CN102754609A - 智能精细喂鸡系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能精细喂鸡系统控制方法，旨在提供一种实现喂鸡装置自动化控制方法。本发明技术要点：包括步骤1：控制处理器收到喂食信号后，检测各个食槽中食料量，确定食料量达到设定量的食槽；2：控制处理器控制输料装置开始输送食料，食料由输料装置传输到各个漏料装置中；3：控制处理器打开食料量未达到设定量的食槽对应的漏料装置食料输出口的第二开关装置开始漏料；4：控制处理器依次循环检测各个食槽中的食料量是否达到设定量，并关闭食料量达到设定量的食槽对应的漏料装置的第二开关装置停止漏料，当检测到所有的食槽中的食料量均达到设定量后，则关闭进料装置的第一开关装置、控制输料装置停止输送食料、关闭所有漏料装置的第二开关装置。

Description

智能精细喂鸡系统控制方法

技术领域

本发明涉及一种智能精细喂鸡系统控制方法，尤其是一种实现喂鸡精细化自动化的智能精细喂鸡系统控制方法。

背景技术

在鸡场的饲养管理中，喂料过程是耗用人工劳动强度最大的环节之一。长期以来，养殖场的喂料操作主要通过饲养人员人工卸料的方式将饲料投放到各食槽中，这样使得人工费用高、阻碍养殖场向大型化、规模化发展，另外饲养人员的频繁出入将会增加禽类疫病的感染频率。

随着鸡场养殖规模的不断扩大，自动化机械喂料装置开始代替人工喂料逐渐出现在各大型养鸡场中。机械喂料设备普遍包括储料塔、输料机、喂料机和食槽四个部分，喂料时只需保持储料塔内饲料的充足，即可实现饲料通过输料机、喂料机，最终到达食槽，供给采食。这样将大大减少饲养人员的工作量，降低生产成本，促进鸡场向大型化、规模化、自动化发展。

但是现有的养鸡设备，大多均采用人工控制，并不能达到自动化控制的要求，有些设备有部分自动化功能，但是自动化控制不全，需要人工进行很大的操作，且价格比较昂贵，一般的养鸡场难以购买。

发明内容

本发明的目的是针对现有的养鸡设备的不足提供了一种全自动的精细智能喂鸡装置控制方法。

本发明公开的智能精细喂鸡系统控制方法的主要步骤包括：

S1：控制处理器收到喂食信号后，控制各个料量检测装置检测各个食槽中的食料量，确定食料量达到设定量的食槽；

S2：控制处理器控制输料装置开始输送食料，食料由输料装置传输到各个漏料装置中；

S3：控制处理器打开食料量未达到设定量的食槽对应的漏料装置食料输出口的第二开关装置开始漏料；

S4：控制处理器依次循环检测各个食槽中的食料量是否达到设定量，并关闭食料量达到设定量的食槽对应的漏料装置的第二开关装置停止漏料，当检测到所有的食槽中的食料量均达到设定量后，则执行步骤S5：

S5：关闭进料装置的第一开关装置、控制输料装置停止输送食料、关闭所有漏料装置的第二开关装置；

在执行步骤S2、S3、S4的同时，控制处理器还控制进料装置与输料装置循环执行以下步骤：

I1：等待一定时间后控制输料装置正向输送食料若干时间；

I2：开启进料装置食料输出口的第一开关装置进料，食料通过进料装置的食料输出口进入输料装置，同时控制输料装置反向输送食料；等待若干时间；

I3：关闭进料装置食料输出口的第一开关装置停止进料；

I4：回到步骤I1。

优选地，在上述步骤S1中使用超声波传感器检测各个食槽中的食料高度。

每次检测食槽中食料高度之前先整平食料，这样做的原因是食料从漏料装置中漏出后会在食槽中堆积成一个“小山”，若超声波传感器的测量点落在“小山”顶部或腰部，显然测得的食料量是不准确的，每次检测食槽中食料高度之前先整平食料有益于超声波传感器测得准确的食料高度。

为了提高超声波传感器测量食料高度的精度，可以在每个食槽上方设置有两个等高的超声波传感器，每个食槽上方的两个超声波传感器分别位于该食槽水平长度1/4处的上方及3/4处的上方；各个超声波传感器均与控制处理器具有信号连接，向控制处理器输出发出超声波与接收到超声波回波的时间间隔，控制处理器计算所述时间间隔与超声波传播速度乘积的1/2得到食料高度；控制处理器再求出每个食槽上方的两个超声波传感器采集到的食料高度平均值作为该食槽食料高度的最终值。

控制处理器计算各个食槽食料高度的时候还采集食槽温度并按照以下步骤对食料高度进行温度补偿：

St1：控制处理器接受超声波传感器输出的发出超声波与接收到超声波回波的时间间隔t；

St2：使用温度传感器采集食槽温度，控制处理器接受温度传感器输出的温度信号T；

St3：计算                                                

，其中

为超声波传播速度，

为温度补偿系数，其单位为

，

为食料高度。这样做是因为声波的传输速度会受到环境温度的影响，若不考虑温度因素一律采用声速的经典数值计算距离必然带来较大的测量误差，本发明中的方法对声波速度进行温度补偿，从而能进一步确保超声波传感器测量食料量的精度。

进一步，本发明中的方法所使用的进料装置的优选结构是这样的：包括储料塔支架、储料塔及第一开关装置；储料塔支架用于固定储料塔；储料塔上开设有食料输出口与食料输入口； 第一开关装置包括进料阀门、进料阀门电机、第一齿条及储料塔垫板；所述进料阀门设置于储料塔食料输出口上；储料塔垫板固定在储料塔支架上，储料塔垫板上固定有进料阀门电机；进料阀门电机通过第一齿条与进料阀门传动连接；控制处理器控制进料阀门电机转动，当进料阀门电机正向转动时第一齿条带动进料阀门关闭；当进料阀门电机反向转动时第一齿条带动进料阀门打开。

本发明中的方法所使用的输料装置的优选结构是这样的：所述输料装置包括输料装置支架、输料主管道及输料动力装置；所述输料主管道与输料动力装置均固定于输料装置支架上；输料主管道上开设有食料输入口及至少一个食料输出口；所述输料动力装置伸入输料主管道内，将食料从食料输入口传输到主管道中的各个食料输出口，输料主管道的各个食料输出口分别连接一个漏料装置；所述输料动力装置包括主管道动力电机、螺旋、螺旋中心轴、第一轴承、第二轴承及联轴器；螺旋盘旋于螺旋中心轴外壁上；所述螺旋中心轴位于输料主管道内，且通过联动轴连接于主管道动力电机上；第一轴承、第二轴承分别套于螺旋中心轴左右两端，用于支撑螺旋中心轴；控制处理器控制主管道动力电机转动，主管道动力电机正转时，螺旋中心轴上的螺旋将正向推动食料；主管道动力电机反转时，螺旋中心轴上的螺旋将反向推动食料。

本发明中的方法所使用的漏料装置的优选结构是这样的：所述漏料装置包括大小管道接口、上转接口、下转接口、上小管道、下小管道及第二开关装置；

第二开关装置包括漏料阀门电机、漏料阀门、第二齿条及漏料阀门电机底座；漏料阀门电机底座固定在食槽上方，漏料阀门电机底座上固定有漏料阀门电机；漏料阀门电机通过第二齿条与漏料阀门传动连接；漏料阀门电机接受控制处理器输出的控制信号；上小管道通过大小管道接口连接输料装置食料输出口；上小管道通过上转接口连接下小管道；下转接口连接于下小管道的末端，所述漏料阀门设置于下转接口上；控制处理器控制进料漏料电机转动，当控制处理器控制漏料阀门电机正向转动时第二齿条带动漏料阀门关闭；当漏料阀门电机反向转动时第二齿条带动漏料阀门打开。

本发明中的方法所使用的匀料装置的优选结构是这样的：所述匀料装置包括一个匀料推杆、第二联轴器和若干匀料推杆分支；所述匀料装置驱动电机为直线电机；匀料推杆的一端通过第二联轴器与直线电机传动连接，匀料推杆水平横穿于各个食槽，且每个食槽内具有一个匀料推杆分支，匀料推杆分支固定安装在匀料推杆上，匀料推杆分支与匀料推杆垂直，且位于食槽水平方向的中央处，匀料推杆位于食槽底部；匀料推杆的自由端在匀料推杆延伸方向上距离食槽侧壁的距离不小于直线电机的最大推送距离；匀料装置驱动电机接受控制处理器输出的控制信号，每次检测食槽中食料高度之前控制处理器控制所述匀料装置驱动电机驱动匀料推杆来回推送5次，匀料推杆分支在匀料推杆的带动下将食槽中的食料整平。

本发明中的控制处理器还可以与上位机具有信号连接，用于接收上位机输出的食槽食料的设定量及喂食时间等信号，并向上位机输出每次测得的各个食槽的食料量。这样，工作人员能够通过上位机设置喂鸡的时间及食料量的设定值，即每个食槽中食料量的阈值。另一方面，控制处理器将每一次测得的各个食槽中的食料量均传输给上位机，上位机显示给工作人员，工作人员可以根据各个食槽中食料量的变化趋势了解鸡的健康状态，制定最佳喂食量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的智能精细喂鸡系统控制方法，根据检测食槽内的物料的多少，并根据实际情况定时定量地控制物料的进给，实现了物料供给的智能化和精细化管理；

2、本发明的智能精细喂鸡系统控制方法，使用到喂鸡系统中，可根据鸡群不同生长阶段所需最佳喂食量对鸡群进行定时定量自动喂食，并根据相关经验数据，设置专家系统，从而保证了鸡群喂食量的科学合理，同时为无经验的喂鸡人员提供科学数据的参考，使其推广价值高；

3、本发明的智能精细喂鸡系统控制方法，其中的喂食的时间、食料量参数可根据用户特殊需求进行自定义设定，并且可以参考专家系统中的数据，为饲养者提供给了多种选择，本发明同样可以适用于其它牲畜的饲养中，从而扩宽了本装置的适用范围，对产品的推广具有重要意义；

4、本发明的智能精细喂鸡系统控制方法，通过安装于食槽上方的传感器对食槽内饲料状况的检测，能够得知每个食槽内的食量的多少，同时能够精确地向控制系统反馈信息，同时根据该信息定量地向食槽内供料，从而便于控制系统实现精细化与智能化的控制，对减少饲料的浪费，实现精细喂食目标具有重要意义。

5、本发明的智能精细喂鸡系统控制方法，通过对食槽状态的实时监控，能够发现是否有食槽长期处于不正常状态(长期剩余量过多)，从而提前发现鸡群吃食或装置的异常情况，对鸡群疫病的预防和系统的维护具有重要意义，使得该系统及其方法能够同样适用于鸭、鹅、兔等牲畜的使用中，适合推广利用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明喂鸡装置的总体结构框图；

图2是本发明的总体控制原理框图；

图3是本发明的控制流程图；

图4是图3中料量检测流程图；

图5显示了本发明控制处理器与各个电机之间的控制关系；

图6是本发明中喂鸡装置的进料装置结构图；

图7是本发明中喂鸡装置的输料装置结构图；

图8是本发明中喂鸡装置的漏料装置结构图；

图9是本发明中喂鸡装置的料量检测装置结构图；

图10是本发明中喂鸡装置的匀料装置结构图；

图11是本发明中人机界面的结构；

图12是本发明人机界面中的喂食设置窗口；

图13是本发明人机界面中的快速喂食设置窗口；

图14是本发明人机界面中的高级喂食设置窗口；

图15是本发明人机界面中的历史记录窗口；

图16是本发明人机界面中的全部记录窗口；

图17是本发明人机界面中的喂鸡百科窗口；

图18是本发明人机界面中的系统帮助窗口；

图19是本发明人机界面中的余料检测清理窗口；

图20是本发明人机界面中的退出系统窗口；

图21是本发明人机界面中的异常情况处理界面。

图中标记：进料装置1，输料装置2，漏料装置3，料量检测装置4，装置支架5，储料塔支架101，储料塔102，进料阀门电机103，齿条104，储料塔垫板105，进料阀门106，主管道动力电机201，电机底座202，联轴器203，轴承2041，轴承2042，漏料小管道2051~2055，螺旋206，螺旋中心轴207，输料主管道208，大小管道接口301，上转接口3021，下转接口3022，上小管道3031，下小管道3032，漏料阀门电机304，漏料阀门电机底座305，漏料阀门306，齿条307，超声波传感器4021、4022，食槽403，匀料装置驱动电机404，联轴器405，匀料推杆分支4061~4065，匀料推杆407。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1，本发明涉及的喂鸡装置包括进料装置、输料装置、漏料装置、料量检测装置及控制处理器。进料装置的食料输出口处设置有第一开关装置；漏料装置的食料输出口设置有第二开关装置。

如图2，控制处理器对第一开关装置的开或关、第二开关装置的开或关、输料装置传输食料以及料量检测装置检测食料量进行控制。优选但不限于使用STC89C52单片机作为控制处理器，运用2个电机驱动模块L293D、1个LMD18200分别驱动5个漏料阀门电机、1个进料阀门电机、1个匀料装置驱动电机。电机控制结构如图5所示。另外采用3个继电器分别用于控制主管道动力电机的启动/关闭、正转和反转。

当控制处理器收到喂食信号后，执行以下步骤：

S1：收到喂食信号后，控制各个料量检测装置检测各个食槽中食料量，确定食料量达到设定量的食槽；

S2：控制输料装置开始输送食料，食料由输料装置传输到各个漏料装置中；

S3：打开食料量未达到设定量的食槽对应的漏料装置食料输出口的第二开关装置开始漏料；

S4：依次循环检测各个食槽中的食料量是否达到设定量，并关闭食料量达到设定量的食槽对应的漏料装置的第二开关装置停止漏料，当检测到所有的食槽中的食料量均达到设定量后，则关闭进料装置的第一开关装置、控制输料装置停止输送食料、关闭所有漏料装置的第二开关装置；

在执行步骤S2、S3、S4的同时，进料装置与输料装置还循环执行以下步骤：

I1：等待一定时间后输料装置正向输送食料若干时间；

I2：开启进料装置食料输出口的第一开关装置进料，食料通过进料装置食料输出口进入输料装置，同时输料装置反向输送食料；等待若干时间；

I3：关闭进料装置食料输出口的第一开关装置停止进料；

I4：回到步骤I1。

上述步骤更具体的体现在图3所述的流程图中，现详细阐述如下：

单片机在收到喂食信号前处于休眠状态，当喂食信号到后，单片机控制超声波传感器依次检测5个食槽中饲料量，经公式计算和转换后，转化为食槽的百分比，并与阈值进行比较，若剩余量已经超过阈值，则置位对应漏料阀门电机的标志位flag_motorN=1，若没有超过，则不进行动作。

为了使输料主管道中的剩余饲料能得到充分的利用，首先使主管道动力转动，并同时开启定时器2，依次打开漏料阀门电机标志位为0 的漏料阀门，让饲料漏入食槽。用超声波模块实时检测食槽中饲料量，并标记中间标志位，一旦检测到标志位变化，立刻关闭饲料量达到阈值的漏料阀门。

同时，定时器2在工作，若定时器2中断到达，则进入中断程序进行操作：主管道动力电机正转，延时14s主管道动力电机反转且进料装置的进料阀门打开进料，让食料漏入输料主管道，延时7s后关闭进料阀门，再延时7s后主管道动力电机转为正转，如此循环。

单片机实时检测是否所有漏料阀门电机的标志位均置位，若是，则置位标志位flag_close=1，复位所有的漏料阀门电机的标志位，并关闭定时器2。

为了确保超声波传感器检测食槽中料量的准确性，作为一种优选的实施方式，单片机在每次控制超声波传感器测量食料高度前均先控制匀料装置驱动电机运转，使匀料推杆来回推送至少5次将食槽中的食料整平。详见图4。

为了精简喂鸡装置的结构本方法中的食料设定量可以预先存储在控制处理器中，这样，本发明方法可以运用在条件受限的养鸡场。作为本方法的一种更加完善的实施例，喂鸡装置中的控制处理器还可以与上位机进行通信，二者之间的信号传输线路可以是串口线路，也可以是工业总线。在上位机上安装配套的应用程序客户端，能够提供良好的人机交互界面，工作人员通过应用程序客户端输入喂食时间及食料设定量，上位机通过串口，例如RS485，向控制处理器输出喂食信号及食料设定量，控制处理器也可以将每次测量到的各个食槽中的食料量传输给上位机，经上位机整理后在应用程序客户端的界面中输出不同时刻的各个食槽食料量，甚至可以绘制出各个食槽食料量的变化趋势图，工作人员通过分析食料量随时间的变化趋势等信息可以了解到鸡的健康状况，制定科学的喂食时间及食料设定量。

我们的具体做法是：

在上位机上，使用由visual basic 6.0编写系统的人机交互界面部分，后台选用 Microsoft access 2003为数据库，图11为软件界面的结构图。

人机交互界面能够实现在上位机上预设系统运行的各项参数，返回并储存食槽内饲料当前剩余值，并对异常情况进行记录与报警处理，有异常报警时交互界面出现文字提示，并伴以对应异常食槽处蜂鸣器响铃。

软件界面的主窗口上有四个主选项，喂食设置、历史记录、系统帮助和退出系统，如图11所示。每个主菜单下分设子窗口。

其中，“喂食设置”窗口如图12所示。其选项下有“快速喂食设置”与“高级喂食设置”两个子窗口，单击对应图标或文字可挂起主窗口并进入子窗口。当用户不具备十分充足的养鸡经验时，可通过“快速喂食设置”粗略设置当前系统喂食参数，而当用户需要对任一的详细参数自由修改时，则可通过“高级喂食设置”窗口设置其具体参数。

“快速喂食设置”窗口如图13所示。本窗口由“当前设置”和修改设置两部分组成。“当前设置”部分显示系统的当前参数设置情况（初始状态下无设置，显示“无”）。修改设置部分提供修改参数服务，修改当前的系统设置时，只需要输入当前养殖鸡只的品种与日龄，点击“确定”按钮后系统将自动从后台专家系统选择出相应的喂食参数。在选择“鸡只品种”时，下方表格将显示当前选中鸡只品种的“鸡品种-日龄-喂食量关系表”，使用户能够观察到其具体参数，具有良好的人机交互性。

如当前专家系统中不存在当前饲养的鸡品种，可通过“添加品种”按钮向专家系统中添加新品种。“恢复默认设置”按钮使喂食参数回复系统初始状态。

“高级喂食设置”窗口如图14所示。当用户需要自由地修改任一喂食参数时，可通过“高级喂食设置”窗口进行设置。其窗口由“当前设置”、“修改设置”和“修改阈值”三部分组成。

“当前设置”：显示当前喂食设置的参数，其窗口样式与“快速喂食设置”窗口保持一致性，以减少用户误操作的可能性。

“修改设置”：允许编辑的喂食参数是指喂食起止日期、喂食起止时间和日均喂料次数。即允许用户以天为单位控制每日喂食的次数，并且每次喂食的间隔时间是相同的（喂食量则由“修改阈值”部分设置）。单击“上一条”、“下一条”按钮允许查看当前设置的喂食参数，与本窗口“当前设置”表格中显示的参数是一致的。“添加”、“修改”、“删除”、“保存”按钮允许添加、删除、修改后台数据库中的喂食参数。

“修改阈值”：阈值是指向食槽中加料到停止的上限值，在本系统中以一个0~1的数字表示，表示加料到满食槽的百分比，即每次加料都是加到食槽的同一高度，且这个高度是靠用户自己设置的，避免了加满食槽造成的饲料的浪费。报警值是指在下次喂料前检测食槽内的剩余量，如果剩余量大于报警值，则认为当前的食槽剩余量处于异常状况，如检测到同一个食槽的异常状况次数大于了允许的最大异常次数，则认为此食槽对应的鸡存在患鸡病的可能性，系统会进行报警，在主窗口上有文字提示，并伴以对应异常食槽处蜂鸣器响铃。其中，“喂料阈值”、“报警值”、“最多允许异常次数”三个参数都是允许用户自主设置的，与鸡的日龄大小和品种无关，只与食槽的尺寸数值有关。原理上在配套硬件没有改变的情况下，根据实践生产的经验找到这几个参数的较优解后，不鼓励随意修改。

“历史记录”窗口如图15所示，其选项下有“全部记录”和“喂鸡百科”两个子窗口，单击对应图标或文字可挂起主窗口并进入子窗口。“全部记录”中允许查询到下次喂食前每个食槽内饲料的剩余量，实时监测鸡的进食状况。

“全部记录”窗口如图16所示。饲料剩余量可作为反映鸡健康状况的一个重要指标，异常的剩余量可能是由鸡病引起的。本窗口表格可显示每个食槽内每次喂食前饲料的剩余量记录，实时监测鸡的进食状况，监测鸡病的发生。

全部记录较多时不利于用户观察数据，因此窗口提供了“查询记录”功能，可实现条件查询。用户通过“喂料日期”或“鸡笼编号”列表框中的下拉菜单选择欲查询的参数，并单击“确定按钮”后，将只显示与指定条件相匹配的记录。当用户认为表格中的数据无价值时，单击“清除所有记录”按钮将不可逆地删除当前数据库中的所有历史记录。单击“全部记录”按钮可在查询状态下使窗口表格恢复显示全部记录。单击“异常记录”按钮可使窗口表格只显示剩余值大于报警值的历史记录。

“喂鸡百科”窗口如图17所示。本窗口提供一些常用的与养鸡技术和鸡病有关的电子资料，可帮助用户学习养鸡技术，或针对鸡的异常状况自检鸡病。为不熟悉养鸡技术的用户提供技术支持。

“系统帮助”窗口如图18所示，其选项下有“余料检测清理”和“系统说明书”两个子选项，单击对应图标或文字可挂起主窗口并进入子窗口。“余料检测清理”主要包括两个功能：一是释放主管道中未能漏尽的饲料以清理管道，二是实时监控主储料塔中的剩余饲料量，当饲料不足时提醒用户加料。“系统说明书”是整个系统的详细使用说明与帮助文档。

“余料检测清理”窗口如图19所示，包括“余料检测”和“余料清理”部分。

“余料检测”：显示检测到的主储料塔内的剩余量，在剩余量超过10%(根据储料塔容量确定)时显示无需加料，不足10%提示用户加料。

“余料清理”：单击“清理管道”按钮之后，所有电机和阀门将全开，通过主螺旋的反复交替正转反转，达到清理主管道内剩余饲料的目的。清理动作将一直持续到清理时间达到系统预设的上限值或用户单击“停止清理”按钮为止。

 “系统说明书”是系统操作的帮助文档。帮助文档详细解释了界面每个窗口的作用与操作步骤，为用户上手学习本系统提供帮助。单击“系统说明书”图标或文字无下一级子窗口，将直接调用打开“系统说明书.pdf”文档。

退出系统窗口如图20所示，单击“退出系统”主选项，程序关闭，所有硬件停止工作。

当系统出现异常记录，即连续食槽剩余量大于报警值且其次数超过最多允许次数时，系统主窗口将出现红色大字报警，对应异常食槽处蜂鸣器响铃，以提醒用户检查是否有鸡因患鸡病而导致进食异常。如图21所示。

接下来详细阐述本方法涉及的喂鸡装置及其各个部分的结构及其工作原理。

在图1的喂鸡装置中，进料装置的食料输出口与输料装置的食料输入口连接；输料装置的食料输出口与漏料装置的食料输入口连接；所述漏料装置的食料输出口朝向食槽。

进料装置的食料输出口设置有第一开关装置，漏料装置的食料输出口设置有第二开关装置；控制第一开关装置、第二开关装置的开或闭，可以控制食料是否从进料装置进入输料装置以及是否从漏料装置漏入食槽中。

料量检测装置位于食槽上方，用于检测食槽中的食料量。

实际应用中，为了适应养鸡规模化的要求，所述输料装置上具有多个食料输出口；每个食料输出口分别接有一个漏料装置；每个漏料装置的食料输出口分别对准一个食槽；每个食槽上方均有一个料量检测装置。

如图6，整个进料装置由储料塔支架101、储料塔102、进料阀门电机103、齿条104、进料阀门106、及储料塔垫板105是5个部分组成。储料塔102固定安装在储料塔支架101上，储料塔102上开设有食料输出口与食料输入口。

进料阀门电机103、齿条104、进料阀门106、及储料塔垫板105构成所述的第一开关装置。进料阀门106与齿条104固定连接，储料塔垫板105上固定有进料阀门电机103，进料阀门电机103通过齿条104控制进料阀门106；进料阀门电机103接受控制处理器输出的控制信号，当控制处理器控制进料阀门电机103逆时针转动时，齿条104带动进料阀门106打开，食料从储料塔中漏入输料装置中，当进料阀门电机103顺时针转动时，齿条104带动进料阀门106关闭，食料停止漏出。

如图7，输料装置包含输料主管道208、输料装置支架、输料动力装置。输料主管道208及输料动力装置固定于输料装置支架上。输料动力装置包括主管道动力电机201、电机底座202、螺旋206、螺旋中心轴207、轴承2041、轴承2042及联轴器203。

螺旋206盘旋于螺旋中心轴207外壁上；螺旋中心轴位于输料主管道内，螺旋中心轴通过联动轴连接于主管道动力电机上。轴承2041、轴承2042分别套于螺旋中心轴207左右两端，用于支撑螺旋中心轴207。主管道动力电机201接受控制处理器输出的控制信号。当控制处理器控制主管道动力电机201逆时针转动时，食料从输料主管道208左端传送到右端，并分别从漏料小管道2051~2055漏出，当控制主管道动力电机201顺时针转动时，食料从输料主管道208右端传送到左端，并分别从漏料小管道2051~2055漏出，当控制主管道动力电机201停止转动时，食料停止传送。

如图8，漏料装置包括大小管道接口301、上转接口3021、下转接口3022、上小管道3031、下小管道3032及第二开关装置。

上小管道3031通过大小管道接口301连接输料装置食料输出口，上小管道3031通过上转接口3021连接下小管道3032，下转接口3022连接于下小管道3032的末端。

第二开关装置包括漏料阀门电机304、漏料阀门306、齿条307及漏料阀门电机底座305。

漏料阀门306设置于下转接口3022上。漏料阀门电机底座305固定在食槽上方，漏料阀门电机底座305上固定有漏料阀门电机304，漏料阀门306与齿条307固定连接，漏料阀门电机304通过齿条307控制漏料阀门306，。漏料阀门电机接受控制处理器输出的控制信号，当控制处理器控制漏料阀门电机304顺时针转动时，齿条307带动漏料阀门306打开，饲料从上、下小管道3031、3032漏入食槽，当控制漏料阀门电机304逆时针转动时，齿条307带动漏料阀门306关闭，饲料停止下漏。

实现定时定量的喂食功能是本喂鸡系统的一个基本方向。定时即当用户所设定的喂食时间到达时，装置自动开启并向食槽中放入饲料；定量即根据用户所设定的投料量，使每次完成放料操作后食槽中的饲料都为该设定值，在保证鸡的营养摄取充分的同时有效避免了饲料的浪费。

根据以上功能要求，若需实现定量喂食功能，需要在放料过程中实时检测食槽中的饲料量是否达到设定量，若一旦达到，则应立刻停止放料。

检测食料的多少通常可以间接转换为检测食料的质量、食料的体积或食料的高度等，然后经过一定的转换公式最终得到需要检测的食料量。检测食料的质量一般会采用应变式传感器，将食料对传感器的受力形变转换为其电阻变换，并将应变式传感器连接在测量电路中，根据传感器引起的电参数变化可以测得食料的质量。

检测食料的高度一般可使用红外测距传感器、激光测距传感器等。

本发明优选采用超声波传感器检测食料量，使用超声波传感器测距功能，通过检测食槽中饲料的高度，然后经过转换公式计算，最后确定食槽中饲料量。

超声波的测距一般采用渡越时间法TOF，首先超声波传感器发送器会发射一组高频声波，一般为40kHz，当声波遇到物体后，就会被反弹回来，并被接收器接收。通过测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，然后将所测得时间乘以超声波的速度就得到二倍的传感器与被测物体之间的距离，即

其中为传感器与被测物体之间的距离，

为超声波从发出到返回的时间，为声波在介质中的传输速度。在测距精度不是很高的情况下，一般认为

为常数

。

图9显示了料量检测装置的一个具体实施例。所述料量检测装置包含两个超声波传感器4021、4022。所述超声波传感器4021、4022位于食槽403上方。

各个食槽的超声波传感器与控制处理器具有信号连接，控制处理器用于控制各个超声波传感器工作、接受超声波传感器输出的包含食料高度信息的信号并计算食料高度。当超声波传感器接收到控制处理器的控制信号时，便开始检测食槽中饲料高度，并将所测的反应高度的信号返回给控制处理器，并等待控制处理器的下一条命令。

优选地，将每个食槽中的两个超声波传感器4021、4022分别设置于食槽水平长度1/4处的上方及3/4处的上方，并将两个超声波传感器测得的食料高度求均值，可大大提高食料高度的测量精度，但是必须保证两个超声波传感器等高。表1列出了超声波传感器测量值与其对应的饲料质量测量值。

表1  双超声波传感器测量值与饲料质量的关系

测量值1（mm）	141.2	137.2	128.8	118.2	111.4	100.6	93.2	87.2	……
										测量值2（mm）	138.8	135.4	130.2	117.2	110.0	103.2	93.2	83.4	……
测量平均值（mm）	140.0	136.4	129.6	117.8	110.8	101.8	93.2	75.4	……
										质量（g）	0.0	31.0	67.0	117.0	144.0	186.0	220.0	268.0	……

对上述测量平均值与质量进行拟合，得到如下的曲线方程：

通过方程，可以直接由所测量的高度计算出此时食槽中的食料质量。设食槽可装入的食料质量为200g（根据专家系统所得的最常喂料量），此时所测得的饲料质量值相对于食槽饲料容量值产生的误差如表2所示。

表2 双超声波传感器测量值与饲料质量的误差分析

传感器距离食料高度（mm）	140.0	136.4	129.6	117.8	110.8	101.8	93.2	75.4	……
										质量实际值（g）	0.0	31.0	67.0	117.0	144.0	186.0	220.0	268.0	……
质量计算值（g）	6.1	25.9	61.8	118.9	149.6	185.6	216.4	268.9	……
										相对误差（%）	3.0	2.5	2.6	1.0	2.8	0.2	1.8	0.5

由上表分析可知，当用两个超声波测距传感器同时对食槽状态进行测量时，由于最终测量的食料高度值为两个超声波传感器测量值平均值，减小了超声波传感器产生的测量误差，使最终计算出的食槽饲料质量值与实际值误差均保持

以内，已基本满足测量要求。

若在此基础上，继续增加超声波传感器数量，测量误差会继续减小，但同时设备成本会增加。本发明优选的在每个食槽上方设置两个超声波传感器，既能保证料量测量精度，又能控制产品生产成本，有利于本产品的推广使用。

具体的，所述超声波传感器可以选用HY-SPF05超声波测距模块。

在一般情况下，温度每升高

，声波速度增加约为

，对超声波测距有较大影响。而在鸡舍等环境恶劣的场所，温度对超声波测距系统的影响更不可忽略，因此必须对波速进行温度补偿。通过实验可获得波速与温度之间的经验模型：

式中，为超声波传感器所在环境的温度，

为实际的声波传输速度，实际情况下，

取331.5

，

取0.607

所以，可得到最终的测距公式为：

其中

为传感器与被测物体之间的距离，

为超声波从发出到返回的时间。从公式中可以看出，要想获得精确的测量值，必须首先获取环境温度

的大小。在本发明中采用数字温度传感器DS18B20来进行温度检测。表3显示了温度补偿后超声波传感器测量值与实际值的关系。

表3  温度补偿后超声波测距系统测量距离与实际距离的关系

测量值（mm）	0	25.6	31.2	47.0	62.5	102.3	140.0	189.9	251.1	……
											实际值（mm）	17.5	25.1	32.0	47.1	61.9	102.0	141.7	187.2	250.4	……
相对误差（%）	100	1.91	2.54	0.21	0.97	0.69	1.19	1.44	0.28	……

考虑到超声波测距受到其反射角度的限制，只有当被测物体始终在合适的角度时超声波传感器才能获得正确的测量信息，否则探测物不能被正确地检测。即超声波测距目标为一个点。但实际中漏料装置的食料输出口下落到食槽中的饲料近似锥形，以锥形上一个点或多个点的高度信息来表达整个锥形状态是非常困难的。因此，为了准确地检测出食槽中饲料的高度，需要食槽内的饲料尽量平整，使超声波所测点的饲料高度能正确反应当前饲料信息。

针对以上问题，本发明设计出一匀料装置，其目的在于能及时将食槽内的食料均匀推平。其结构如图10所示。需要说明的是匀料装置及匀料步骤并解决本发明技术问题的必要技术特征而是优选的技术特征，例如，当料量检测装置为电子秤的时候，就不需要匀料装置及匀料步骤了。

所述匀料装置包括匀料推杆407、联轴器405、若干匀料推杆分支4061~4065。匀料装置驱动电机404用于带动匀料装置以便使食槽中的食料基本平整，匀料装置驱动电机404接受控制处理器输出的控制信号。

具体的，所述匀料装置驱动电机404为直线电机，匀料推杆407的一端通过联轴器405与直线电机连接，匀料推杆407水平横穿于各个食槽，且每个食槽内具有一个匀料推杆分支，匀料推杆分支固定安装在匀料推杆407上，匀料推杆分支与匀料推杆垂直，且基本位于食槽水平方向的中央处，匀料推杆分支4061~4065位于食槽底部，匀料推杆407的自由端在匀料推杆407延伸方向上距离食槽侧壁的距离不小于直线电机的最大推送距离。

在检测料量时，匀料装置的应用主要为：在每次超声波检测食槽中饲料状态之前，发送信号使匀料装置开始工作，食槽中的饲料在匀料装置的作用下被均匀推平并等待超声波传感器的测距操作，超声波检测前，匀料装置关闭。

假设食槽内的食料处于满容量状态（500g），通过匀料装置驱动电机404带动匀料推杆407的来回运动能使饲料趋于平整。下表4列出了匀料推杆运动次数（往返为一次）与饲料平整度之间的关系，并最终确定了匀料装置运行的时间。平整度定义为食槽内的处于同一水平高度的饲料量占整个饲料量百分比。具体实施过程为：超声波测距传感器均水平放置在同一高度上，在食槽内均匀取10个参考点，在完成一次匀料推杆运动后进行测距操作。当10个参考点被测距离均不相同时，平整度定为0%；当其中有2个参考点被测距离相同，其余8个参考点被测距离均不相同时，平整度为11.1%……当10个参考点被测距离均相同时，平整度为99.9%。

表4 匀料推杆运动次数与饲料平整度关系

推杆运动次数	0	1	2	3	4	5	6	……	12	13	……
												平整度（%）	22.2	44.4	66.6	77.7	88.8	88.8	88.8	……	99.9	99.9	……

   由表3可知，在食槽处于满容量状态，当匀料电机控制匀料推杆来回运动5次时，饲料平整度为88.8%，已基本满足测距要求。考虑到正常情况下食槽内的饲料不会达到满容量状态且若继续增加运动次数，饲料平整度改变将很小。最终本系统确定每次匀料操作即控制匀料推杆来回运动5次，从而达到最有效的匀料效果。

   本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：控制处理器收到喂食信号后，控制各个料量检测装置检测各个食槽中的食料量，确定食料量达到设定量的食槽； 

S2：控制处理器控制输料装置开始输送食料，食料由输料装置传输到各个漏料装置中；

S3：控制处理器打开食料量未达到设定量的食槽对应的漏料装置食料输出口的第二开关装置开始漏料；

S4：控制处理器依次循环控制各个料量检测装置检测各个食槽中的食料量是否达到设定量，并关闭食料量达到设定量的食槽对应的漏料装置的第二开关装置停止漏料，当检测到所有的食槽中的食料量均达到设定量后，则执行步骤S5：

S5：关闭进料装置的第一开关装置、控制输料装置停止输送食料、关闭所有漏料装置的第二开关装置；

在执行步骤S2、S3、S4的同时，控制处理器还控制进料装置与输料装置循环执行以下步骤：

I1：等待一定时间后控制输料装置正向输送食料若干时间；

I2：开启进料装置食料输出口的第一开关装置进料，食料通过进料装置食料输出口进入输料装置，同时控制输料装置反向输送食料；等待若干时间；

I3：关闭进料装置食料输出口的第一开关装置停止进料；

I4：回到步骤I1。

2.根据权利要求1所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，料量检测装置包括超声波传感器。

3.根据权利要求2所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，在每个食槽上方设置有两个等高的超声波传感器，每个食槽上方的两个超声波传感器分别位于该食槽水平长度1/4处的上方及3/4处的上方；各个超声波传感器均与控制处理器具有信号连接，向控制处理器输出发出超声波与接收到超声波回波的时间间隔，控制处理器计算所述时间间隔与超声波传播速度乘积的1/2得到食料高度；控制处理器再求出通过每个食槽上方的两个超声波传感器得到的食料高度平均值作为该食槽食料高度的最终值。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，每次检测食槽中食料高度之前，控制处理器先控制匀料装置整平食料，待食料整平后关闭匀料装置，然后控制处理器再控制各个料量检测装置检测各个食槽中的食料量。

5.根据权利要求4所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，控制处理器计算各个食槽食料高度的时候还采集食槽温度并按照以下步骤对食料高度进行温度补偿：

St1：控制处理器接受超声波传感器输出的发出超声波与接收到超声波回波的时间间隔t；

St2：使用温度传感器采集食槽温度，控制处理器接受温度传感器输出的温度信号T；

St3：计算                                                

，其中

为超声波传播速度，

为温度补偿系数，温度补偿系数单位为

，

为食料高度。

6.根据权利要求5所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，所述进料装置包括储料塔支架、储料塔及第一开关装置；

储料塔支架用于固定储料塔；

储料塔上开设有食料输出口与食料输入口； 

第一开关装置包括进料阀门、进料阀门电机、第一齿条及储料塔垫板；

所述进料阀门设置于储料塔食料输出口上；储料塔垫板固定在储料塔支架上，储料塔垫板上固定有进料阀门电机；进料阀门电机通过第一齿条与进料阀门传动连接；

控制处理器控制进料阀门电机转动，当进料阀门电机正向转动时第一齿条带动进料阀门关闭；当进料阀门电机反向转动时第一齿条带动进料阀门打开。

7.根据权利要求6所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，所述输料装置包括输料装置支架、输料主管道及输料动力装置；所述输料主管道与输料动力装置均固定于输料装置支架上；输料主管道上开设有食料输入口及至少一个食料输出口；所述输料动力装置伸入输料主管道内，将食料从食料输入口连接进料装置的食料输出口，输料主管道的各个食料输出口分别连接一个漏料装置；

所述输料动力装置包括主管道动力电机、螺旋、螺旋中心轴、第一轴承、第二轴承及联轴器；

螺旋盘旋于螺旋中心轴外壁上；所述螺旋中心轴位于输料主管道内，且通过联动轴连接于主管道动力电机上；第一轴承、第二轴承分别套于螺旋中心轴左右两端，用于支撑螺旋中心轴；

控制处理器控制主管道动力电机转动，主管道动力电机正转时，螺旋中心轴上的螺旋将正向推动食料；主管道动力电机反转时，螺旋中心轴上的螺旋将反向推动食料。

8.根据权利要求7所述的所述智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，所述漏料装置包括大小管道接口、上转接口、下转接口、上小管道、下小管道及第二开关装置；

第二开关装置包括漏料阀门电机、漏料阀门、第二齿条及漏料阀门电机底座；漏料阀门电机底座固定在食槽上方，漏料阀门电机底座上固定有漏料阀门电机；漏料阀门电机通过第二齿条与漏料阀门传动连接；漏料阀门电机接受控制处理器输出的控制信号；

上小管道通过大小管道接口连接输料装置食料输出口；上小管道通过上转接口连接下小管道；下转接口连接于下小管道的末端，所述漏料阀门设置于下转接口上；

控制处理器控制进料漏料电机转动，当控制处理器控制漏料阀门电机正向转动时第二齿条带动漏料阀门关闭；当漏料阀门电机反向转动时第二齿条带动漏料阀门打开。

9.根据权利要求8所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，所述匀料装置包括一个匀料推杆、第二联轴器和若干匀料推杆分支；所述匀料装置驱动电机为直线电机；匀料推杆的一端通过第二联轴器与直线电机连接，匀料推杆水平横穿于各个食槽，且任一食槽内具有一个匀料推杆分支，匀料推杆分支固定安装在匀料推杆上，匀料推杆分支与匀料推杆垂直，且位于食槽水平方向的中央处，匀料推杆及分支位于食槽底部；匀料推杆的自由端在匀料推杆延伸方向上距离食槽侧壁的距离不小于直线电机的最大推送距离；

匀料装置驱动电机接受控制处理器输出的控制信号，每次检测食槽中食料高度之前控制处理器控制所述匀料装置驱动电机驱动匀料推杆来回推送5次，匀料推杆分支在匀料推杆的带动下将食槽中的食料整平。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的智能精细喂鸡系统控制方法，其特征在于，控制处理器与上位机具有信号连接，用于接收上位机输出的食槽食料的设定量及喂食信号，并向上位机输出每次测得的各个食槽的食料量。

Images