本發(fā)明涉及動物養(yǎng)殖技術領域，尤其涉及一種自動化監(jiān)控奶牛采食裝置。

背景技術：

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，每年需要進口大量的乳制品。

我國雖然是個奶牛養(yǎng)殖大國，但不是奶牛養(yǎng)殖強國，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)的設施較落后，在喂養(yǎng)時，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間，任意位置進食，采食量無法進行統(tǒng)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(chǎn)奶量，在個體出現(xiàn)進食問題后，無法及時將信息反饋給飼養(yǎng)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(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對已有技術存在的問題，提供一種自動化監(jiān)控奶牛采食裝置，以開拓國內(nèi)奶牛養(yǎng)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(yǎng)學的工作做出幫助。

為達到上述目的，本發(fā)明的構思是：一種自動化監(jiān)控奶牛采食裝置，該裝置包括飼喂站、數(shù)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(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時監(jiān)控界面。飼喂站包括：易于拆卸的料槽；其安裝底座處設置兩組平衡梁式稱重傳感器；用于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，用于安裝在奶牛的耳朵上。下位機儀表采集飼喂站信息并與上位機計算機進行信息交互，根據(jù)設置的奶牛-料槽-草料控制信息自動控制閘門的啟閉，并實時記錄奶牛的采食信息，并將數(shù)據(jù)保存與計算機數(shù)據(jù)庫中。

在使用上述自動化監(jiān)控奶牛采食裝置時，奶牛在每次擠奶過后，處于饑餓狀態(tài)自動走向飼喂站，在當奶牛走近頸夾采食時，奶牛頭部與頸部阻斷上光電對射開關的光路，此時觸發(fā)射頻讀卡器讀取牛號，檢索牛號對應的喂養(yǎng)飼料號是否一致，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保存至上位機數(shù)據(jù)庫中；控制器使電磁氣動閥得電，喂料槽閘門打開。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于待機狀態(tài)，當上下光電開關的光路導通，說明奶牛離開，上位機發(fā)出指令控制閘門關閉，并記錄下吃料后飼料重，完成一次完整進食數(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，自動化監(jiān)控奶牛采食裝置實現(xiàn)對牛群中每個個體定義并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，在定義好分配信息后，系統(tǒng)全自動控制各路飼喂站的工作，節(jié)省大量的人力物力，同時計算機能實時監(jiān)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(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明自動化監(jiān)控奶牛采食裝置采用如下技術方案：一種自動化監(jiān)控奶牛采食裝置包括：飼喂站i、下位機稱重儀表ⅱ和遠程中央管理計算機ⅲ，其特征在于：所述飼喂站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(wǎng)絡連接下位機稱重儀表ⅱ和飼喂站i。飼喂站i為被控制對象，由機械機構、控制元件、信息采集元件構成。下位機稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個下位機稱重儀表ⅱ控制兩個飼喂站i的工作，收集飼喂站i中的數(shù)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(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時監(jiān)控的能力，通過和下位機稱重儀表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，飼喂站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(xié)議；按照被控制對象的信號設計出下位機稱重儀表ⅱ：基于arm7的lpc2378為核心微處理器設計開發(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，實現(xiàn)對稱重數(shù)據(jù)的采集；飼喂站i中的光電器由開關量輸入電路采集；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芯片實現(xiàn)采集；與遠程中央管理計算機ⅲ之間通過dp通訊芯片spc3實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；fram為掉電保護寄存器儲存設定的參數(shù)；鍵盤和顯示對下位機稱重儀表ⅱ進行參數(shù)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。

所述的遠程中央管理計算機ⅲ軟件采用labview軟件編寫，包括前面板布局設計和后面板程序編程；前面板設計功能包括：登陸界面、控制模式選擇、剩料加料統(tǒng)計、實時監(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技術實現(xiàn)與opcserver的通訊模塊、實時重量處理模塊、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)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術進步：

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

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

3、上位機計算機軟件將下位機稱重儀表的功能進一步放大，實現(xiàn)實驗室與牛舍間信息的統(tǒng)一，并能將采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，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

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明專利進一步說明。

圖1是自動化監(jiān)控奶牛采食裝置整體結構示意圖。

圖2是自動化監(jiān)控奶牛采食裝置飼喂站正視圖。

圖3是自動化監(jiān)控奶牛采食裝置飼喂站左視圖。

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件結構框圖。

圖6是上位機軟件labview面板構架框圖。

圖7是自動化監(jiān)控奶牛采食裝置控制程序框圖。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)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(jiān)控奶牛采食裝置包括：飼喂站i、下位機稱重儀表ⅱ和遠程中央管理計算機ⅲ，其特征在于：所述飼喂站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(wǎng)絡連接下位機稱重儀表ⅱ和飼喂站i。飼喂站i為被控制對象，由機械機構、控制元件、信息采集元件構成。下位機稱重儀表ⅱ為控制媒介，每個下位機稱重儀表ⅱ控制兩個飼喂站i的工作，收集飼喂站i中的數(shù)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(yǎng)料槽信息、飼料配方信息、加料剩料信息、數(shù)理統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫和實時監(jiān)控的能力，通過和下位機稱重儀表ⅱ的信息傳輸來控制飼喂站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)有散欄或栓系式結構安裝與采食槽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(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可以準確地判斷奶牛進槽后的位置和進食狀態(tài)；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頂部有利于射頻信號感應奶牛耳標內(nèi)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(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的結構既可以固定采食槽1又可以通過手動移動位置來翻轉(zhuǎn)采食槽1，便于清理剩料。

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fram寄存器模塊、稱重信號a/d轉(zhuǎn)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軟件工作流程：利用ucos多任務操作系統(tǒng)編寫lpc2378芯片的內(nèi)部代碼，實現(xiàn)各個模塊的正常調(diào)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(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：稱重信號數(shù)字濾波處理后，轉(zhuǎn)換為32位浮點數(shù)存儲在內(nèi)存地址中；總線通訊任務的作用是：將各個飼喂站的信息采集通過dp網(wǎng)絡協(xié)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(nèi)部信號與外部信號，實現(xiàn)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(shù)及顯示各類參數(shù)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。

實施例四：參見圖6~圖7，所述上位機遠程中央管理計算機ⅲ采用labview軟件編寫，包括前面板布局設計和后面板程序編程；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(tǒng)計、實時監(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，手動模式便于操作人員對牛群的前期培訓，自動模式為采集狀態(tài)，系統(tǒng)自動控制；剩料加料統(tǒng)計的作用是：可以選擇任意的草料組，生成統(tǒng)計表；實時監(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(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表，包括：綜合數(shù)據(jù)檢索、奶牛編號檢索、料槽編號檢索及年月日消耗；后面板程序編程包括：基于datasocket技術實現(xiàn)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數(shù)據(jù)庫模塊及輔助功能模塊；通訊模塊的作用是：實現(xiàn)下位機稱重儀表ⅱ與遠程中央管理計算機ⅲ之間的數(shù)據(jù)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：將采集的單片機內(nèi)表示重量的32位浮點數(shù)處理為10進制數(shù)，從而實時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，當奶牛進入采食區(qū)遮住上光電后，下位機稱重儀表ⅱ得到信號發(fā)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(fā)射頻讀寫器的讀功能，在規(guī)定時間內(nèi)，未得到數(shù)字耳標信息，則程序重新發(fā)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，并將試驗數(shù)據(jù)保存與上位機遠程中央管理計算機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食情況。奶牛離開采食區(qū)后，進食結束保存終止采食數(shù)據(jù)。各個子系統(tǒng)采用巡檢模式，一次完整采集結束后，系統(tǒng)等待，直至下一次信號的觸發(fā)；access數(shù)據(jù)庫模塊的作用是：存儲每個飼喂站觸發(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、保存、刪除等指令功能，使得系統(tǒng)能正常運行。