CN104765310A - 智能猪用粥料控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能猪用粥料控制器，所述智能猪用粥料控制装置包括智能猪用粥料控制器、粥料盆、饲料罐、混合搅拌池、力传感器、水流量传感器、出水阀，所述智能猪用粥料控制器包括DC/DC隔离电源模块、微控制器模块、与微控制器模块相互连接的力传感器信号调理电路及AD转换模块、串行通信接口模块、数据存储模块、键盘显示器模块、与微控制器模块连接的水流量检测模块、电机减速及继电器控制模块，力传感器信号调理电路及AD转换模块与两个力传感器相连，水流量检测模块与水流量传感器相连，电机减速及继电器控制模块与直流电机、出水阀相连。本发明实现对生猪定时定量喂料，降低人工工作量，并保证饲料的混合质量，提高生猪养殖质量。

Description

智能猪用粥料控制器

技术领域

本发明涉及养殖设备领域，特别是涉及一种智能猪用粥料控制器。

背景技术

目前，在一般的生猪养殖场，喂料方式基本采用手动或者半自动的方式进行操作。手动喂料方式基本全靠人工操作，由人工完成猪用饲料原料和水的混合并搅拌成粥状，然后再将粥料倒入料槽中供生猪食用；而在大型的生猪养殖场，目前常用的喂料方式为半自动操作，通过专用的饲料送料装置和搅拌装置将饲料原料和水混合搅拌后再送入料槽供生猪食用。无论是纯手工方式还是半自动方式，生猪喂养的效率和质量都难以得到很好的保证，如人工喂料方式工作量大，同时生猪的进食量主要靠经验判断，一方面有可能生猪得不到充足的进食，另一方面可能因为粥料不能完全被生猪进食而导致浪费等；对于半自动的方式，仍存在着如需要较多的人工参与、饲料原料和水的比例不能自动调节、生猪的日进食量得不到有效控制等弊端，导致饲养质量和效率都有待提高。

目前，生猪养殖越来越趋向规模化，传统的人工喂料方式和半自动喂料方式难以适应当前的生猪养殖规模化趋势，一种要求具有极少人工参与、能够自动实现定时定量喂料的猪用智能化粥料控制系统是未来规模化生猪养殖的必然选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能猪用粥料控制器，自动化程度高，能够对猪用粥料进行计量处理和实时调节，对生猪进食量进行精确控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能猪用粥料控制器，所述智能猪用粥料控制装置包括智能猪用粥料控制器、粥料盆，还包括饲料罐、置于饲料罐内的搅拌装置、分别与搅拌装置两端相连的直流电机、混合搅拌池、安装于饲料罐两侧的力传感器、水流量传感器、出水阀，水流量传感器的一端与智能猪用粥料控制器相连、另一端通过出水阀与混合搅拌池相连，粥料盆与混合搅拌池相连；

所述智能猪用粥料控制器包括DC/DC隔离电源模块、微控制器模块、与微控制器模块相互连接的力传感器信号调理电路及AD转换模块、串行通信接口模块、数据存储模块、键盘显示器模块、与微控制器模块连接的水流量检测模块、电机减速及继电器控制模块，力传感器信号调理电路及AD转换模块与两个力传感器相连，水流量检测模块与水流量传感器相连，电机减速及继电器控制模块与直流电机、出水阀相连。

在本发明一个较佳实施例中，DC/DC隔离电源模块的输入为AC/DC适配器的24V直流电源，输出为数字电路电源和模拟电路电源，数字电路电源与粥料控制器的数字部分电路相连，模拟电路电源与力传感器信号调理电路及AD转换模块相连，分别为智能猪用粥料控制器的数字电路部分与模拟电路部分供电。

在本发明一个较佳实施例中，力传感器信号调理电路及AD转换模块包括两片24位的模拟数字转换器，一片模拟数字转换器的输入信号为双路差动信号，其内部有可程控增益电路，可实现1倍、2倍、64倍或128倍的差动信号放大；另一片模拟数字转换器的输入信号为单路差分信号，其内部配置了多个寄存器，通过设置相关的寄存器实现需要的功能。

在本发明一个较佳实施例中，微控制器模块采用8位的嵌入式微控制器STC15F32S2，内部资源丰富，作为智能猪用粥料控制器的控制核心。

在本发明一个较佳实施例中，电机减速及继电器控制模块包括直流电机的PWM调速和过流保护电路、两个继电器，其中一个继电器与出水阀相连，实现对出水阀的开关控制；另一个继电器与智能猪用粥料控制装置的给料管线上的蝶阀相连，实现对饲料罐中猪饲料的补料。

在本发明一个较佳实施例中，键盘显示器模块包括两个用于重量显示的0.56英寸共阴极数码管、两个用于时钟显示的0.36英寸共阴极数码管、5×1独立式键盘、状态灯，便于实现数据的显示和录入。

本发明的有益效果是：本发明能够按照设定的饲料原料和水的水料比来自动调节粥料的稀稠程度，能够按照设定的时间和设定的给料量自动精确调节猪饲料的下料量，提供自动饲养模式和断奶模式等适应生猪生长规律的喂养模式，提供单头猪的日进料量和总进料量的数据保存和查询，为进一步优化生猪饲养模式提供数据依据；该智能猪用粥料控制器只须设置生猪一个饲养周期的首次进料时间后，后续的喂料即可按照定时定量和设定的水料比等系统参数自动实现，直至一个饲养周期结束，具有自动化程度高、喂料方式符合生猪生长规律、喂养效率及喂养质量高、减少饲料浪费、节省成本等特点。

附图说明

图1是本发明智能猪用粥料控制器一较佳实施例的系统结构示意图。

图2是所述智能猪用粥料控制器的结构框图。

图3是所述DC/DC隔离电源模块的电路图。

图4是所述力传感器信号调理电路及AD转换模块的电路图。

图5是所述微控制器模块及外围电路的电路图。

图6是所述电机减速及继电器控制模块和水流量检测模块的电路图。

图7是所述串行通信接口模块和数据存储模块的电路图。

图8是所述键盘显示器模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种智能猪用粥料控制器，所述智能猪用粥料控制装置包括智能猪用粥料控制器、粥料盆，还包括饲料罐、置于饲料罐内的搅拌装置、分别与搅拌装置两端相连的直流电机、混合搅拌池、安装于饲料罐两侧的力传感器、水流量传感器、出水阀，水流量传感器的一端与智能猪用粥料控制器相连、另一端通过出水阀与混合搅拌池相连，粥料盆与混合搅拌池相连；所述智能猪用粥料控制器包括DC/DC隔离电源模块、微控制器模块、与微控制器模块相互连接的力传感器信号调理电路及AD转换模块、串行通信接口模块、数据存储模块、键盘显示器模块、与微控制器模块连接的水流量检测模块、电机减速及继电器控制模块，力传感器信号调理电路及AD转换模块与两个力传感器相连，水流量检测模块与水流量传感器相连，电机减速及继电器控制模块与直流电机、出水阀相连。如图1所示，将直流电机及搅拌装置、饲料罐、混合搅拌池、力传感器组成一个独立于粥料控制器其他机构的整体，由两个力传感器对其进行称重，具体的某一时间段内的出料量等于该时间段内的两次重量差，其力传感器信号、水流量传感器信号均传输至粥料控制器，粥料控制器将电机、出水阀等控制信号传输至独立于粥料控制器其他机构的直流电机及搅拌装置、饲料罐、混合搅拌池。猪饲料存储在饲料罐内，当需要喂料时，由直流电机带动搅拌装置将饲料送入混合搅拌池内与水混合搅拌，水的流量由水流量传感器进行检测，以便和下料量进行对比实时调节水料比，控制粥料的稀稠程度，具体的水料比调节方式是：水流量固定，通过调节直流电机的速度来匹配系统设定的水料比。经过混合搅拌后的粥料流入粥料盆内供生猪食用。

所述智能猪用粥料控制器以微控制器模块为控制核心，力传感器信号调理电路及AD转换模块、串行通信接口模块、数据存储模块、键盘显示器模块分别与微控制器模块相互通信，水流量检测模块向微控制器模块传输信号，微控制器模块向电机减速及继电器控制模块传输信号。其中智能粥料控制器的电源首先采用AC/DC适配器提供24V直流电源，然后通过DC/DC隔离电源将24V直流电源转换为两路电源：一路为粥料控制器的数字部分电路供电，另一路为粥料控制器的力传感器信号调理电路及AD转换模块供电。力传感器信号调理电路实现对力敏传感器mV级微弱信号进行滤波、放大及数模转换，模数转换采用高精度的24bit∑-△型AD转换集成芯片；键盘显示器模块实现人机对话功能，包括重量数据、时钟数据显示及系统参数数据录入等；电机调速及继电器控制模块实现对直流电机的PWM调速及外围的出水阀等的控制；串行通信接口模块为预留功能，便于以后的系统功能扩展；数据存储电路提供系统参数及下料量等数据的保存；水流量检测模块通过一较高分辨率的霍尔型水流量传感器实现对水流量的实时检测。

下面具体介绍所述智能猪用粥料控制器各部分的电路结构：

请参阅图3，DC/DC隔离电源模块的输入为AC/DC适配器的24V直流电源，输出分为数字电路电源和模拟电路电源，数字电路电源与粥料控制器的数字部分电路相连，模拟电路电源与力传感器信号调理电路及AD转换模块相连，分别为智能猪用粥料控制器的数字电路部分与模拟电路部分供电。AC/DC适配器通过电源插座P1给粥料控制器提供24V的直流电源，F1为自恢复保险丝，防止系统过载，D12为瞬态抑制二极管。由C2、C9、L3、C6及C3组成LC滤波电路，滤除AC/DC适配器输出电源上的噪声。D10和D7组成钳位电路，实现电源控制芯片U4的过电压保护，将U4芯片的管脚2和电源地相连，关断U4芯片的低压关断功能，防止电机等大负载工作时电压瞬间过低造成芯片U4关断。D4-D6为肖特基二极管，和C35、L1、C36及C38、L2、C39结合实现对高频脉动电压的整流。T1为EFD20骨架的高频变压器，U5为线性光电隔离耦合器，可以为U4提供反馈电压，同时可以实现粥料控制器系统电源输入输出间的电气隔离。U7为2.5V的电压基准，VCC为系统的数字电路部分提供5V电源，U1为三端稳压芯片，将8VACC稳压为5V的AVCC模拟电路电源，为两只力传感器及ADC提供电源及参考电压。U9实现将24直流电源稳压为12V电源输出，为直流电机的PWM调速电路提供电源。

请参阅图4，为了系统重量数据采集具有较高的可靠性及采集方案的灵活性，力传感器信号调理电路及AD转换模块采用两片24bit的ADC，分别为U15和U11，在实际使用时两片ADC可同时焊接，其中的一片作为备用；或者根据实际的使用情况只焊接其中的一片。图中的P4为力传感器接口，2只力传感器直接并接在P4接口上，S1-S2为磁珠，可部分抑制高频干扰信号，由R39、R42、C31、C27组成力传感器差动输出信号的低通滤波电路，C29电容具有抗混叠功能。U11为双路差动信号输入24bit的ADC，内部有可程控增益电路，放大倍数可以通过20脚和19脚的电平组合实现1倍、2倍、64倍或128倍差动信号放大；U15为单路差分信号输入24bit的ADC，其内部配置了多个寄存器，通过设置相关的寄存器实现需要的功能。出于抗干扰考虑，通过R20、R22、R23、R26-R28、R36-R37等电阻实现ADC电路和系统数字电路的分离。

请参阅图5，微控制器模块采用8bit的高性能嵌入式微控制器STC15F32S29（图中所示为U17），内部资源丰富，作为智能猪用粥料控制器的控制核心。P9实现主控板和键盘显示器电路板的接口。P10提供STC15F32S2的另外一路串口及两路I/O接口CTR1_MCU和CTR2_MCU信号，便于应对不同应用场合。P6为程序调试下载接口，用于对U17进行在线调试和下载程序。Y1及C48、C49为U17提供振荡源。U19为时钟日历芯片，为智能粥料控制器提供系统时钟。Y2为音叉振荡器，为U19提供32767Hz的振荡源。BT1为纽扣电池，与D8和D9配合实现当系统电源断电时U19的数据保持。C17-C24和C51为独石电容，为系统电路中的IC芯片提供退耦功能。

请参阅图6，电机减速及继电器控制模块包括直流电机的PWM调速和过流保护电路、两个继电器，图中的U2-U3为达林顿输出的光电耦合器，用于对小型中间继电器JD1-JD2的驱动，其中的JD1实现对出水阀的开关控制，JD2通过控制养殖场给料管线内的蝶阀通断实现对饲料罐中猪饲料的补料，D1、D3为中间继电器线圈提供续流通道。由U10、R17、R18、R19、Q2、R16、Q1、D11、U6、R12、R13及P3组成直流电机的PWM调速和过流保护电路，其中直流电机连接在P3的3脚和4脚间，U10为推拉输出的光电耦合器，由MCU提供的PWM信号通过U10和IGBT芯片Q2实现对直流电机的PWM调速控制，R16为电机的电流采样电阻，当电机的电流过高时，U6的4管脚产生一个由高到低的电平跳变，该信号接入到MCU的I/O管脚，由MCU关断电机，从而实现电机过流保护。U16为报警器，当系统发生故障时，产生声音报警。P11为水流量传感器的接口，水流量传感器产生的脉冲信号通过R48和U20A调理后送入MCU的定时/计数器1。由P7、R52-R53、R49及C50组成粥料盆粥料溢出检测电路，当粥料盆的料位达到设定位后，该电路产生一个由高到低的电平跳变信号WR_Det并送入MCU的I/O管脚，MCU关断喂料机构停止喂料，从而防止粥料盆的粥料溢出。

请参阅图7，图中U13和U14为串行接口的大容量EEPROM芯片，提供系统参数及喂料等数据的保存。U18为RS485逻辑电平转换芯片，R44-R47提供RS485信号的上下拉功能及RS485信号线的能量反射吸收功能，VD2为双向瞬态抑制二极管，起到保护U18芯片的作用。

请参阅图8，键盘显示器模块单独设计为一个电路板，与主控板的连接通过P1接插件实现。DS1-DS2为高亮度的0.56英寸共阴极数码管，主要实现系统的重量显示等功能，由U1芯片TM1640驱动。U3-U5为0.36英寸的共阴极数码管，主要实现系统的时钟显示等功能，通过U2芯片TM1640驱动。由K1-K5组成5×1的独立式键盘，便于系统参数的输入。状态灯AL1-AL8为LED灯，主要提供缺料、缺水、电机过载、正在下料、等待下料等状态显示。

本发明所述智能猪用粥料控制器的工作原理如下：

首先饲养人员通过键盘显示器模块设置智能粥料控制器的首次喂料时间、饲养猪的头数、饲养的单头猪初始进食量、每天的喂料次数、喂料的递进步长等系统参数，当系统的时间达到设定的首次喂料时间后，智能猪用粥料控制器便自动按照设定的参数进行定时定量喂料，无需人工参与，从而大大提高饲养效率和饲养质量，降低人工工作量。首先由两只力传感器实现对包含饲料罐在内的重量进行实时采集，由力传感器信号调理电路及AD转换模块实现信号调理和模数转换，MCU通过读取ADC转换的数据得到饲料出料重量。饲料的出料由直流电机带动螺旋给料器和铰刀将饲料送至混合搅拌池，同时通过控制自来水出水阀打开并通过一霍尔型的水流量传感器对水流量进行检测，按照设定的水料比实时调节直流电机的旋转速度来控制出料速度，从而实现水和料的搅拌和出料，水和饲料经过铰刀充分混合搅拌后进入粥料盆供生猪进食。当每个阶段的饲料出料量达到设定的各阶段出料设定量后，阶段出料完成并将出料的饲料重量保存，便于饲养人员随时查询。饲料罐的补料通过一直流电机控制供料管线内的蝶阀通断实现饲料罐的自动补料。智能猪用粥料控制器还提供诸如系统参数掉电保存、自动喂养模式、断奶喂养模式、总喂料量数据保存及查询、单头猪日进料量数据保存及查询等功能，便于养殖场的饲养人员通过相关的数据查询等操作，探索生猪进食和生长之间的规律，从而进一步提高养殖的效率和质量。

本发明根据粥料控制器的系统参数自动实现定时定量喂料，自动化程度高，可以大大降低人工参与度，降低养猪的人工工作量，同时，饲料和水的混合搅拌按照设定的水料比进行，从而可以保证饲料的混合质量，提高生猪养殖质量。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种智能猪用粥料控制器，所述智能猪用粥料控制装置包括智能猪用粥料控制器、粥料盆，其特征在于，智能猪用粥料控制装置还包括饲料罐、置于饲料罐内的搅拌装置、分别与搅拌装置两端相连的直流电机、混合搅拌池、安装于饲料罐两侧的力传感器、水流量传感器、出水阀，水流量传感器的一端与智能猪用粥料控制器相连、另一端通过出水阀与混合搅拌池相连，粥料盆与混合搅拌池相连；

所述智能猪用粥料控制器包括DC/DC隔离电源模块、微控制器模块、与微控制器模块相互连接的力传感器信号调理电路及AD转换模块、串行通信接口模块、数据存储模块、键盘显示器模块、与微控制器模块连接的水流量检测模块、电机减速及继电器控制模块，力传感器信号调理电路及AD转换模块与两个力传感器相连，水流量检测模块与水流量传感器相连，电机减速及继电器控制模块与直流电机、出水阀相连。

2.根据权利要求1所述的智能猪用粥料控制器，其特征在于，DC/DC隔离电源模块的输入为AC/DC适配器的24V直流电源，输出为数字电路电源和模拟电路电源，数字电路电源与粥料控制器的数字部分电路相连，模拟电路电源与力传感器信号调理电路及AD转换模块相连。

3.根据权利要求1所述的智能猪用粥料控制器，其特征在于，力传感器信号调理电路及AD转换模块包括两片24位的模拟数字转换器，一片模拟数字转换器的输入信号为双路差动信号，另一片模拟数字转换器的输入信号为单路差分信号。

4.根据权利要求1所述的智能猪用粥料控制器，其特征在于，微控制器模块采用8位的嵌入式微控制器STC15F32S2。

5.根据权利要求1所述的智能猪用粥料控制器，其特征在于，电机减速及继电器控制模块包括直流电机的PWM调速和过流保护电路、两个继电器，其中一个继电器与出水阀相连，另一个继电器与智能猪用粥料控制装置的给料管线上的蝶阀相连。

6.根据权利要求1所述的智能猪用粥料控制器，其特征在于，键盘显示器模块包括两个用于重量显示的0.56英寸共阴极数码管、两个用于时钟显示的0.36英寸共阴极数码管、5×1独立式键盘、状态灯。