自動化監控奶牛採食裝置的製作方法

2023-06-22 19:49:41 6

本發明涉及動物養殖技術領域，尤其涉及一種自動化監控奶牛採食裝置。

背景技術：

近年來，我國畜牧養殖業得到迅速的發展，以奶牛養殖為例，目前我國奶牛存欄量已達到1500萬頭，佔全球的8%左右，牛奶產量躍居世界第三。但由於我國人口基數大，人均佔有量僅為世界平均水平的1/3，每年需要進口大量的乳製品。

我國雖然是個奶牛養殖大國，但不是奶牛養殖強國，與世界水平相比，奶牛的養殖水平還比較低，主要表現在：總體規模小，養殖觀念落後；飼料的營養配比不合理，飼料成本高；奶產量低，乳品質量有待提高等，造成上述不足的主要原因在於設施落後及飼養管理等因素，如現在奶牛場用於奶牛群養的設施較落後，在餵養時，牛場的養殖方式都是開放式養殖，即在整條的料槽中倒入餵料，牛可以在任意時間，任意位置進食，採食量無法進行統計，導致奶牛食量不均，有的吃得多，有的吃的少，造成肥瘦不均，群體的一致性差，影響奶牛的產奶量，在個體出現進食問題後，無法及時將信息反饋給飼養人員，做出響應的保護措施。同時在做飼料研究時，需要將牛群分組做實驗，如果不能對奶牛進食行為進行控制，則無法進行實驗研究的開展工作。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對已有技術存在的問題，提供一種自動化監控奶牛採食裝置，以開拓國內奶牛養殖領域在自動化控制及分配奶牛進食信息方面的工作，提出一種奶牛進食信息的控制方法，對進行奶牛飼料營養學的工作做出幫助。

為達到上述目的，本發明的構思是：一種自動化監控奶牛採食裝置，該裝置包括飼餵站、數字耳標、下位機儀表和遠程中央管理計算機，遠程中央管理計算機中存儲有奶牛的身份編碼信息、飼養料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數理統計資料庫和實時監控界面。飼餵站包括：易於拆卸的料槽；其安裝底座處設置兩組平衡梁式稱重傳感器；用於檢索奶牛位置的光電開光信號；分辨奶牛信息的射頻識別器；由氣動閥自動控制進食閘門。奶牛耳標為無源電子耳標載有奶牛身份編碼信息，用於安裝在奶牛的耳朵上。下位機儀表採集飼餵站信息並與上位機計算機進行信息交互，根據設置的奶牛-料槽-草料控制信息自動控制閘門的啟閉，並實時記錄奶牛的採食信息，並將數據保存與計算機資料庫中。

在使用上述自動化監控奶牛採食裝置時，奶牛在每次擠奶過後，處於飢餓狀態自動走向飼餵站，在當奶牛走近頸夾採食時，奶牛頭部與頸部阻斷上光電對射開關的光路，此時觸發射頻讀卡器讀取牛號，檢索牛號對應的餵養飼料號是否一致，信息一致則儀表控制發出記錄指令，記錄下吃料前飼料重量值及牛號保存至上位機資料庫中；控制器使電磁氣動閥得電，餵料槽閘門打開。在奶牛進食過程中，下光電得電，則表明奶牛開始進食，在上下光路未恢復前，控制器不做任何處理處於待機狀態，當上下光電開關的光路導通，說明奶牛離開，上位機發出指令控制閘門關閉，並記錄下吃料後飼料重，完成一次完整進食數據記錄後，清空該控制模塊中數據，等待下頭牛繼續觸發命令。

通過上述描述可知，自動化監控奶牛採食裝置實現對牛群中每個個體定義並分配各自的進食草料，能做到對奶牛信息與進食信息的控制，在定義好分配信息後，系統全自動控制各路飼餵站的工作，節省大量的人力物力，同時計算機能實時監控各個料槽的工作情況，將奶牛信息、草料重量等重要信息保存下來，方便實驗人員的分析與處理。

根據上述發明構思，本發明自動化監控奶牛採食裝置採用如下技術方案：一種自動化監控奶牛採食裝置包括：飼餵站i、下位機稱重儀表ⅱ和遠程中央管理計算機ⅲ，其特徵在於：所述飼餵站i電氣連接下位機稱重儀表ⅱ，遠程中央管理計算機ⅲ通過通訊網絡連接下位機稱重儀表ⅱ和飼餵站i。飼餵站i為被控制對象，由機械機構、控制元件、信息採集元件構成。下位機稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個下位機稱重儀表ⅱ控制兩個飼餵站i的工作，收集飼餵站i中的數字量、開關量及模擬量信息，利用通訊模塊與遠程中央管理計算機ⅲ進行信息交互。遠程中央管理計算機ⅲ為控制中心，具備存儲有奶牛的身份編碼信息、飼養料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數理統計資料庫和實時監控的能力，通過和下位機稱重儀表ⅱ的信息傳輸來控制飼餵站i的工作。

所述飼餵站i包括：採食槽1、牛頸架2、閘門軌道3、閘門4、穿線槽立柱5、光電器6、射頻感應器7、反光鏡8、氣缸9、連接立柱10、f型連接板11、稱重傳感器12、稱重底座13和安裝槽型件14。

所述的下位機稱重儀表ⅱ，飼餵站i與遠程中央管理計算機ⅲ之間的媒介，其控制對象包括射頻讀卡器rs-232通訊、氣閥的開關量控制、光電傳感器的信號、稱重傳感器的模擬量信號及與遠程中央管理計算機ⅲ之間的通訊協議；按照被控制對象的信號設計出下位機稱重儀表ⅱ：基於arm7的lpc2378為核心微處理器設計開發各組件接口，gf-12zh型稱重傳感器通過高速光電隔離後經過24位高精度的a/d轉換器，實現對稱重數據的採集；飼餵站i中的光電器由開關量輸入電路採集；繼電器輸出由開關量輸出電路控制；射頻讀卡器為rs-232信號，通過max3232晶片實現採集；與遠程中央管理計算機ⅲ之間通過dp通訊晶片spc3實現數據的交互；fram為掉電保護寄存器儲存設定的參數；鍵盤和顯示對下位機稱重儀表ⅱ進行參數設置；其設計性能指標有：支持模擬稱臺最多支持8個350ohm模擬傳感器、150000顯示分度精度、5v激勵，0-20mv輸入信號範圍，支持2mv/v和3mv/v傳感器、6位led段碼、一路rs232串口、多路輸入/輸出選件板、profibus-dp選件板。

所述的遠程中央管理計算機ⅲ軟體採用labview軟體編寫，包括前面板布局設計和後面板程序編程；前面板設計功能包括：登陸界面、控制模式選擇、剩料加料統計、實時監控界面、奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息、歷史數據查詢；後面板程序編程包括：基於datasocket技術實現與opcserver的通訊模塊、實時重量處理模塊、主控制邏輯模塊、access資料庫模塊及輔助功能模塊。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進步：

1、將常規耳標改為數字耳標，利用射頻技術對數字耳標內奶牛的身份信息進行定義和識別，優於傳統手工記錄和錄像識別的方式。

2、下位機稱重儀表的開發，將飼餵站中的控制元件、採集元件的功能集成一體，使得整個裝置有極好的控制性能和強大的數據採集功能，實現的全自動化控制。

3、上位機計算機軟體將下位機稱重儀表的功能進一步放大，實現實驗室與牛舍間信息的統一，並能將採集的數據進行處理分析，徹底脫離人力記錄的繁瑣和提高了數據的可靠性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。

圖1是自動化監控奶牛採食裝置整體結構示意圖。

圖2是自動化監控奶牛採食裝置飼餵站正視圖。

圖3是自動化監控奶牛採食裝置飼餵站左視圖。

圖4是下位機稱重儀表工作程序框圖。

圖5是下位機稱重儀表軟體結構框圖。

圖6是上位機軟體labview面板構架框圖。

圖7是自動化監控奶牛採食裝置控制程序框圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例結合附圖詳述如下：

實施例一：參見圖1，本自動化監控奶牛採食裝置包括：飼餵站i、下位機稱重儀表ⅱ和遠程中央管理計算機ⅲ，其特徵在於：所述飼餵站i電氣連接下位機稱重儀表ⅱ，遠程中央管理計算機ⅲ通過通訊網絡連接下位機稱重儀表ⅱ和飼餵站i。飼餵站i為被控制對象，由機械機構、控制元件、信息採集元件構成。下位機稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個下位機稱重儀表ⅱ控制兩個飼餵站i的工作，收集飼餵站i中的數字量、開關量及模擬量信息，利用通訊模塊與遠程中央管理計算機ⅲ進行信息交互。遠程中央管理計算機ⅲ為控制中心，具備存儲有奶牛的身份編碼信息、飼養料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數理統計資料庫和實時監控的能力，通過和下位機稱重儀表ⅱ的信息傳輸來控制飼餵站i的工作。

實施例二：參見圖2~圖3，本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下：所述飼餵站i包括：採食槽1、牛頸架2、閘門軌道3、閘門4、穿線槽立柱5、光電器6、射頻感應器7、反光鏡8、氣缸9、連接立柱10、f型連接板11、稱重傳感器12、稱重底座13和安裝槽型件14。

根據現有散欄或栓系式結構安裝與採食槽1固連的牛頸架2，並在牛頸架2上焊接閘門軌道3；每隔兩組牛頸架2設立兩個連接立柱10，兩組牛頸架2之間設立穿線槽立柱5，都通過焊接固定；在牛頸架2一側利用插銷和彈性擋圈來安裝固定尾部軸銷式氣缸9，利用氣缸9的行程的可靠性和控制的穩定性來聯接推動閘門4；在氣缸9靠近閘門軌道3側，根據奶牛脖頸的寬度來安裝兩組反光鏡8，其作用是用來檢測奶牛的進食狀態；氣缸9的活塞杆一端與閘門4底部之間通過f型連接板11利用螺栓連接；在牛頸架2對應氣缸9的另一側通過焊接來安裝光電器6，光電器6與反光鏡8位置相平行相對，保證對射無幹擾，通過上下兩組對射光電的反饋信號可以準確地判斷奶牛進槽後的位置和進食狀態；在閘門4正上方將射頻感應器7通過螺栓固定在牛頸架2頂部，安裝在牛頸架2頂部有利於射頻信號感應奶牛耳標內的信息，同時合適的高度可以防止奶牛在整個進食過程觸碰和損壞射頻感應器7；在每組牛頸架2前，根據採食槽1的安放尺寸，在地面上固定兩組稱重底座13，在每組稱重底座13上放置稱重傳感器12，平面接觸保證受力均勻；採食槽1與稱重底座13之間通過安裝槽型件14連接，安裝槽型件14的結構既可以固定採食槽1又可以通過手動移動位置來翻轉採食槽1，便於清理剩料。

實施例三：參見圖4~圖5，所述下位機稱重儀表ⅱ的硬體組成包括：接收射頻讀卡器的rs-232通訊模塊、profibus-dp通訊模塊、掉電保護fram寄存器模塊、稱重信號a/d轉換模塊、開關量輸入/輸出模塊、控制電源模塊、鍵盤及顯示模塊，通過電路將各個功能模塊連接；稱重儀表ⅱ軟體工作流程：利用ucos多任務作業系統編寫lpc2378晶片的內部代碼，實現各個模塊的正常調用，包括：射頻通訊任務、稱重處理任務、總線通訊任務、輸入輸出邏輯控制任務、顯示及鍵盤處理任務。射頻通訊任務的作用是：實現射頻讀寫器與儀表之間的數據的交互，完成射頻讀寫器的控制；稱重處理的作用是：稱重信號數字濾波處理後，轉換為32位浮點數存儲在內存地址中；總線通訊任務的作用是：將各個飼餵站的信息採集通過dp網絡協議與上位機遠程中央管理計算機ⅲ的通訊；輸入輸出邏輯控制任務的作用是：檢索下位機稱重儀表ⅱ內部信號與外部信號，實現對開關量信號進行控制；顯示及鍵盤處理任務的作用是：設置下位機稱重儀表ⅱ參數及顯示各類參數功能；設計性能指標為：支持模擬稱臺最多支持8個350ohm模擬傳感器、150000顯示分度精度、5v激勵，0-20mv輸入信號範圍，支持2mv/v和3mv/v傳感器、7位led段碼、一路rs232串口、多路輸入/輸出選件板、profibus-dp選件板。

實施例四：參見圖6~圖7，所述上位機遠程中央管理計算機ⅲ採用labview軟體編寫，包括前面板布局設計和後面板程序編程；前面板設計如圖6所示，包括：登陸界面、控制模式選擇、剩料加料統計、實時監控界面、奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息、歷史數據查詢；登陸界面的作用是：設置登陸密碼及管理員設置；控制模式選擇的作用是：可切換下位機稱重儀表手動控制及上位機自動控制兩種模式，手動模式便於操作人員對牛群的前期培訓，自動模式為採集狀態，系統自動控制；剩料加料統計的作用是：可以選擇任意的草料組，生成統計表；實時監控界面的作用是：可以監控奶牛信息、採食狀態及草料的實時重量；奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息這三個設計界面的作用是：完成奶牛信息、草料信息、料槽信息的錄入及匹配，實現奶牛與草料組之間多對多的匹配方式；歷史數據查詢的作用是：將access資料庫中的數據通過不同的指令輸出各類報表，包括：綜合數據檢索、奶牛編號檢索、料槽編號檢索及年月日消耗；後面板程序編程包括：基於datasocket技術實現與opcserver的通訊編程模塊、實時重量處理模塊、主控制邏輯模塊、access資料庫模塊及輔助功能模塊；通訊模塊的作用是：實現下位機稱重儀表ⅱ與遠程中央管理計算機ⅲ之間的數據的解碼，將儀表信息解析為為對應的控制指令；實時重量處理模塊的作用是：將採集的單片機內表示重量的32位浮點數處理為10進位數，從而實時顯示各飼餵站的草料重量信息；主控制邏輯模塊的控制邏輯如圖7所示，當奶牛進入採食區遮住上光電後，下位機稱重儀表ⅱ得到信號發送至上位機遠程中央管理計算機ⅲ，上位機遠程中央管理計算機ⅲ觸發射頻讀寫器的讀功能，在規定時間內，未得到數字耳標信息，則程序重新發送讀命令，直至讀到卡號，判斷卡號信息是否與設置奶牛-草料-料槽三者信息一致，信息符合則打開閘門，並將試驗數據保存與上位機遠程中央管理計算機ⅲ的access資料庫中，通過上下光電的指示來判斷奶牛的進食情況。奶牛離開採食區後，進食結束保存終止採食數據。各個子系統採用巡檢模式，一次完整採集結束後，系統等待，直至下一次信號的觸發；access資料庫模塊的作用是：存儲每個飼餵站觸發主邏輯模塊後數據的讀寫指令；輔助功能模塊的作用是：完善前面板的按鍵，選項、保存、刪除等指令功能，使得系統能正常運行。