CN104255536A - 一种智能化猪舍清洗装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能化猪舍清洗装置与方法，在左右宽度方向上将猪舍地面等分成若干个相同的区域，位于每个区域的前后侧的筑墙上分别设置一个自动旋转喷水装置，每个自动旋转喷水装置均通过穿过筑墙的一根硬水管连接一个电动调节阀，嵌入式控制器控制各个摄像头定时实时拍摄监视各个区域地面的污染情况，判断出需要清洗的有污染区域，控制有污染区域对应的电动调节阀至1/3开度，使矩形喷嘴以缓慢的速度由下向上旋转喷水，生猪则撤离而进入其余区域，嵌入式控制器对采集图像处理并将处理结果与预设的猪舍地面污染等级阈值进行匹配，根据污染等级确定冲洗时间；能够全面无死角地冲洗猪舍地面，全程不需人工干预，提高猪舍养殖的自动化程度。

Description

一种智能化猪舍清洗装置与方法

技术领域

本发明涉及农业领域中的生猪养殖技术，具体是一种规模化猪舍的清洗方法与装置，用于对猪舍中大量排泄物进行冲洗以优化猪舍内环境。

背景技术

  随着生猪养殖技术的普及和提高，生猪养殖规模日益递增，而猪舍内环境的好坏直接影响猪的健康生长。伴随着生猪养殖密度的不断加大，猪舍环境问题日趋突出。目前大部分猪舍的清洗方式仍停留于人工清洗，在清洗前先将生猪全部赶出猪舍，工作人员进入猪舍进行清洗、消毒，这种全进全出的清洗方式自动化程度较低，耗时费力且清洗效率低。随着养殖规模扩大、猪舍面积增大，猪舍每天产生的大量排泄物通过何种方式能够达到快速、高效的冲洗处理正成为一个需要解决的问题。

 随着自动化技术的发展，自动控制机构也开始用于猪舍清洁。中国专利申请号为201210413138.5（一种猪场自动化倒料、清粪系统）和中国专利申请号为201410094448.4（一种往复自走式猪舍刮粪机）的专利文献公开了通过控制器控制清扫机构对猪舍的猪粪进行机械清理，这种刮扫结构只能够清理掉猪舍内较大的猪粪，而较小的猪粪颗粒及尿液不能够有效清理，容易滋生细菌，这种结构还容易刮伤猪，不利于猪的生长。中国专利申请号为200910116290.5涉及一种节能保育肥猪舍，对现有猪舍的结构进行了优化设计，在猪舍每间栏圈的隔墙上设有高压冲洗水管，利用猪舍外部的高压设备进行加压，等人工进入栏圈内清粪后，利用高压喷枪进行冲洗，这样的高压冲洗存在以下问题：1、在猪舍里留有生猪时采用高压冲洗水管冲洗地面不可避免地会击伤生猪，会损伤生猪的健康；2、设在隔墙上的冲洗水管是固定的，不能向多个方向冲洗，不能全面无死角地冲洗猪舍地面，需人工到猪舍亲自去清理地面死角，这样不但不能实现自动化清洗还增加了人工成本。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有猪舍清洁技术存在的缺陷，提供一种智能化猪舍清洗装置及方法，能实现自动化清洗猪舍，能全面无死角地冲洗猪舍地面，不需要人工干预，也不会对猪的健康造成影响。

本发明一种智能化猪舍清洗装置采用的技术方案是：在左右宽度方向上将猪舍地面等分成若干个相同的区域，每个区域的长度方向与猪舍的长度方向一致，位于每个区域的前后侧的筑墙上分别设置一个自动旋转喷水装置，每个自动旋转喷水装置均通过穿过筑墙的一根硬水管连接一个电动调节阀，电动调节阀另一端连接自来水出口，电动调节阀同时通过信号线连接固定在筑墙外墙面上的嵌入式控制器，每个区域的正上方的空间布置一个摄像头；嵌入式控制器包括MCU主控单元，MCU主控单元通过驱动电路控制自动旋转喷水装置旋转喷水，MCU主控单元通过电动调节阀控制电路连接每个电动调节阀，各个摄像头通过SDRAM存储器与MCU主控单元相连。

所述自动旋转喷水装置包括矩形喷嘴、金属水管和步进电机，矩形喷嘴通过固定连接金属水管一端并面对着所在区域，金属水管另一端通过第一个喉箍连接软水管一端，软水管另一端与所述硬水管通过第二个喉箍连接；金属水管的中部沿径向固定地穿过一个水平轴，水平轴两端分别通过一个滚珠轴承可旋转地连接于U型外壳的两侧壁上，水平轴上同轴固定一个与小齿轮相啮合的大齿轮，所述小齿轮固定套在步进电机的输出轴上；U型外壳与筑墙固定连接；步进电机的外壳固定连接U型外壳的侧壁；驱动步进电机，由小齿轮依次地带动大齿轮、水平轴、金属水管同时转动，带动矩形喷嘴旋转90度。

本发明一种智能化猪舍清洗方法采用的技术方案是按以下步骤：

 A，嵌入式控制器控制各个摄像头定时实时拍摄监视各个区域地面的污染情况，经过对图像处理判断，判断出需要清洗的有污染区域；

  B、嵌入式控制器控制有污染区域对应的电动调节阀至1/3开度；

 C、嵌入式控制器6驱动有污染区域对应的两个自动旋转喷水装置，使矩形喷嘴以缓慢的速度由下向上旋转喷水，有污染区域地面上的生猪则撤离而进入其余区域；

 D、当有污染区域里没有生猪时，有污染区域对应的摄像头采集地面图像信息并传送到嵌入式控制器，嵌入式控制器对采集图像进行处理并将处理结果与预设的猪舍地面污染等级阈值进行匹配，根据污染等级确定冲洗时间；

 E、嵌入式控制器控制有污染区域对应的电动调节阀至全开状态对有污染区域区域进行冲洗，并根据冲洗时间控制有污染区域对应的两个自动旋转喷水装置工作，直到有污染区域的冲洗完成。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明由摄像头实时拍摄监视各个区域地面的污染情况，识别到有污染就对猪舍进行智能化冲洗，能够全面无死角地冲洗猪舍地面，全程不需人工干预，在节省了人工成本的同时提高了猪舍养殖的自动化程度。

2、本发明分区域对猪舍进行冲洗，冲洗前用低压喷水将猪驱赶到其他区域，再用高压喷水冲洗该区域。该冲洗方法不会对猪的健康造成影响，高压冲水能够快速有效的将排泄物冲走，节约了水资源的同时产生较少的猪舍污水，从而减轻了环境的污染。

3、本发明利用摄像头和嵌入式控制器对猪舍各区域的污染程度进行分析，控制自动旋转喷水装置根据污染程度对猪舍进行智能化分级冲洗，清理效率高，有效减少了清洗成本。

4、本发明在清洗过程中不会影响到猪的健康，保证猪的正常生长，能够有效防止猪舍的污染，营造舒适、卫生的饲养环境，提高猪的生长率。

5、本发明装置制造成本低，操作简单，一次性投资就能长期使用，适合在大规模化猪场内推广应用。

附图说明

图1为本发明一种智能化猪舍清洗装置在去掉猪舍顶棚7、横梁、摄像头等之后的内部立体结构示意图；

图2为本发明一种智能化猪舍清洗装置的左视图；

图3为图1中自动旋转喷水装置的立体图；

图4为图3的俯视图；

图5为图2中嵌入式控制器6的内部结构及其外接图；

图6为图1的俯视平面图；

图7为本发明一种智能化猪舍清洗方法的流程图。

附图中各部件的序号和名称：1.筑墙，2.猪舍地面，3.污水管道，4.栅栏， 5.自动旋转喷水装置，6.嵌入式控制器，7.猪舍顶棚，8.横梁，9.摄像头，10.电动调节阀，11.硬水管，12.底座，13.螺钉，14.步进电机，15.U型外壳，16.喉箍，17.金属水管，18.矩形喷嘴，19.圆孔，20.水平轴，21.软水管，22.小齿轮，23.步进电机输出轴，24.大齿轮，25.滚珠轴承。

具体实施方式

 参见图1和图2，猪舍为长方形，前后方向的长度为L米，左右方向的宽度为M米。猪舍前后两侧都是实心的筑墙1，筑墙1高度为H米，猪舍左右两侧为铁栅栏4，铁栅4栏高度比筑墙1高度略低。将猪舍地面2从左至右等分成若干个相同的区域，每个区域的长度方向与猪舍的长度方向一致。在每个区域的前后侧的筑墙1上分别安装一个自动旋转喷水装置5，每个区域的两个自动旋转喷水装置5相对于区域的中心前后对称，在每个区域的正上方的空间布置一个摄像头9。图1中仅示出了将猪舍地面2分成A、B、C三个区域，实际实施时，猪舍地面2所分区域的个数可根据猪舍地面2的面积大小、摄像头9的拍摄范围以及自动旋转喷水装置5的作用距离综合确定，要使每个摄像头9拍摄到所在区域的地面全部图像，要使自动旋转喷水装置5作用到所在区域的整个地面。

 如图1中，A、B、C每个区域的地面左右两旁都是污水管道3，污水管道3的长度与区域的长度一致，污水管道3表面为设有漏孔的铁板，每个区域的地面是中间高、左右两侧低成坡型的水泥地面，方便污水能够很快地很畅通地流进旁边的污水管道3。

参见图2，筑墙1上方连接猪舍顶棚7，猪舍顶棚7下方设有钢结构横梁8，用于固定悬挂摄像头9，A、B、C每个区域的正上方都设有一个摄像头9，分别用于拍摄监视各个区域猪的位置及猪舍地面2的污染程度。在A、B、C每个区域的前后侧的筑墙1上分别安装一个自动旋转喷水装置5，自动旋转喷水装置5的安装高度要低于摄像头9的高度。每个自动旋转喷水装置5均通过穿过筑墙1的一根硬水管11连接一个电动调节阀10，电动调节阀10可安装在筑墙1的外墙面上，电动调节阀10另一端连接到自来水出口。电动调节阀10同时通过信号线连接嵌入式控制器6，将嵌入式控制器6固定在筑墙1的外墙面上。嵌入式控制器6通过调节电动调节阀10的开度就可以控制硬水管11内水流的开关和大小，当需要赶猪时将电动调节阀10开度调小，此时自动旋转喷水装置5喷出的水压较小不会对生猪造成伤害；当需要清洗猪舍时将电动调节阀10开度调为全开，此时自动旋转喷水装置5喷出的水压较大，可以在使用较少的水的情况下完成猪舍清洗。

再参见图3和图4的单个自动旋转喷水装置5的结构示意图，自动旋转喷水装置5包括矩形喷嘴1、金属水管17、步进电机14等，矩形喷嘴1面对着所在区域的地面，矩形喷嘴18通过螺纹固定连接金属水管17一端，金属水管17另一端通过第一个喉箍16连接软水管21的一端，喉箍16将金属水管17和软水管21的连接处固定住。软水管21的另一端与筑墙1内的硬水管11通过第二个喉箍16连接。在金属水管17的中部沿径向穿过一个水平轴20，水平轴20的轴心线与金属水管17的轴心线相垂直，并且使金属水管17固定连接水平轴20。水平轴20的两端分别通过一个滚珠轴承25可旋转地连接在U型外壳15的两侧壁上，使金属水管17位于U型外壳15的U型开口中。在U型外壳15中的水平轴20上同轴固定一个大齿轮24，大齿轮24与小齿轮22相啮合，小齿轮22固定套在步进电机14的输出轴23上，步进电机14的外壳固定在U型外壳15的侧壁上。将U型外壳15固定在底座12上，底座12通过螺钉13固定在筑墙1上。在U型外壳15的U型两侧壁上各开有圆孔19，供滚珠轴承25内嵌在里面。驱动步进电机14，由小齿轮22带动大齿轮24转动，与之固定的水平轴20同样也会转动，使金属水管17沿水平轴20的轴心线转动，带动矩形喷嘴18上下摆动，实现旋转喷水。本发明装置通过对步进电机14的控制，使自动带动矩形喷嘴18上下可旋转90度。

参见图5，嵌入式控制器6包括MCU主控单元、电动调节阀控制电路、驱动电路、电源转化模块和SDRAM存储器。其中电动调节阀控制电路、驱动电路、电源转化模块和SDRAM存储器以不同的端口分别连接MCU主控单元，MCU主控单元通过电动调节阀控制电路连接A、B、C每个区域的电动调节阀10，驱动电路连接并驱动A、B、C各个自动旋转喷水装置5中的步进电机14，由MCU控制步进电机14的转动进而控制自动旋转喷水装置5的上下旋转。电源转化模块用来将市电转换为可供MCU主控单元、电源转换模块用来将市电转换为可供MCU主控单元，SDRAM存储器连接A、B、C每个区域的摄像头9，使各个摄像头9通过SDRAM存储器与MCU主控单元相连，各个摄像头9实时采集猪舍图片，MCU对采集的图像进行处理得出猪舍污染情况，根据识别到的猪舍污染情况控制各个区域相应的电动调节阀10的打开或者关闭，进行猪舍冲洗。 

参见图6，将每个区域按猪舍的长度方向再分为6小块。例如A区域平均分为：A1、A2、A3、A4、A5、A6这6小块，同样B区域平均分为B1、B2、B3、B4、B5、B6这6小块，C区域平均分为C1、C2、C3、C4、C5、C6这6小块。对应地，采用安装在A区域后侧的自动旋转喷水装置5清洗A1、A2、A3这3小块地面，采用安装在A区域前侧的自动旋转喷水装置5清洗A4、A5、A6这3小块地面，采用安装在B区域后侧的自动旋转喷水装置5清洗B1、B2、B3这3小块地面，采用安装在B区域前侧的自动旋转喷水装置5清洗B4、B5、B6这3小块地面，采用安装在C区域后侧的自动旋转喷水装置5清洗C1、C2、C3这3小块地面，采用安装在C区域前侧的自动旋转喷水装置5清洗C4、C5、C6这3小块地面。每个自动旋转喷水装置5能清洗的距离至少要大于每个区域地面长度的一半，这样，每个区域的前后侧的两个自动旋转喷水装置5共同作用可清洗该区域整个地面。

参见图7，本发明智能化猪舍清洗装置的清洗过程全部由嵌入式控制器6控制，猪舍清洗过程分为赶猪和冲洗两个环节，具体实施步骤如下：

步骤一，嵌入式控制器6每天在指定的时间控制安装在横梁8上的各个摄像头9定时实时拍摄监视各个区域地面的污染情况，经过对图像处理判断，判断各个区域是否有污染，确定需要清洗的污染区域。

步骤二，嵌入式控制器6控制污染区域对应的电动调节阀10至1/3开度，此开度下水柱能覆盖所要清洗的区域，而且水压较小，不会对生猪造成伤害。

例如：识别到A区域被污染，嵌入式控制器6控制打开A区域对应的两个电动调节阀10至1/3开度。

步骤三，嵌入式控制器6驱动有污染区域对应的两个自动旋转喷水装置5的两个步进电机14，通过传动使矩形喷嘴18以缓慢的速度由下向上旋转喷水，有污染区域地面上的生猪因受到水柱的刺激会撤离该有污染区域而进入其余区域，此时安装在有污染区域上的摄像头9会监测到生猪的走向及位置，直到监测到有污染区域的生猪全部涌入其它未清洗区域，完成赶猪环节。例如：矩形喷嘴18旋转时，后侧的矩形喷嘴18喷出的水柱在A1、A2、A3小块地面反复喷水，前侧的矩形喷嘴18喷出的水柱在A6、A5、A4小块地面反复喷水。这样，A区域地面上的生猪会撤离A区域而全部涌入到B区域和C区域。

 步骤四，嵌入式控制器6预先设定好猪舍地面污染等级和与之对应的冲洗时间，污染等级分为低、中、高三个等级，冲洗时间对应地为短时、正常、长时。当有污染区域里没生猪的时候，与有污染区域对应的摄像头9采集污染区域地面图像信息，并传送到嵌入式控制器6，嵌入式控制器6对采集图像进行处理，将处理结果与预先设定的阈值进行匹配，得出该区域的污染位于低、中、高哪一等级。根据污染的等级确定冲洗时间，也确定了冲洗力度，当污染程度等级为低时，对该区域进行短时冲洗；当污染程度等级为中时，对该区域进行正常冲洗；当污染程度等级为高时，对该区域进行长时冲洗。这样根据地面的污染程度，嵌入式控制器6可以控制两个步进电机14工作时间，控制冲洗时长，不但可以节约水资源，还可以缩短冲洗时长，实现猪舍冲洗的智能化。

 步骤五，嵌入式控制器6控制有污染区域对应的电动调节阀10至全开状态，强劲的水柱可以对有污染区域区域进行冲洗，嵌入式控制器6根据地面的污染等级和确定好的冲洗时间，控制有污染区域对应的两个步进电机14的工作时间，一段时间的冲刷过后，有污染区域的冲洗就算完成。随着矩形喷嘴18的上下旋转喷水，水柱冲洗A区域，猪舍地面的的粪便等被打碎并随着水流流进两边的下水道。例如：A区域对应的后侧的自动旋转喷水装置5负责冲洗A1、A2、A3这三小块地面，前侧的自动旋转喷水装置5负责冲洗A6、A5、A4这三小块地面。嵌入式控制器6根据冲洗时间控制两个步进电机14工作，直至A区域的冲洗完成。

Claims (8)

1.一种智能化猪舍清洗装置，猪舍前后两侧是筑墙，其特征是：在左右宽度方向上将猪舍地面等分成若干个相同的区域，每个区域的长度方向与猪舍的长度方向一致，位于每个区域的前后侧的筑墙上分别设置一个自动旋转喷水装置（5），每个自动旋转喷水装置（5）均通过穿过筑墙的一根硬水管（11）连接一个电动调节阀（10），电动调节阀（10）另一端连接自来水出口，电动调节阀（10）同时通过信号线连接固定在筑墙外墙面上的嵌入式控制器（6），每个区域的正上方的空间布置一个摄像头（9）；嵌入式控制器（6）包括MCU主控单元，MCU主控单元通过驱动电路控制自动旋转喷水装置（5）旋转喷水，MCU主控单元通过电动调节阀控制电路连接每个电动调节阀（10），各个摄像头（9）通过SDRAM存储器与MCU主控单元相连。

2.根据权利要求1所述智能化猪舍清洗装置，其特征是：自动旋转喷水装置（5）包括矩形喷嘴（1）、金属水管（17）和步进电机（14），矩形喷嘴（18）通过固定连接金属水管（17）一端并面对着所在区域，金属水管（17）另一端通过第一个喉箍（16）连接软水管（21）一端，软水管（21）另一端与所述硬水管（11）通过第二个喉箍（16）连接；金属水管（17）中部沿径向固定地穿过一个水平轴（20），水平轴（20）两端分别通过一个滚珠轴承（25）可旋转地连接于U型外壳（15）的两侧壁上，水平轴（20）上同轴固定一个与小齿轮（22）相啮合的大齿轮（24），所述小齿轮（22）固定套在步进电机（14）的输出轴上；U型外壳（15）与所述筑墙固定连接；步进电机（14）的外壳固定连接U型外壳（15）的侧壁；驱动步进电机（14），小齿轮（22）依次地带动大齿轮（24）、水平轴（20）、金属水管（17）同时转动，带动矩形喷嘴（18）旋转90度。

3.根据权利要求1所述智能化猪舍清洗装置，其特征是：筑墙上方连接猪舍顶棚，猪舍顶棚下方设有用于固定悬挂摄像头（9）的钢结构横梁（8），自动旋转喷水装置（5）的高度低于摄像头（9）的高度。

4.根据权利要求1所述智能化猪舍清洗装置，其特征是：每个区域的对应的两个自动旋转喷水装置（5）相对于区域的中心前后对称。

5.根据权利要求1所述智能化猪舍清洗装置，其特征是：猪舍左右两侧为铁栅栏（4），铁栅（4）栏高度比所述筑墙高度低。

6.根据权利要求1所述智能化猪舍清洗装置，其特征是：每个区域地面左右两旁都是污水管道（3），污水管道（3）的长度与区域的长度一致，污水管道（3）表面为设有漏孔的铁板；每个区域地面是中间高、左右两侧低成坡型的水泥地面。

7.一种如权利要求1所述智能化猪舍清洗装置的清洗方法，其特征是按以下步骤：

     A、嵌入式控制器（6）控制各个摄像头（9）定时实时拍摄监视各个区域地面的污染情况，经过对图像处理判断，判断出需要清洗的有污染区域；

     B、嵌入式控制器（6）控制有污染区域对应的电动调节阀（10）至1/3开度；

     C、嵌入式控制器（6）驱动有污染区域对应的两个自动旋转喷水装置（5），使矩形喷嘴（18）以缓慢的速度由下向上旋转喷水，有污染区域地面上的生猪则撤离而进入其余区域，

     D、当有污染区域里没有生猪时，有污染区域对应的摄像头（9）采集地面图像信息并传送到嵌入式控制器（6），嵌入式控制器（6）对采集图像进行处理并将处理结果与预设的猪舍地面污染等级阈值进行匹配，根据污染等级确定冲洗时间；

     E、嵌入式控制器（6）控制有污染区域对应的电动调节阀（10）至全开状态对有污染区域区域进行冲洗，并根据冲洗时间控制有污染区域对应的两个自动旋转喷水装置（5）工作，直到有污染区域的冲洗完成。

8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征是：步骤D中，污染等级分为低、中、高三个等级，冲洗时间对应地为短时、正常、长时。