在4ms内完成，轮询的速度极快，因此也不会因为天线单元切换而发生漏读。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种鱼群动态监测系统，其特征在于，所述系统包括：鱼标签、至少两个标签读写器以及服务器，所述鱼标签设置在鱼类身上，所述鱼标签中至少包括天线组件和射频处理芯片，所述天线组件连接所述射频处理芯片，所述射频处理芯片中存储有所述鱼标签对应的标签数据，所述标签数据至少包括所述鱼标签的标签号，所述标签号唯一；每个所述标签读写器中至少包括主控单元、射频通信单元、天线矩阵以及网络通信单元，所述主控单元分别连接所述射频通信单元和所述网络通信单元，所述射频通信单元连接所述天线矩阵，每个所述标签读写器分别通过网络通信单元与所述服务器建立通信连接；所述至少两个标签读写器中的天线矩阵均设置在河道中，且至少两个天线矩阵在沿着河道的水流方向间隔预定距离；每个所述标签读写器用于通过天线矩阵感应所述鱼标签并获取所述鱼标签对应的标签数据，所述标签读写器还用于通过网络通信单元将感应到的标签数据发送给所述服务器，所述服务器用于根据各个标签读写器发送的各个标签数据确定鱼群动态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个天线矩阵包括至少两个天线单元，所述至少两个天线单元朝向河道的水流方向并列设置，所述天线矩阵采用轮询的方式进行工作，相邻设置的两个天线单元不同时工作。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述鱼标签包括封装外壳、射频处理芯片和天线组件，所述射频处理芯片和天线组件分别设置在所述封装外壳中，所述封装外壳中通过注满电子胶水实现真空。
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