本發(fā)明涉及動(dòng)物養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置。

背景技術(shù)：

近年來，我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)得到迅速的發(fā)展，以奶牛養(yǎng)殖為例，目前我國奶牛存欄量已達(dá)到1500萬頭，占全球的8%左右，牛奶產(chǎn)量躍居世界第三。但由于我國人口基數(shù)大，人均占有量僅為世界平均水平的1/3，每年需要進(jìn)口大量的乳制品。

我國雖然是個(gè)奶牛養(yǎng)殖大國，但不是奶牛養(yǎng)殖強(qiáng)國，與世界水平相比，奶牛的養(yǎng)殖水平還比較低，主要表現(xiàn)在：總體規(guī)模小，養(yǎng)殖觀念落后；飼料的營養(yǎng)配比不合理，飼料成本高；奶產(chǎn)量低，乳品質(zhì)量有待提高等，造成上述不足的主要原因在于設(shè)施落后及飼養(yǎng)管理等因素，如現(xiàn)在奶牛場用于奶牛群養(yǎng)的設(shè)施較落后，在喂養(yǎng)時(shí)，牛場的養(yǎng)殖方式都是開放式養(yǎng)殖，即在整條的料槽中倒入喂料，?？梢栽谌我鈺r(shí)間，任意位置進(jìn)食，采食量無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)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(chǎn)奶量，在個(gè)體出現(xiàn)進(jìn)食問題后，無法及時(shí)將信息反饋給飼養(yǎng)人員，做出響應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)在做飼料研究時(shí)，需要將牛群分組做實(shí)驗(yàn)，如果不能對奶牛進(jìn)食行為進(jìn)行控制，則無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的開展工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的問題，提供一種自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置，以開拓國內(nèi)奶牛養(yǎng)殖領(lǐng)域在自動(dòng)化控制及分配奶牛進(jìn)食信息方面的工作，提出一種奶牛進(jìn)食信息的控制方法，對進(jìn)行奶牛飼料營養(yǎng)學(xué)的工作做出幫助。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：一種自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置，該裝置包括飼喂站、數(shù)字耳標(biāo)、下位機(jī)儀表和遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有奶牛的身份編碼信息、飼養(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。飼喂站包括：易于拆卸的料槽；其安裝底座處設(shè)置兩組平衡梁式稱重傳感器；用于檢索奶牛位置的光電開光信號(hào)；分辨奶牛信息的射頻識(shí)別器；由氣動(dòng)閥自動(dòng)控制進(jìn)食閘門。奶牛耳標(biāo)為無源電子耳標(biāo)載有奶牛身份編碼信息，用于安裝在奶牛的耳朵上。下位機(jī)儀表采集飼喂站信息并與上位機(jī)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互，根據(jù)設(shè)置的奶牛-料槽-草料控制信息自動(dòng)控制閘門的啟閉，并實(shí)時(shí)記錄奶牛的采食信息，并將數(shù)據(jù)保存與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中。

在使用上述自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置時(shí)，奶牛在每次擠奶過后，處于饑餓狀態(tài)自動(dòng)走向飼喂站，在當(dāng)奶牛走近頸夾采食時(shí)，奶牛頭部與頸部阻斷上光電對射開關(guān)的光路，此時(shí)觸發(fā)射頻讀卡器讀取牛號(hào)，檢索牛號(hào)對應(yīng)的喂養(yǎng)飼料號(hào)是否一致，信息一致則儀表控制發(fā)出記錄指令，記錄下吃料前飼料重量值及牛號(hào)保存至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中；控制器使電磁氣動(dòng)閥得電，喂料槽閘門打開。在奶牛進(jìn)食過程中，下光電得電，則表明奶牛開始進(jìn)食，在上下光路未恢復(fù)前，控制器不做任何處理處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)上下光電開關(guān)的光路導(dǎo)通，說明奶牛離開，上位機(jī)發(fā)出指令控制閘門關(guān)閉，并記錄下吃料后飼料重，完成一次完整進(jìn)食數(shù)據(jù)記錄后，清空該控制模塊中數(shù)據(jù)，等待下頭牛繼續(xù)觸發(fā)命令。

通過上述描述可知，自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置實(shí)現(xiàn)對牛群中每個(gè)個(gè)體定義并分配各自的進(jìn)食草料，能做到對奶牛信息與進(jìn)食信息的控制，在定義好分配信息后，系統(tǒng)全自動(dòng)控制各路飼喂站的工作，節(jié)省大量的人力物力，同時(shí)計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)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(shí)驗(yàn)人員的分析與處理。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置采用如下技術(shù)方案：一種自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置包括：飼喂站i、下位機(jī)稱重儀表ⅱ和遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ，其特征在于：所述飼喂站i電氣連接下位機(jī)稱重儀表ⅱ，遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接下位機(jī)稱重儀表ⅱ和飼喂站i。飼喂站i為被控制對象，由機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制元件、信息采集元件構(gòu)成。下位機(jī)稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個(gè)下位機(jī)稱重儀表ⅱ控制兩個(gè)飼喂站i的工作，收集飼喂站i中的數(shù)字量、開關(guān)量及模擬量信息，利用通訊模塊與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ進(jìn)行信息交互。遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ為控制中心，具備存儲(chǔ)有奶牛的身份編碼信息、飼養(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力，通過和下位機(jī)稱重儀表ⅱ的信息傳輸來控制飼喂站i的工作。

所述飼喂站i包括：采食槽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(yīng)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(jī)稱重儀表ⅱ，飼喂站i與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)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(guān)量控制、光電傳感器的信號(hào)、稱重傳感器的模擬量信號(hào)及與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ之間的通訊協(xié)議；按照被控制對象的信號(hào)設(shè)計(jì)出下位機(jī)稱重儀表ⅱ：基于arm7的lpc2378為核心微處理器設(shè)計(jì)開發(fā)各組件接口，gf-12zh型稱重傳感器通過高速光電隔離后經(jīng)過24位高精度的a/d轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對稱重?cái)?shù)據(jù)的采集；飼喂站i中的光電器由開關(guān)量輸入電路采集；繼電器輸出由開關(guān)量輸出電路控制；射頻讀卡器為rs-232信號(hào)，通過max3232芯片實(shí)現(xiàn)采集；與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ之間通過dp通訊芯片spc3實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；fram為掉電保護(hù)寄存器儲(chǔ)存設(shè)定的參數(shù)；鍵盤和顯示對下位機(jī)稱重儀表ⅱ進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；其設(shè)計(jì)性能指標(biāo)有：支持模擬稱臺(tái)最多支持8個(gè)350ohm模擬傳感器、150000顯示分度精度、5v激勵(lì)，0-20mv輸入信號(hào)范圍，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(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ軟件采用labview軟件編寫，包括前面板布局設(shè)計(jì)和后面板程序編程；前面板設(shè)計(jì)功能包括：登陸界面、控制模式選擇、剩料加料統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息、歷史數(shù)據(jù)查詢；后面板程序編程包括：基于datasocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)與opcserver的通訊模塊、實(shí)時(shí)重量處理模塊、主控制邏輯模塊、access數(shù)據(jù)庫模塊及輔助功能模塊。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

1、將常規(guī)耳標(biāo)改為數(shù)字耳標(biāo)，利用射頻技術(shù)對數(shù)字耳標(biāo)內(nèi)奶牛的身份信息進(jìn)行定義和識(shí)別，優(yōu)于傳統(tǒng)手工記錄和錄像識(shí)別的方式。

2、下位機(jī)稱重儀表的開發(fā)，將飼喂站中的控制元件、采集元件的功能集成一體，使得整個(gè)裝置有極好的控制性能和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)化控制。

3、上位機(jī)計(jì)算機(jī)軟件將下位機(jī)稱重儀表的功能進(jìn)一步放大，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室與牛舍間信息的統(tǒng)一，并能將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，徹底脫離人力記錄的繁瑣和提高了數(shù)據(jù)的可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。

圖1是自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置飼喂站正視圖。

圖3是自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置飼喂站左視圖。

圖4是下位機(jī)稱重儀表工作程序框圖。

圖5是下位機(jī)稱重儀表軟件結(jié)構(gòu)框圖。

圖6是上位機(jī)軟件labview面板構(gòu)架框圖。

圖7是自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置控制程序框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下：

實(shí)施例一：參見圖1，本自動(dòng)化監(jiān)控奶牛采食裝置包括：飼喂站i、下位機(jī)稱重儀表ⅱ和遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ，其特征在于：所述飼喂站i電氣連接下位機(jī)稱重儀表ⅱ，遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接下位機(jī)稱重儀表ⅱ和飼喂站i。飼喂站i為被控制對象，由機(jī)械機(jī)構(gòu)、控制元件、信息采集元件構(gòu)成。下位機(jī)稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個(gè)下位機(jī)稱重儀表ⅱ控制兩個(gè)飼喂站i的工作，收集飼喂站i中的數(shù)字量、開關(guān)量及模擬量信息，利用通訊模塊與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ進(jìn)行信息交互。遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ為控制中心，具備存儲(chǔ)有奶牛的身份編碼信息、飼養(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力，通過和下位機(jī)稱重儀表ⅱ的信息傳輸來控制飼喂站i的工作。

實(shí)施例二：參見圖2~圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下：所述飼喂站i包括：采食槽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(yīng)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(jù)現(xiàn)有散欄或栓系式結(jié)構(gòu)安裝與采食槽1固連的牛頸架2，并在牛頸架2上焊接閘門軌道3；每隔兩組牛頸架2設(shè)立兩個(gè)連接立柱10，兩組牛頸架2之間設(shè)立穿線槽立柱5，都通過焊接固定；在牛頸架2一側(cè)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(wěn)定性來聯(lián)接推動(dòng)閘門4；在氣缸9靠近閘門軌道3側(cè)，根據(jù)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(jìn)食狀態(tài)；氣缸9的活塞桿一端與閘門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(yīng)氣缸9的另一側(cè)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，保證對射無干擾，通過上下兩組對射光電的反饋信號(hào)可以準(zhǔn)確地判斷奶牛進(jìn)槽后的位置和進(jìn)食狀態(tài)；在閘門4正上方將射頻感應(yīng)器7通過螺栓固定在牛頸架2頂部，安裝在牛頸架2頂部有利于射頻信號(hào)感應(yīng)奶牛耳標(biāo)內(nèi)的信息，同時(shí)合適的高度可以防止奶牛在整個(gè)進(jìn)食過程觸碰和損壞射頻感應(yīng)器7；在每組牛頸架2前，根據(jù)采食槽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；采食槽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(jié)構(gòu)既可以固定采食槽1又可以通過手動(dòng)移動(dòng)位置來翻轉(zhuǎn)采食槽1，便于清理剩料。

實(shí)施例三：參見圖4~圖5，所述下位機(jī)稱重儀表ⅱ的硬件組成包括：接收射頻讀卡器的rs-232通訊模塊、profibus-dp通訊模塊、掉電保護(hù)fram寄存器模塊、稱重信號(hào)a/d轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)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(gè)功能模塊連接；稱重儀表ⅱ軟件工作流程：利用ucos多任務(wù)操作系統(tǒng)編寫lpc2378芯片的內(nèi)部代碼，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的正常調(diào)用，包括：射頻通訊任務(wù)、稱重處理任務(wù)、總線通訊任務(wù)、輸入輸出邏輯控制任務(wù)、顯示及鍵盤處理任務(wù)。射頻通訊任務(wù)的作用是：實(shí)現(xiàn)射頻讀寫器與儀表之間的數(shù)據(jù)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(hào)數(shù)字濾波處理后，轉(zhuǎn)換為32位浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)在內(nèi)存地址中；總線通訊任務(wù)的作用是：將各個(gè)飼喂站的信息采集通過dp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與上位機(jī)遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ的通訊；輸入輸出邏輯控制任務(wù)的作用是：檢索下位機(jī)稱重儀表ⅱ內(nèi)部信號(hào)與外部信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行控制；顯示及鍵盤處理任務(wù)的作用是：設(shè)置下位機(jī)稱重儀表ⅱ參數(shù)及顯示各類參數(shù)功能；設(shè)計(jì)性能指標(biāo)為：支持模擬稱臺(tái)最多支持8個(gè)350ohm模擬傳感器、150000顯示分度精度、5v激勵(lì)，0-20mv輸入信號(hào)范圍，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(shí)施例四：參見圖6~圖7，所述上位機(jī)遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ采用labview軟件編寫，包括前面板布局設(shè)計(jì)和后面板程序編程；前面板設(shè)計(jì)如圖6所示，包括：登陸界面、控制模式選擇、剩料加料統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息、歷史數(shù)據(jù)查詢；登陸界面的作用是：設(shè)置登陸密碼及管理員設(shè)置；控制模式選擇的作用是：可切換下位機(jī)稱重儀表手動(dòng)控制及上位機(jī)自動(dòng)控制兩種模式，手動(dòng)模式便于操作人員對牛群的前期培訓(xùn)，自動(dòng)模式為采集狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)控制；剩料加料統(tǒng)計(jì)的作用是：可以選擇任意的草料組，生成統(tǒng)計(jì)表；實(shí)時(shí)監(jiān)控界面的作用是：可以監(jiān)控奶牛信息、采食狀態(tài)及草料的實(shí)時(shí)重量；奶牛分配草料、料槽分配草料、奶牛入庫信息這三個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)奶牛與草料組之間多對多的匹配方式；歷史數(shù)據(jù)查詢的作用是：將access數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過不同的指令輸出各類報(bào)表，包括：綜合數(shù)據(jù)檢索、奶牛編號(hào)檢索、料槽編號(hào)檢索及年月日消耗；后面板程序編程包括：基于datasocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)與opcserver的通訊編程模塊、實(shí)時(shí)重量處理模塊、主控制邏輯模塊、access數(shù)據(jù)庫模塊及輔助功能模塊；通訊模塊的作用是：實(shí)現(xiàn)下位機(jī)稱重儀表ⅱ與遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ之間的數(shù)據(jù)的解碼，將儀表信息解析為為對應(yīng)的控制指令；實(shí)時(shí)重量處理模塊的作用是：將采集的單片機(jī)內(nèi)表示重量的32位浮點(diǎn)數(shù)處理為10進(jìn)制數(shù)，從而實(shí)時(shí)顯示各飼喂站的草料重量信息；主控制邏輯模塊的控制邏輯如圖7所示，當(dāng)奶牛進(jìn)入采食區(qū)遮住上光電后，下位機(jī)稱重儀表ⅱ得到信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ，上位機(jī)遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ觸發(fā)射頻讀寫器的讀功能，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，未得到數(shù)字耳標(biāo)信息，則程序重新發(fā)送讀命令，直至讀到卡號(hào)，判斷卡號(hào)信息是否與設(shè)置奶牛-草料-料槽三者信息一致，信息符合則打開閘門，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存與上位機(jī)遠(yuǎn)程中央管理計(jì)算機(jī)ⅲ的access數(shù)據(jù)庫中，通過上下光電的指示來判斷奶牛的進(jìn)食情況。奶牛離開采食區(qū)后，進(jìn)食結(jié)束保存終止采食數(shù)據(jù)。各個(gè)子系統(tǒng)采用巡檢模式，一次完整采集結(jié)束后，系統(tǒng)等待，直至下一次信號(hào)的觸發(fā)；access數(shù)據(jù)庫模塊的作用是：存儲(chǔ)每個(gè)飼喂站觸發(fā)主邏輯模塊后數(shù)據(jù)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(xiàng)、保存、刪除等指令功能，使得系統(tǒng)能正常運(yùn)行。