Добавлен: 23.06.2026
Просмотров: 12
Скачиваний: 1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»
Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова
Выпускная квалификационная работа
по направлению 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Система контроля состояния здоровья лошадей
студента образовательной программы бакалавриата «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Куницына Елена Николаевна
Рецензент - к.т.н., доцент ДКИ Полесский С.Н.
Научный руководитель - д.т.н. Иванов И.А.
Москва 2019
Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе представлено описание процесса разработки устройства, предназначенного для контроля здоровья лошади. Особенность данного электронного прибора заключается в использовании нового метода определения фаз сна, основанного на анализе положения тела в пространстве через определенные промежутки времени. В результате проведенной работы был проведен обзор и анализ существующих аналогов устройства и была выявлена необходимость в данном типе приборов. Разработана схема и топология печатной платы, и кроме того, был разработан печатный узел на базе микропроцессора Atmega8-16AU с передачей информации по радиопередатчику.
Annotation
This final qualification paper presents a description of the development of a device designed to monitor the health of a horse. The peculiarity of this electronic device is the use of a new method for determining the phases of horse's sleep, based on an analysis of the position of the body in space at certain intervals. As a result of the work carried out, a review and analysis of existing analogues of the device was made and the need for this type of devices was identified. A layout and topology of the printed circuit was also developed, and in addition, a printed circuit was developed based on the Atmega8-16AU microprocessor with the transfer of information via a radio transmitter.
Введение
История разведения лошадей берет свое начало еще в 4 тысячелетии до н.э., когда лошади стали постоянными помощниками человека в выполнении сельскохозяйственных работ, а также в военном и транспортном деле. С течением времени сельскохозяйственное и военное значение лошадей пошло на спад и, на сегодняшний день самая большая сфера использования лошадей - это спортивная верховая езда. Эффективность и успех лошади на соревнованиях напрямую зависит от состояния ее здоровья, которое несмотря на размер и массу лошади является достаточно хрупким: лошадь подвержена большому количеству различных заболеваний, недомоганий и травм. Таким образом, здоровье лошади требует постоянного контроля и надзора со стороны конюхов и ветеринаров. В больших конезаводах такая забота о каждом животном является достаточно трудоемким процессом, и поэтому было разработано большое количество различных устройств для автоматического регулирования различных параметров, отвечающих за здоровое состояние лошади.
Однако существующие на данный момент устройства для усовершенствования коневодства не предлагают каких-либо аналогов для контроля сна лошади в частности и здоровья лошади в целом. Наличие такого типа устройств является актуальным для конезаводов с большим количеством особей в табуне, так как данное устройство дает возможность уменьшить количество рабочей силы необходимой для контроля большого количества животных. Кроме того, данный прибор также будет актуален для частных заводчиков, так как облегчит задачу содержания животного.
В рамках дипломной работы будет описан вопрос развития новых технологий, которые позволят упростить процесс разведения лошадей. Целью данной работы является создание устройства, которое по определенным выбранным характеристикам будет осуществлять контроль состояния животного.
Оглавление
- Глава 1
- 1.1 Обзор оборудования
- 1.2 Анализ оборудования для контроля здоровья животных
- 1.3 Анализ характеристик здоровья лошади
- 1.4 Постановка цели и задач
- Глава 2. Разработка прототипа устройства
- 2.1 Подбор комплектующих
- 2.1.1 Микроконтроллер
- 2.1.2 Акселерометр
- 2.1.3 Радиопередатчик
- 2.1.4 GPS-модуль
- 2.1.5 Кварцевый резонатор
- 2.1.6 Линейный стабилизатор напряжения
- 2.1.7 Обвязочные элементы
- 2.2 Разработка схемы
- 2.2.1 Микроконтроллер
- 2.2.2 Кварцевый резонатор
- 2.2.3 Питание
- 2.2.4 Спецификация элементов
- 2.3 Разработка топологии печатной платы
- 2.4 Разработка модели корпуса
- 2.4.1 Чертежи
- 2.4.2 3D-модель
- 2.4.3 Исследование на вибрационную устойчивость
- 2.5 Разработка печатного узла
- Глава 3. Разработка алгоритма работы устройства
- 3.1 Определение характеристик
- 3.1.1 Диффузная сонливость
- 3.1.2 Поверхностный сон
- 3.1.3 Глубокий сон
- 3.2 Алгоритм
- Заключение
- Список литературы
Глава 1
1.1 Обзор оборудования
Наиболее распространенным оборудованием являются устройства для регуляции микроклимата в конюшне. Максимально полная система регуляции включает в себя: [1][2]
1. Термометры, которые измеряют температуру внутри и снаружи помещения.
В холодный сезон температура в конюшнях должна составлять в среднем от +5 градусов до +15 градусов.
2. Шумомеры, которые измеряют уровень шума.
3. Различные анализаторы газового состава атмосферы конюшен, которые измеряют уровни содержания газов (СО2, СО и NH3 и др.)
Наибольшие проблемы для конюшен вызывает аммиак по двум причинам: во-первых, данный газ крайне токсичен, во-вторых, он является компонентом выделений лошадей. Концентрация аммиака в конюшне не должна превышать 15-20 мг/куб. м., концентрация углекислого газа - не более 0,25%.
4. Анемометры для измерения подвижности воздуха в помещении.
Подвижность воздуха в помещении, где находятся лошади крайне важна, так как она отводит вредные газы, а также уменьшает воздействие сквозняков на животных. Очевидным показателем плохой подвижности воздуха (включая вентиляцию и теплоизоляцию) является конденсат, образующийся на стенах. Относительная подвижность воздуха комфортная для животных - 0,1-0,5 м/с.
5. Психрометры для измерения уровня влажности.
Относительная влажность воздуха в конюшне должна составлять 60-75%
6. Люксометры для измерения уровня освещенности помещения. Освещенность денников должна подходить внешним условиям. Основное освещение происходит при помощи естественного света через окна, соотношение которых к площади конюшни должно составлять 1:15.
7. Барометры для измерения атмосферного давления
Вторым прибором по частоте использования является система защиты табуна от насекомых. Примером такого оборудования является программируемая система управления насекомыми Shoo-fly, которая в удобное для пользователя время распыляет мелкий туман инсектицидов в местах скопления мух и комаров и эффективно убивает их.[3] Рекомендуемая длительность распыления длится 45-60 секунд и может происходить так часто, как это необходимо для того, чтобы обезопасить область от вредителей.
Данная система использует 2 основных вида инсектицидов:
1. Смесь 1, состоящая из природного инсектицида, который представляет собой комбинированную смесь пиретрима и пиперонил бутоксида, используется для быстрого уничтожения насекомых без грязных остатков. Данная смесь может быть использована в конюшнях, молочных амбарах, питомниках и других местах содержания животных, а также в любых пищевых и непродовольственных областях предприятий пищевой промышленности, консервных заводов, промышленных установок, пекарен, рисовых и пшеничных мельниц, табачных складов, элеваторов, складов и мест хранения для контроля и уничтожения вредных насекомых. Защищает животных от различных видов мух, комаров, мошек и клещей.
2. Смесь 2, являющийся сильной смесью комбинирования синтетических пиретроидов и пиперонил бутоксида, используется для создания долговременного и экономически эффективного раствора для борьбы с насекомыми, такими как моль, жуки, тараканы, муравьи, блохи, клещи, вши, постельные клопы, конские мухи и домашние мухи.
Рисунок 1 - Проводной цифровой таймер системы Shoo-fly
Вторым примером систем данного типа является прибор H-TRAP[4], который также предназначен для защиты лошадей от насекомых однако используется в корне отличную систему отпугивания.
H-TRAP устанавливается на улице, где работает без необходимости использования химикатов или электричества. Устройство состоит из большого черного шара, накрытого полупрозрачным колпаком. Шар сконструирован таким образом, что насекомые оценивают его как большое животное, соответственно большое количество насекомых слетается на него и пытается прокусить, и при неудачне взлетают вверх, где попадают в водяную ловушку. Обширные независимые испытания показали снижение количества мух лошади на 90-95% в областях, защищенных H-TRAP.
Рисунок 2 - H-trap. Полная сборка
А также популярными являются трекинговые системы, с помощью которых местонахождение животных можно отслеживать постоянно. Системы основаны на GPS, поэтому не нуждаются в дополнительном оборудовании. Один из видов таких систем - это цифровой воротник. Данное устройство помещается на шею животного и состоит из разных датчиков, GPS-модуля, и регулируемого ремня. [5]
Рисунок 3 - Digitanimal лошадиный GPS-трекер
Другой вариацией трекинговых систем являются электроизгороди, которые служат для похожих целей, однако имеют другой тип работы. Наиболее популярной системой подобного типа является Электроизгородь OLLI.
Электроизгородь для лошадей - это эффективный помощник для коннозаводчиков и фермеров, которые позволяют защитить животных от столкновения с автомобилем, случайно оказавшись на шоссе, при отсутствии принесения вреда полям.
Принцип действия данного устройства: через оголенный провод пропущен ток высокого напряжения растягивается по периметру охраняемой зоны, площадь которой не должны покидать лошади. вследствие того, что лошадь при соприкосновении с изгородью получает болезненный, но совершенно безвредный разряд, у животного отпадает желание заходить за изгородь. Соответственно исследованиям, даже дичащиеся особи, рвущиеся несколько раз, через две-три попытки пройти через изгородь принимают границы и не пытаются вырваться.
Электрический провод протягивается через столбики к генератору с заземлением, который которые генерирует импульсы заданной частоты и мощности. Обычно интервал между разрядами может составлять меньше секунды. Данная система для лошадей также является экономичной и универсальной в плане подведения питания. В качестве питания могут быть использованы:
· в сеть на 220B;
· аккумулятор на 12В;
· солнечные батареи [6]
1.2 Анализ оборудования для контроля здоровья животных
устройство контроль здоровье лошадь
Наибольшее развитие системы для контроля животных получили в сфере разведения и содержания коров, так как во-первых, на данный момент выращивание коров мясных и молочных пород на продажу является очень прибыльным бизнесом, а во-вторых, данные животные так же как и лошади требуют постоянного контроля за их здоровьем, что крайне сложно реализуемо в рамках человеческих ресурсов.
Одной из наиболее известных систем является SCR HEATIME PRO+. Данная система -- это мощная, но простая в использовании система на базе ПК для расширенного мониторинга стад молочных коров. Благодаря расширенным возможностям мониторинга, отслеживанию истории каждой особи на протяжении всей жизни и широким возможностям анализа данных, она устраняет ошибки и несоответствия в оценке репродуктивного здоровья, состояния питания и состояния здоровья каждой коровы. Это позволяет заблаговременным и упреждающим действиям смягчить все последствия инцидентов, которые мешают коровам достичь своего потенциала генетической продуктивности. Система обладает интуитивно понятным интерфейсом, а также поддержкой мобильного доступа, что позволяет легко получить доступ ко всем основным повседневным задачам из любого места и в любое время.
Основные направления, для которых применяется устройство:
· Повышение продуктивности всего стада с помощью мощного мониторинга состояния животных в режиме реального времени
· Раннее выявление проблем со здоровьем для проактивного, индивидуального управления здоровьем, что также включает в себя оценку проблем рациона
· Анализ факторов окружающей среды для поддержания оптимальных условий содержания
· Получение моментальных отчетов о состоянии здоровья, а также построения данных по истории
Таблица 1 - Основные характеристики SCR HEATIME PRO+. [7]
|
Наибольшее количество подсоединенных меток |
До 6000 |
|
|
Сохраненная и обрабатываемая история |
В течении жизненного цикла животного |
|
|
Группы |
Устройство позволяет разделять стадо на отдельные группы |
|
|
Животная карта |
В программе на каждое животное создается отдельная карта, где сохраняются все данные |
|
|
Предупреждения |
Все предупреждения отправляются владельцу на мобильный телефон или e-mail |
|
|
Языки |
Китайский, Английский, Японский, Русский, Турецкий |
|
|
Интерфейс |
Основным интерфейсом является интерфейс владельца, однако может быть создано несколько дополнительных виртуальных интерфейсов |
|
|
Покрытие дистанции |
Среднее покрытие SCR Radio Frequency Base Unit: 200-500 m |