The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences (한국전자통신학회논문지)

Korea Institute of Electronic Communication Science (한국전자통신학회)
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Design and Implementation of Cattle Estrus Detection System based on Wireless Communication and Internet of Things

무선 통신과 사물인터넷 기반의 소 발정 관찰 시스템 설계 및 구현

  • Lee, Ha-Woon (Dept. of Electric Railway Convergence Science, Dongyang University)
  • 이하운 (동양대학교 철도전기융합학과)
  • Received : 2018.09.17
  • Accepted : 2018.12.15
  • Published : 2018.12.31
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Abstract

Cattle estrus detection system based on Internet of Things is designed and implemented by using Arduino pro-mini, gyroscope, acceleration sensor, bluetooth master and slave module. The implemented system measures cattle's moving and the measured data are transmitted to the computer connected to RX module by bluetooth TX module. They are plotted in 2-dimensional graph on the computer monitor and the number of transition at each sensor axis are calculated from the graph. The detected and gathered data from the system are analyzed by the proposed algorithm to decide which cows are in the estrus or not. The method to apply bluetooth scatternet is shown and the proposed system can be used to increase the success rate of artificial insemination in normal estrus by detecting the cow's behaviors such as the number of jumping. In this paper, the implemented cattle behavior detecting the system(TX module) are strapped on cattle's leg and it measures the cattle behaviors for determining where that a cattle is estrus or not by the proposed algorithm.

아두이노 프로 미니, 가속도 및 자이로 센서, 블루투스 마스터 및 슬레이브 모듈을 이용하여 사물인터넷 기반의 소 행동 특성을 관찰할 수 있는 알고리듬을 제안하고 이의 실현을 위한 시스템을 설계하고 구현하였다. 구현된 시스템을 통해 소의 행동을 측정하였으며, 측정된 데이터를 센서를 부착한 블루투스 송신 모듈을 통해 컴퓨터에 연결된 수신 모듈로 전송하여 컴퓨터에서 실시간으로 소의 움직임 변화를 그래프를 통해 나타내었으며 이를 통해 발정 상태를 판단할 수 있는 알고리듬을 제시하였다. 이를 위한 블루투스 스캐터넷 적용방안을 제시하고, 제안한 알고리듬과 구현된 시스템에 의해 소의 발정 상태를 판단하며, 이는 소의 인공수정에 의한 번식력 향상에 도움을 줄 수 있다. 본 논문에서는 구현한 시스템을 소의 다리에 실제로 부착하여 데이터를 측정하고, 제안한 알고리듬에 의해 발정 유무를 판단하였다.

Keywords

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그림 1. 가속도 및 자이로 센서 측정 방향 Fig. 1 The measuring direction of acceleration and gyroscope sensors

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그림 2. 블루투스 피코넷 구조 Fig. 2 Bluetooth piconet structure

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그림 3. 시스템 네트워크 개요 Fig. 3 System network

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그림 4. 구현된 시스템 블록도 (a) 송신 모듈 (b) 수신 모듈 Fig. 4 Block diagram of the implemented system (a) TX module (b) RX module

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그림 5. 소의 발정을 여부를 판단하는 알고리듬 Fig. 5 The algorithm to decide cattle’s estrus

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그림 6. (a) 수신모듈 및 모니터링 장치 (b) LiPo 배터리를 사용한 송신모듈 (c) 3-D 프린터를 사용하여 구현된 밴드 형태의 송신모듈 (d) 소의 다리에 부착한 송신모듈 Fig. 6 (a) The RX module and monitoring system (b) The TX module using LiPo battery (c) The band type TX module implemented by 3-D printer (d) The TX module wore on the cattle’s leg

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그림 7. 구현된 시스템에서 센서축과의 관계 Fig. 7 The relation between the implemented system and its sensor axis

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그림 9. 소의 다리에 송신모듈을 부착하고 측정한 자료(a) 승가한 상태에서 이동하는 경우 (b) 승가를 반복하는 경우 Fig. 9 The measured plot under wearing the TX module on the cattle’s leg (a) in case of jumping and moving (b) in case of jumping repeatedly

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그림 8. 구현된 시스템에 대한 소의 행동과 센서축과의 상관관계 분석을 위한 그래프 Fig. 8 1-D plot to analyze the correlation between cattle’s behavior and sensor axis

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