CN102511441A - 奶牛数字化精准养殖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种畜牧业养殖系统，尤其涉及一种奶牛数字化精准养殖系统。该系统包括运行有专家系统的服务器，与服务器输入端连接的牛奶计量装置、体重称量装置、采食计量装置、体况自动评定装置和环境测控装置，与服务器输出端连接的自动分群装置和智能补饲装置以及与服务器双向通讯连接的PC客户端和手持终端，牛奶计量装置与牛奶成分检测装置连接，每个牛奶计量装置、采食计量装置、体重称量装置和体况自动评定装置的输入输出端均连接有RFID计步识别装置，环境测控装置输出端连接有风扇控制开关和喷淋控制磁阀。本发明通过对各类数据的实时采集和精确计算，实现对奶牛各项基本信息的自动化实时监控，达到了精准养殖的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种畜牧业养殖系统，尤其涉及一种奶牛数字化精准养殖系统。
背景技术
受土地资源的制约，我国对畜牧业资源利用率的要求越来越高，奶牛业作为畜牧业的重要组成部分，在这方面的优势尤为突出。就奶牛业自身而言，提高资源利用率的主要途径是提高单产水平，而我国奶牛的平均单产水平远低于先进国家。形成这种状况的主要原因是良种选育和饲养管理手段落后，而这两者都需要大量个体和群体数据的支持，需要实现奶牛养殖的数字化精准化管理。要实现海量数据的采集、存储和分析处理，单纯依靠人工是不现实的，必须开发成套软硬件系统自动完成。目前，虽有单位在这方面进行了初步有益的探索，但这些探索局限在某些业务点、线上的数字化，未能形成覆盖奶牛养殖主要方面的全方位立体化数字化管理系统，因而无法发挥整体综合优势。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种能自动监控奶牛状况和环境状况的奶牛数字化精准养殖系统。
本发明采用的技术方案如下：一种奶牛数字化精准养殖系统，包括运行有专家系统的服务器、与服务器输入端连接的牛奶计量装置和体重称量装置、与服务器输出端连接的自动分群装置以及与服务器双向通讯连接的PC客户端和手持终端，服务器输入端还连接有采食计量装置、体况自动评定装置和环境测控装置，服务器输出端还连接有智能补饲装置；所述牛奶计量装置输入输出端分别连接有牛奶成分检测装置和RFID计步识别装置连接，采食计量装置、体重称量装置和体况自动评定装置的输入输出端均与一RFID计步识别装置连接，环境测控装置输出端连接有风扇控制开关和喷淋控制磁阀。
本发明将奶牛产奶量自动测量、乳成分在线检测、奶牛体重称量、体况自动评分、运动量测量、采食量测量以及牧场环境监测(温度、湿度、风速、风向)等一系列数据采集装置集成到一个系统中，并利用RFID射频识别技术对奶牛个体身份进行识别，采集其个体的数据，传送给服务器，由服务器根据个体的情况进行自动分群和补饲精料，并根据环境状况启动风扇和喷淋装置降温。通过上述措施，本发明实现了奶牛养殖过程的全方位自动监控，便于集约化奶牛场的技术经济管理。另外，本系统还设有手持终端，手持终端与服务器无线连接，便于随时随地查看奶牛和牧场状况。
本发明所述的牛奶计量装置包括挤奶控制器和牛奶计量器，其中挤奶控制器包括一中心控制模块，中心控制模块通过驱动控制模块与牛奶计量器连接，用于控制牛奶计量器，牛奶计量器输出端通过数据测量模块与中心控制模块连接，将测得的挤奶量数据传送回中心控制模块；中心控制模块还连接有键盘控制模块和显示控制模块，中心控制模块通过通讯模块与RFID计步识别装置和服务器连接。当奶牛站上挤奶站台挤奶时，RFID计步识别装置自动识别奶牛身份并传送到挤奶控制器，由其通过键盘控制挤奶设备开始挤奶，同时启动牛奶计量器开始计量，采集奶牛个体的产奶量、电导率、挤奶时长、平均流速等数据，在显示器上显示，并将数据传输到服务器，实现了奶牛产奶量的自动测量。为便于同时对多头奶牛进行测量，可在挤奶台上设置多套牛奶计量装置，分别对相应位置的奶牛产奶量进行计量。
本发明在对产奶量进行计量的同时，还设置了牛奶成分检测装置，对牛奶成分进行在线检测。所述的牛奶成分检测装置包括用于采集牛奶红外光谱信息的红外光学检测模块、用于预处理红外光谱信息的信号调理模块以及与信号调理模块连接的用于计算牛奶成分含量的中心处理模块，中心处理模块输出端通过通讯模块与挤奶控制器连接，接收控制信号并向其发送牛奶成分数据。本发明利用红外光学检测模块检测光谱信息，利用中心处理模块中存储的定标数据和计算参数计算出牛奶成分含量。根据牛奶中某些成分的含量可获知奶牛的营养和健康状况以及牛奶的质量。
本发明所述的采食计量装置包括一用于测定饲料和食槽重量的称重传感器及与称重传感器连接的中心控制模块，中心控制模块通过通讯模块与服务器、RFID计步识别装置连接。采食计量装置根据食槽的数量具体设置，可以是多个，可同时监测多个食槽。将食槽置于称重传感器上，由计步识别装置识别奶牛身份，中心控制模块控制称重传感器称量食槽在奶牛采食前后的重量，中心控制模块通过计算重量差获得该奶牛的采食量并传输给服务器。
本发明所述的体况自动评定装置包括一用于拍摄奶牛身体特征的摄像机及用于控制摄像机拍摄的中心控制模块，中心控制模块通过通讯模块与服务器、RFID计步识别装置连接。中心控制模块控制RFID计步识别装置首先识别奶牛身份，然后控制摄像机对奶牛特定部位拍照，将奶牛身份信息和体征照片传输到服务器，由服务器按照相应标准和特定算法自动评定奶牛的体况分值。奶牛的特定部位是指能体现奶牛体况膘情的部位，例如，奶牛的髋骨、坐骨、肋骨、脊椎部及臀部两侧和尾根两侧，可在这些位置附近设置摄像机，拍摄这些部位的特征。
本发明所述环境测控装置包括一中心控制模块，中心控制模块输入端连接有温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器，其输出端与风扇控制开关和喷淋控制磁阀连接，中心控制模块通过通讯模块与服务器连接。中心控制模块通过各个传感器实时采集环境数据，并与内置的冷热应激参数比较，达到应激条件时自动报警，热应激时自动启动风扇和喷淋装置降温。
本发明所述智能补饲装置包括一通过通讯模块与服务器输出端连接的补饲控制模块，补饲控制模块输出端通过电机驱动模块驱动步进电机，步进电机输出端连接有放料绞龙。服务器根据奶牛个体信息计算出精料补饲种类和补饲数量，并发送给补饲控制模块，由其驱动步进电机转动，控制相应的放料绞龙定量投料。
本发明所述系统将奶牛个体识别、牛奶计量及成分检测、体征数据和环境数据采集等多种设备集成于一体，通过对各类数据的实时采集和精确计算，实现对奶牛基本信息、饲料营养、繁殖育种、疾病防治和牛奶品质的自动化实时监控，达到了精准养殖的目的。该系统技术先进，操作便利，自动化程度高，运行稳定可靠，与国内外同类系统相比具有明显的优势，并且更加适合中国国情。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述：
图1是本发明实施方式的系统连接图；
图2是RFID计步识别装置的结构示意图；
图3是牛奶计量装置的结构示意图；
图4是牛奶成分检测装置的结构示意图；
图5是采食计量装置的结构示意图；
图6是体况自动评定装置的结构示意图；
图7是环境测控装置的结构示意图；
图8是体重称量装置的结构示意图；
图9是自动分群装置的结构示意图；
图10是智能补饲装置的结构示意图；
图中，1、RFID计步识别装置，2、牛奶计量装置，3、牛奶成分检测装置，4、RFID计步识别装置，5、采食计量装置，6、RFID计步识别装置，7、体重称量装置，8、RFID计步识别装置，9、体况自动评定装置，10、环境测控装置，11、运行有专家系统的服务器，12、PC客户端，13、手持终端，14、智能补饲装置，15、自动分群装置，16、风扇控制开关，17、喷淋控制磁阀，18、运动检测模块，19、控制模块，20、无线通讯模块，21、无线通讯模块，22、控制模块，23、有线通讯模块，24、牛奶计量器，25、数据测量模块，26、驱动控制模块，27、显示控制模块，28、中心控制模块，29、键盘控制模块，30、通讯模块，31、挤奶控制器，32、红外光学检测模块，33、信号调理模块，34、中心处理模块，35、通讯模块，36、称重传感器，37、中心控制模块，38、通讯模块，39、摄像机，40、中心控制模块，41、通讯模块，42、温度传感器，43、湿度传感器，44、风速传感器，45、风向传感器，46、中心控制模块，47、通讯模块，48、红外光电开关，49、称重传感器，50、中心控制模块，51、通讯模块，52、通讯模块，53、红外光电开关，54、中心控制模块，55、电磁气阀，56、分群门气缸，57、通讯模块，58、补饲控制模块，59、电机驱动模块，60、步进电机，61、放料绞龙。
具体实施方式
下面以非限定性的实施例说明本发明的实施方式：
一种奶牛数字化精准养殖系统，如图1所示，包括一运行有专家系统的服务器11，服务器11输入端连接有N个牛奶计量装置2、N个采食计量装置5、一个体重称量装置7、一个体况自动评定装置8和一个环境测控装置10，其输出端连接有一个智能补饲装置14和一个自动分群装置15，服务器11还连接有多个PC客户端12和手持终端13。每个牛奶计量装置2分别连接有一牛奶成分检测装置3和一RFID计步识别装置1，并且与这两个装置之间是双向通讯。每个采食计量装置5、体重称量装置7和体况自动评定装置9分别连接有一个RFID计步识别装置4、6、8，且与计步识别装置之间是双向通讯。环境测控装置10输出端连接有风扇控制开关16和喷淋控制磁阀17。如图2所示，所述RFID计步识别装置1、4、6、8包括无线通讯连接的计步识别器和RFID读卡器，RFID读卡器与其他装置连接，将从计步识别器获得的奶牛运动状况和身份信息传输给其他装置，其中计步识别器包括一控制模块19、与控制模块输入端连接的运动检测模块18和与控制模块双向连接的无线通讯模块20，所述RFID读卡器包括一控制模块22、与控制模块双向连接的无线通讯模块21和有线通讯模块23，有线通讯模块负责与其他装置连接，传输奶牛信息。如图3所示，所述牛奶计量装置2包括挤奶控制器31和牛奶计量器24，其中挤奶控制器31包括一中心控制模块28，中心控制模块28通过驱动控制模块26与牛奶计量器24连接，用于控制牛奶计量器，牛奶计量器24输出端通过数据测量模块25与中心控制模块28连接，将测得的挤奶量数据传输回中心控制模块；中心控制模块28还连接有键盘控制模块29和显示控制模块27，中心控制模块28通过通讯模块30与服务器11输入端连接、与RFID计步识别装置1双向连接。如图4所示，所述的牛奶成分检测装置3包括用于采集牛奶红外光谱信息的红外光学检测模块32、用于预处理红外光谱信息的信号调理模块33以及与信号调理模块33连接的用于计算牛奶成分含量的中心处理模块34，中心处理模块34输出端通过通讯模块35与挤奶控制器31双向连接，接收控制信号并向其发送牛奶成分数据。如图5所示，所述采食计量装置5包括一称重传感器36及与称重传感器连接的中心控制模块37，中心控制模块37通过通讯模块38与服务器11输入端连接、与RFID计步识别装置4双向连接，称重传感器36安装在食槽下方，用于测量食槽和食槽内饲料的重量。如图6所示，所述体况自动评定装置9包括一用于拍摄奶牛身体特征的摄像机39及用于控制摄像机拍摄的中心控制模块40，中心控制模块40通过通讯模块41与服务器11输入端连接、与RFID计步识别装置8双向连接，中心控制模块将奶牛身份信息及拍得的照片传输给服务器，由服务器自动评定奶牛的体况分值。如图7所示，所述环境测控装置10包括一中心控制模块46，中心控制模块46输入端连接有温度传感器42、湿度传感器43、风速传感器44和风向传感器45，其输出端与风扇控制开关16和喷淋控制磁阀17连接，中心控制模块46通过通讯模块47与服务器11输入端连接。如图8所示，所述体重称量装置7包括中心控制模块50、与中心控制模块输入端连接的红外光电开关48和与中心控制模块输入输出端连接的称重传感器49，中心控制模块50通过通讯模块51与服务器11输入端连接、与RFID计步识别器6双向连接，红外光电开关检测奶牛通过信号传输给控制模块，控制模块启动称重传感器检测奶牛体重，并接收奶牛身份信息，将检测到的相应奶牛的体重数据传输给服务器。如图9所示，所述自动分群装置15包括中心控制模块54、与中心控制模块输入端连接的红外光电开关53及与中心控制模块输出端连接的电磁气阀55，电磁气阀55输出端连接分群门气缸56，中心控制模块54通过通讯模块52与服务器11输出端连接，接收服务器的指令。红外光电开关检测奶牛通过信号，中心控制模块接收服务器指令，按照指令控制电磁气阀通断，从而控制气缸动作的方向，启闭相应的分群通道进行分群。如图10所示，所述智能补饲装置14包括一通过通讯模，57与服务器11输出端连接的补饲控制模块58，补饲控制模块58输出端通过N个电机驱动模块59驱动N个步进电机60，每个步进电机60输出端均连接有放料绞龙61，通过控制步进电机转动的步数实现定量放料。
以上为本发明的较佳实施例，在具体实施时还可以根据牧场规模的需要在系统中设置多个体重称量装置、体况自动评定装置、环境测控装置、自动分群装置和智能补饲装置，对于他人改变装置数量的变形均会落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.奶牛数字化精准养殖系统，包括运行有专家系统的服务器(11)、与服务器输入端连接的牛奶计量装置(2)和体重称量装置(7)、与服务器输出端连接的自动分群装置(15)以及与服务器双向通讯连接的PC客户端(12)和手持终端(13)，其特征在于：服务器输入端还连接有采食计量装置(5)、体况自动评定装置(9)和环境测控装置(10)，服务器输出端还连接有智能补饲装置(14)；所述牛奶计量装置(2)输入输出端分别连接有牛奶成分检测装置(3)和RFID计步识别装置(1)连接，采食计量装置(5)、体重称量装置(7)和体况自动评定装置(9)的输入输出端均与一RFID计步识别装置连接，环境测控装置(10)输出端连接有风扇控制开关(16)和喷淋控制磁阀(17)。
2.根据权利要求1所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述的牛奶计量装置(2)包括挤奶控制器(31)和牛奶计量器(24)，其中挤奶控制器(31)包括一中心控制模块(28)，中心控制模块(28)通过驱动控制模块(26)与牛奶计量器(24)连接，用于控制牛奶计量器，牛奶计量器(24)输出端通过数据测量模块(25)与中心控制模块(28)连接，将测得的挤奶量数据传送回中心控制模块；中心控制模块(28)还连接有键盘控制模块(29)和显示控制模块(27)，中心控制模块(28)通过通讯模块(30)与RFID计步识别装置(1)和服务器(11)连接。
3.根据权利要求2所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述的牛奶成分检测装置(3)包括用于采集牛奶红外光谱信息的红外光学检测模块(32)、用于预处理红外光谱信息的信号调理模块(33)以及与信号调理模块连接的用于计算牛奶成分含量的中心处理模块(34)，中心处理模块(34)输出端通过通讯模块(35)与挤奶控制器(31)连接，接收控制信号并向其发送牛奶成分数据。
4.根据权利要求1或2或3所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述采食计量装置(5)包括一用于测定饲料和食槽重量的称重传感器(36)及与称重传感器连接的中心控制模块(37)，中心控制模块(37)通过通讯模块(38)与服务器(11)、RFID计步识别装置(4)连接。
5.根据权利要求4所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述体况自动评定装置(9)包括一用于拍摄奶牛身体特征的摄像机(39)及用于控制摄像机拍摄的中心控制模块(40)，中心控制模块(40)通过通讯模块(41)与服务器(11)、RFID计步识别装置(8)连接。
6.根据权利要求4所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述环境测控装置(10)包括一中心控制模块(46)，中心控制模块(46)输入端连接有温度传感器(42)、湿度传感器(43)、风速传感器(44)和风向传感器(45)，其输出端与风扇控制开关(16)和喷淋控制磁阀(17)连接，中心控制模块(46)通过通讯模块(47)与服务器(11)连接。
7.根据权利要求5或6所述的奶牛数字化精准养殖系统，其特征在于：所述智能补饲装置(14)包括一通过通讯模块(57)与服务器(11)输出端连接的补饲控制模块(58)，补饲控制模块(58)输出端通过电机驱动模块(59)驱动步进电机(60)，步进电机(60)输出端连接有放料绞龙(61)。
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