CN105075886B - 一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统 - Google Patents

一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统，包括自动喂食装置和用于佩戴在奶牛身上的加速度采集装置，所述加速度采集装置包括加速度传感器、加速度控制模块和通讯模块；所述自动喂食装置包括喂食机、驱动喂食机的电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；所述运动量信息读取模块连接料槽控制模块，所述料槽控制模块控制连接电机。通过加速度传感器采集奶牛前进方向的加速度信息，加速度控制模块根据加速度信息生成相应的运动量信息，并通过通讯模块将运动量信息发送给自动喂食装置。根据该运动量信息，料槽控制模块控制步进电机设置奶牛的喂食量，保证了每头奶牛都有合适的喂食量，实现了奶牛的自动化饲养。

Description

一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统
技术领域
本发明属于畜牧业喂食领域，具体涉及一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统。
背景技术
众所周知，奶牛业在我国畜牧业中已经成为了支柱型企业，它的发展决定了我国畜牧业的经济水平，影响着我国国民的健康状况。随着我国畜牧业的崛起，对牛奶的需求量增大，因此需要保证每头奶牛的饮食，保障奶牛的产奶量。
目前，奶牛的喂食方法是人工统一喂食，不仅造成人力资源的大量浪费，工作效率低下，发明人在研究中发现，由于每头奶牛的整体运动水平不同，其饲料需求也不同，如果每头奶牛都采用相同的喂食量进行喂食，很容易出现饲料的浪费或者不足的情况，影响奶牛的健康状况，使得奶牛的产奶水平不均衡。因此，需要一种奶牛自动喂食装置，根据奶牛的运动水平，分别进行奶牛的自动喂食。
发明内容
本发明的目的是提供一种奶牛自动喂食装置以及对应的智能喂食系统，用以提供一种能够根据奶牛的运动水平进行奶牛的自动喂食的装置。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种自动喂食装置，包括喂食机、驱动喂食机的电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；所述运动量信息读取模块连接料槽控制模块，所述料槽控制模块控制连接电机；所述运动量信息读取模块用于读取奶牛身上佩戴的运动量采集装置的运动量信息；所述料槽控制模块用于接收、处理所述运动量信息，并根据所述运动量信息控制电机转动。
所述料槽上还设有流量计，流量计连接料槽控制模块，所述流量计用于检测喂食量。
所述运动量信息读取模块是NFC读写器。
一种智能喂食系统，包括自动喂食装置和用于佩戴在奶牛身上的加速度采集装置，所述加速度采集装置包括加速度传感器、加速度控制模块和通讯模块；所述自动喂食装置包括喂食机、驱动喂食机的电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；所述运动量信息读取模块连接料槽控制模块，所述料槽控制模块控制连接电机；所述加速度传感器用于采集奶牛前进方向的加速度数据；所述加速度控制模块用于处理采集到的加速度数据并生成奶牛的运动量信息；所述通讯模块用于将运动量信息发送给自动喂食装置；所述运动量信息读取模块用于读取奶牛身上佩戴的加速度采集装置的运动量信息；所述料槽控制模块用于接收、处理所述通讯模块发送来的运动量信息，并根据所述运动量信息控制电机转动。
所述料槽上还设有流量计，流量计连接料槽控制模块，所述流量计用于检测喂食量。
所述运动量信息读取模块是NFC读写器。
本发明的有益效果是：通过加速度传感器采集奶牛前进方向的加速度信息，加速度控制模块根据加速度信息生成相应的运动量信息，并通过通讯模块将运动量信息发送给自动喂食装置。根据该运动量信息，通过料槽控制模块控制步进电机设置奶牛的喂食量，保证了每头奶牛都有合适的喂食量，实现了奶牛的自动化饲养。
附图说明
图1是本发明智能喂食装置实施例的示意图；
图2是本发明智能喂食系统实施例的示意图。
具体实施方式
智能喂食装置实施例
本发明实施例的智能喂食装置包括喂食机、电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；运动量信息读取模块连接料槽控制模块，料槽控制模块控制连接电机，电机驱动连接喂食机。
运动量信息读取模块读取奶牛身上的运动量信息，并将该信息传送给料槽控制模块，料槽控制模块处理奶牛运动量信息并控制电机转动，电机带动喂食机动作，实现奶牛喂食的自动控制。
在上述实施例中，所述奶牛自动喂食装置还包括流量计，流量计连接料槽控制模块，如图1所示。流量计用于检测喂食量，并将喂食量反馈给料槽控制模块，通过料槽控制模块控制喂食量的多少，实现奶牛喂食量的自动控制。作为其他实施方式，可以通过料槽控制模块直接控制电机的工作时间来控制喂食量。
在上述实施例中，所述料槽控制模块是Arduino Uno R3单片机。作为其他实施方式，所述料槽控制模块是其它类型的控制器。
智能喂食系统实施例
本发明实施例的智能喂食系统包括自动喂食装置和用于佩戴在奶牛身上的加速度采集装置。加速度采集装置包括加速度传感器、加速度控制模块和通讯模块，加速度传感器连接加速度控制模块，加速度控制模块连接通讯模块。自动喂食装置包括喂食机、电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；运动量信息读取模块连接料槽控制模块，料槽控制模块控制连接电机，电机驱动连接喂食机。
加速度采集装置的加速度传感器采集奶牛前进方向的加速度数据，加速度控制模块处理采集到的加速度数据并根据相应的算法生成奶牛的运动量信息；通讯模块将运动量信息发送给自动喂食机。
运动量信息读取模块读取奶牛身上佩戴的加速度采集装置的运动量信息；料槽控制模块接收、处理通讯模块发送来的运动量信息，并根据运动量信息控制电机转动，实现奶牛喂食的自动控制。
在上述实施例中，所述奶牛自动喂食装置还包括流量计，可以选用超声波流量计，流量计连接料槽控制模块，用于检测喂食量，并将喂食量反馈给料槽控制模块，通过料槽控制模块控制喂食量的多少，实现奶牛喂食量的自动控制。作为其他实施方式，可以通过料槽控制模块直接控制步进电机电机控制喂食量。
在上述实施例中，所述料槽控制模块是Arduino Uno R3单片机。作为其他实施方式，所述料槽控制模块是其它类型的控制器。
在上述实施例中，所述通讯模块包括NFC读写器和RFID标签，NFC读写器将奶牛的运动量信息写入RFID标签，所述运动量信息读取模块是NFC读写器，如图2所示。作为其他实施方式，所述运动信息读取模块是与奶牛身上的通讯模块相适配的，比如，奶牛身上的加速度采集装置的通讯模块是蓝牙模块，用于将信息发送到自动喂食装置，这种方式下，自动喂食装置的信息读取模块也为一个蓝牙模块。
现结合具体算法对智能喂食系统的典型实施例进行说明。
在一段时间内，通过加速度传感器采集若干组加速度数据，每组加速度数据为设定周期的奶牛前进方向的加速度数据。加速度控制模块--Arduino Uno R3单片机对加速度数据进行以下处理：
1)对于每组加速度数据，计算加速度零均值序列的前向差分序列d。
设其中一组加速度序列为x＝[x1,x2,…,xn]，计算x的均值x′＝(x1+x2+…+xn)/n，将加速度序列x中的每个元素减去均值x′，得到新的零均值序列x″，对序列x″进行前向差分，得到序列d。
2)计算前向差分序列d的标准差、极差、峰度。
计算前向差分序列d的标准差、极差、峰度，将标准差记为a、极差记为b、峰度记为c。
3)对标准差、极差、峰度建立基本可信度分配函数；将标准差、极差、峰度代入基本可信度分配函数，判断奶牛的运动状态。
m(1)、m(2)分别表示奶牛处于行走状态和奔跑状态的基本可信度分配，m(Θ)表示不确定的基本可信度分配。建立过程如下：
标准差：
若a<1，则m(1)＝0.9，m(2)＝0，m(Θ)＝0.1；
若1≤a<2，则m(1)＝[1–(a–1)]×0.9，m(2)＝[a–1]×0.9，m(Θ)＝0.1；
若a≥2，则m(1)＝0，m(2)＝0.9，m(Θ)＝0.1。
极差：
若b<5，则m(1)＝0.9，m(2)＝0，m(Θ)＝0.1；
若5≤b<7，则m(1)＝[1–(b–5)/2]×0.9，m(2)＝[(b–5)/2]×0.9，m(Θ)＝0.1；
若b≥7，则m(1)＝0，m(2)＝0.9，m(Θ)＝0.1。
峰度：
若c<2，则m(1)＝0.9，m(2)＝0，m(Θ)＝0.1；
若2≤c<3，则m(1)＝[1–(c–2)]×0.9，m(2)＝[c–2]×0.9，m(Θ)＝0.1；
若c≥3，则m(1)＝0，m(2)＝0.9，m(Θ)＝0.1。
将前向差分序列d的标准差a、极差b、峰度c代入对应的基本可信度分配函数，计算得出对应的基本可信度分配值F1、F2、F3，然后将F1、F2、F3代入式(1)，得到可信度分配值Fx：
Fx＝F1⊕F2⊕F3 (1)
选取门限ε1＝0.2，ε2＝0.03，
若可信度分配值Fx的m(1)–m(2)>ε1，m(Θ)<ε2，即可判断为行走状态；m(2)–m(1)>ε1，m(Θ)<ε2，即可判断为奔跑状态。
4)综合由各组加速度数据对应的奶牛的运动状态，计算奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例，判断奶牛的运动量信息。
根据奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例，将奶牛运动量分为运动过多、正常运动、运动过少三种运动量。
如，将奶牛的运动量分为运动过多、正常运动、运动过少三种运动量，其中运动过多为奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例大于或等于3/5，正常运动为奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例小于3/5，大于或等于1/5，运动过少为奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例小于1/5。
之后，加速度采集装置的NFC读写器将运动量信息写入RFID标签。当奶牛靠近料槽时，自动喂食装置的NFC读写器读取奶牛的运动量信息，经将该信息传送给料槽控制模块--Arduino Uno R3单片机，Arduino根据奶牛的运动量，确定对应的喂食量，驱动电机带动喂食机动作，例如可以采用步进电机，结合设定程序控制喂食量的多少，也可以通过流量计检测喂食量并反馈给槽控制模块--Arduino Uno R3单片机，控制喂食量的多少，进而实现奶牛的自动化、智能化喂食。
在上述实施例中，采用上述算法进行奶牛运动量大小的判断和喂食量多少的确定，作为其他实施方式，可以采用其他算法进行奶牛运动量大小的判断和喂食量多少的确定。

Claims (6)

1.一种自动喂食装置，包括喂食机，其特征在于：还包括驱动喂食机的电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；所述运动量信息读取模块连接料槽控制模块，所述料槽控制模块控制连接电机；所述运动量信息读取模块用于读取奶牛身上佩戴的运动量采集装置的运动量信息；所述料槽控制模块用于接收、处理所述运动量信息，并根据所述运动量信息控制电机转动；
所述运动量采集装置的加速度控制模块处理采集到的加速度数据并根据相应的算法生成奶牛的运动量信息；
在一段时间内，采集若干组加速度数据，每组加速度数据为设定周期的奶牛前进方向的加速度数据，加速度控制模块对加速度数据进行以下处理：
1)对于每组加速度数据，计算加速度零均值序列的前向差分序列d；
2)计算前向差分序列d的标准差、极差、峰度；
3)对标准差、极差、峰度建立基本可信度分配函数：将标准差、极差、峰度代入基本可信度分配函数，判断奶牛的运动状态；
4)综合由各组加速度数据对应的奶牛的运动状态，计算奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例，判断奶牛的运动量信息。
2.根据权利要求1所述的自动喂食装置，其特征在于：所述料槽上还设有流量计，流量计连接料槽控制模块，所述流量计用于检测喂食量。
3.根据权利要求1所述的自动喂食装置，其特征在于：所述运动量信息读取模块是NFC读写器。
4.一种智能喂食系统，包括自动喂食装置和用于佩戴在奶牛身上的加速度采集装置，所述加速度采集装置包括加速度传感器、加速度控制模块和通讯模块；所述自动喂食装置包括喂食机，其特征在于：还包括驱动喂食机的电机，以及料槽控制模块和运动量信息读取模块；所述运动量信息读取模块连接料槽控制模块，所述料槽控制模块控制连接电机；所述加速度传感器用于采集奶牛前进方向的加速度数据；所述加速度控制模块用于处理采集到的加速度数据并生成奶牛的运动量信息；所述通讯模块用于将运动量信息发送给自动喂食装置；所述运动量信息读取模块用于读取奶牛身上佩戴的加速度采集装置的运动量信息；所述料槽控制模块用于接收、处理所述通讯模块发送来的运动量信息，并根据所述运动量信息控制电机转动；
在一段时间内，通过加速度传感器采集若干组加速度数据，每组加速度数据为设定周期的奶牛前进方向的加速度数据，加速度控制模块对加速度数据进行以下处理：
1)对于每组加速度数据，计算加速度零均值序列的前向差分序列d；
2)计算前向差分序列d的标准差、极差、峰度；
3)对标准差、极差、峰度建立基本可信度分配函数：将标准差、极差、峰度代入基本可信度分配函数，判断奶牛的运动状态；
4)综合由各组加速度数据对应的奶牛的运动状态，计算奶牛处于奔跑状态的周期占总时间的比例，判断奶牛的运动量信息。
5.根据权利要求4所述的智能喂食系统，其特征在于：所述料槽上还设有流量计，流量计连接料槽控制模块，所述流量计用于检测喂食量。
6.根据权利要求4所述的智能喂食系统，其特征在于：所述运动量信息读取模块是NFC读写器。
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