CN105941176A - 一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统及其控制方法，其设备由计算机、WiFi模块、无线传感节点和机械装置四部分组成；所述的计算机上有LabVIEW开发平台；所述机械装置由大料仓、送料小车、摄像头和清洁装置组成；所述的机械装置上设置有无线传感节点；所述的无线传感节点上设置有感知模块、采集通信模块和供电模块；所述的采集通信模块上设置有信号调理电路、A/D转换电路、51单片机、无线数据收发模块和状态指示灯；所述的无线传感节点通过WiFi模块转换信息与LabVIEW开发平台连接。本发明中LabVIEW开发平台实现根据养殖对象的种类、数量、不同的生长期对饲料的不同需求进行自动投料及清洁圈舍，使养殖收益最大化，减轻人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种养殖系统，具体是一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统及其控制方法。
背景技术
LabVIEW开发平台是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境。LabVIEW开发平台使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式，是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。LabVIEW开发平台 采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI（虚拟仪器，是LabVIEW开发平台 的程序模块）及函数的执行顺序。 LabVIEW开发平台 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
LabVIEW开发平台它作为一个标准的数据采集和仪器控制软件，广泛的被工业界，学术界和研究实验室所接受。本LabVIEW开发平台的上位机程序应用LabVIEW开发平台软件进行开发，实现与下位机的无线通信。LabVIEW开发平台执行效率高，数据接收可靠，扩展性和可维护性都比较强。
近来农村的经济发展迅速，农村家庭养殖业也在飞速发展，家庭养殖业的规模也在不断扩大，越来越多的农村养殖户也迫切希望从喂食、投料等简单的劳动中解放出来，能够将更多的精力投入到如何更好的发展中，因此设计一套小型自动化的多功能自动养殖LabVIEW开发平台，来满足普通农村家庭的养猪、养鸡等的自动科学投料的要求，成为了亟待解决的问题。我们的LabVIEW开发平台通过计算机来实现整个智能LabVIEW开发平台的控制以及监控，解放初养殖者，让养殖变得更简单。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统及其控制方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统，由计算机、WiFi模块、无线传感节点和机械装置四部分组成；所述的计算机上有LabVIEW开发平台；所述机械装置由大料仓、送料小车、摄像头和清洁装置组成；所述的机械装置上设置有无线传感节点；所述的无线传感节点上设置有感知模块、采集通信模块和供电模块；所述的采集通信模块上设置有信号调理电路、A/D转换电路、51单片机、无线数据收发模块和状态指示灯；所述的无线传感节点通过WiFi模块转换信息与LabVIEW开发平台连接。
作为本发明进一步的配置：所述WiFi模块上设置有51单片机，WiFi模块接收LabVIEW开发平台和无线传感节点传来的信息，WiFi模块将传来的信息转换成串口数据并由51单片机接收。
作为本发明进一步的配置：所述WiFi模块上设置有51单片机，WiFi模块接收LabVIEW开发平台和无线传感节点传来的信息，WiFi模块将传来的信息转换成串口数据并传入51单片机。
作为本发明进一步的配置：所述的感知模块是控制机械装置工作的感知模块；所述的采集通信模块是将数据进行转换、放大、去噪及储存处理后发送到本模块中的无线数据收发模块，通过其内置的IP通信协议与LabVIEW开发平台进行无线全双工通信；所述的供电模块是负责给机械装置提供稳定电源；所述的摄像头是实时监测整个LabVIEW开发平台运行情况。
作为本发明进一步的配置：机械装置感知模块采集到的信号通过调理电路和A/D转换电路处理后信息传入51单片机，51单片机将数值数据转换成串口数据并根据规定的数据帧协议对串口数据进行编码，然后发送给LabVIEW开发平台。
作为本发明进一步方法：一种基于LabVIEW开发平台智能养殖系统的控制方法，具体如下：
（1）其中以下符号代表含义如下，Z：送料小车实际装载饲料量；Q：送料小车最多装载的饲料量；N：第n个圈；H：第n个圈N已投饲料的次数；WN：第n个圈内饲料的需求值；SN：第n个圈内剩余需投放的饲料量；FN：N投完食后的反馈信号；CN：正在给圈N投食的反馈信号；K1：大料仓下料开关；K2：送料小车的下料开关；M1：大料仓电动机；M2、M3：送料小车电动机；圈头和圈尾的二进制编码挡块为别命名为T开关、M开关；DN:一天投料最大次数；
（2）送料小车是否归位：LabVIEW开发平台在开始工作之前，通过送料小车上的小料斗下面的感知模块判定送料小车是否归位，如果送料小车未归位，LabVIEW开发平台发出指令，让送料小车归位，送料小车归位后，送料小车上感知模块受压，产生相应的反馈电流，LabVIEW开发平台准备就绪；
（3）控制送料小车加料方法：送料小车上感知模块产生的电流信号通过A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号并传送到LabVIEW开发平台；LabVIEW开发平台先检测是否收到反馈信号FN，若已收到反馈信号FN，则说明此次投放已结束，所有反馈信号更新，等待下一轮的投料指令；若LabVIEW开发平台未接收到反馈信号FN，LabVIEW开发平台软件读入并处理对应圈的参数，产生回应后通过A/D转换电路将控制信号发送到储物间大料斗的大料斗控制开关K1和送料小车的下料开关K2，送料小车的下料开关K2的表面贴有感知模块；大料斗控制开关K1接收到激励后，大料仓电动机M1开始运转，大料仓的下料开关打开，开始下料，料门完全打开后，料门触动感知模块，大料仓电动机M1停止转动；当送料小车的小料斗装到送料小车实际装载饲料量Z时，送料小车的下料开关K2上的感知模块电信号达到LabVIEW开发平台的指定值时，说明小料斗已装载了足够的饲料，感知模块产生的电信号反馈到LabVIEW开发平台后，LabVIEW开发平台处理信号发出激励，大料斗控制开关K1开始闭合，当开关完全闭合时，触动大料斗控制开关K1上的另一个感知模块，大料仓电动机M1停止工作，同时发出反馈信号D1，送料小车发动；
（4）送料小车加料圈数及投料方法：当送料小车行至N的TN处时，二进制编码挡块TN开关启动，LabVIEW开发平台控制端开始检测是否接收过反馈信号CN，如果没有接收到反馈信号CN，送料小车的运行速度减慢，同时送料小车的下料开关K2打开，开始向圈内投放饲料，投完料后，送料小车的下料开关K2开关闭合，送料小车电动机反转，送料小车返回，同时发出反馈信号CN，LabVIEW开发平台记录投放的次数H=H+1，送料小车归位后，触碰半导体压力感测器，同时LabVIEW开发平台进行判断，若N内剩余需投放的饲料量SN=0，说明圈N饲料已投放完毕，若饲料量SN≠0，则再次判断饲料量SN与送料小车最多装载的饲料量Q的大小关系，从而确定送料小车实际装载饲料量Z，送料小车实际装载饲料量Z确定后，大料斗开始下料，重复上述过程，直至LabVIEW开发平台判定DN为一天最大投料次数时，此次投食过程结束，如果检测到已接收到反馈信号CN，则二进制编码挡块TN开关的启动不能让送料小车的小料斗下料开关打开，送料小车继续前进,当送料小车的小料斗到达二进制编码挡块TN+1时，LabVIEW开发平台控制端检测是否接收过反馈信号CN+1，如果是，则小料斗继续前进，如果没有接收到反馈信号CN+1，则小料斗开始投料，投料完成后达到NN+1时，送料小车送料小车的下料开关K2闭合，给出反馈信号NN+1，H=H+1，同时送料小车返回，重复投食作业，直至随后一个圈投食完毕，最后一个圈投完饲料后，发出反馈信号FN，同时此次投食过程中的所有反馈信号更新清零，等待下一次投食作业。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本系统以LabVIEW为开发平台，利用WiFi模块进行数据的无线采集与传输，实现远距离控制，并通过摄像头实时监测整个系统运行情况，以科学的养殖方法为基础，实现根据养殖对象的种类、数量、不同的生长期对饲料的不同需求进行自动投料及清洁圈舍，使养殖收益最大化，减轻人力成本。
附图说明
图1是LabVIEW开发平台的智能养殖系统结构图；
图2是控制LabVIEW开发平台简要程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统及其控制方法，由计算机、WiFi模块、无线传感节点和机械装置四部分组成；计算机上有LabVIEW开发平台；机械装置由大料仓、送料小车、摄像头和清洁装置组成。
WiFi模块是一个传输通道，数据传输过程为：LabVIEW开发平台和无线传感节点传入数据到WiFi模块，WiFi模块将其转换成串口数据并由单片机接收。
WiFi模块的参数配置是实现无线通信的重要步骤，无线模块的配置可以通过运行配置软件来实现，我们将下位机与任意一台电脑相连，在电脑上运行配置软件并向下位机发送AT+i指令进行信道，SSID,加密方式，下位机IP及端口号，上位机IP地址及端口号、触发方式、波特率、数据位以及停止位等参数配置，最后通过指令使模块进入透明传输模式完成模块配置工作。然后，就可以将这台配置好的下位机安放至预定的监测点，此时其低功耗节能休眠模式，直到收到由上位机发送来的激活指令才开始采集，传输工作。
无线传感节点是整个系统的执行终端，负责采集并发送设备的运行状态数据，其工作方式由单片机进行控制，它由感知模块、采集通信模块、供电模块三部分组成。
根据机械装置的不同，机械装置中感知模块的传感器种类也不同。
采集通信模块包括信号调理电路、A/D转换电路、51单片机系统、无线数据收发模块以和状态指示灯，该模块将数据进行转换、放大、去噪及储存等处理后发送到无线模块，通过内置的IP通信协议与LabVIEW开发平台进行无线全双工通信。
供电模块负责给机械装置提供稳定电源，选用家庭用电供电。
本发明的工作控制方法：整个LabVIEW开发平台能根据不同物种在不同时期的生长需求情况，实现给每个圈每天定时定量投放饲料的自动化管理模式。检测LabVIEW开发平台能将圈内物种的生长情况以及LabVIEW开发平台硬件的工作情况第一时间反馈给显示器。每天下午，LabVIEW开发平台的清洁控制端通过控制圈内水管的开关，以低压冲洗的方式实现圈内的清洁以及水分补给工作。LabVIEW开发平台中所用到的字母说明如表1。
表1 LabVIEW开发平台中所用到的字母说明表
LabVIEW开发平台在开始工作之前，通过送料小车上的小料斗下面的感知模块判定送料小车是否归位，如果送料小车未归位，LabVIEW开发平台发出指令，让送料小车归位，送料小车归位后，送料小车上感知模块受压，产生相应的反馈电流，LabVIEW开发平台准备就绪。
送料小车上感知模块产生的电流信号通过A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号并传送到LabVIEW开发平台；LabVIEW开发平台先检测是否收到反馈信号FN，若已收到反馈信号FN，则说明此次投放已结束，所有反馈信号更新，等待下一轮的投料指令；若LabVIEW开发平台未接收到反馈信号FN，LabVIEW开发平台软件读入并处理对应圈的参数，产生回应后通过A/D转换电路将控制信号发送到储物间大料斗的大料斗控制开关K1和送料小车的下料开关K2，送料小车的下料开关K2的表面贴有感知模块；大料斗控制开关K1接收到激励后，大料仓电动机M1开始运转，大料仓的下料开关打开，开始下料，料门完全打开后，料门触动感知模块，大料仓电动机M1停止转动；当送料小车的小料斗装到送料小车实际装载饲料量Z时，送料小车的下料开关K2上的感知模块电信号达到LabVIEW开发平台的指定值时，说明小料斗已装载了足够的饲料，感知模块产生的电信号反馈到LabVIEW开发平台后，LabVIEW开发平台处理信号发出激励，大料斗控制开关K1开始闭合，当开关完全闭合时，触动大料斗控制开关K1上的另一个感知模块，大料仓电动机M1停止工作，同时发出反馈信号D1，送料小车发动；
每个圈的圈头和圈尾都设置有4位数的二进制编码挡块，挡块的有或无对于二进制里面的1和0。圈头和圈尾的4位二进制编码挡块分别命名为T开关、M开关。如表2是二进制编码表。
表2 T、M开关二进制编码表
请参阅图2，送料小车加料圈数及投料方法：当送料小车行至N的TN处时，二进制编码挡块TN开关启动，LabVIEW开发平台控制端开始检测是否接收过反馈信号CN，如果没有接收到反馈信号CN，送料小车的运行速度减慢，同时送料小车的下料开关K2打开，开始向圈内投放饲料，投完料后，送料小车的下料开关K2开关闭合，送料小车电动机反转，送料小车返回，同时发出反馈信号CN，LabVIEW开发平台记录投放的次数H=H+1，送料小车归位后，触碰半导体压力感测器，同时LabVIEW开发平台进行判断，若N内剩余需投放的饲料量SN=0，说明圈N饲料已投放完毕，若饲料量SN≠0，则再次判断饲料量SN与送料小车最多装载的饲料量Q的大小关系，从而确定送料小车实际装载饲料量Z，送料小车实际装载饲料量Z确定后，大料斗开始下料，重复上述过程，直至LabVIEW开发平台判定DN为一天最大投料次数时，此次投食过程结束，如果检测到已接收到反馈信号CN，则二进制编码挡块TN开关的启动不能让送料小车的小料斗下料开关打开，送料小车继续前进,当送料小车的小料斗到达二进制编码挡块TN+1时，LabVIEW开发平台控制端检测是否接收过反馈信号CN+1，如果是，则小料斗继续前进，如果没有接收到反馈信号CN+1，则小料斗开始投料，投料完成后达到NN+1时，送料小车送料小车的下料开关K2闭合，给出反馈信号NN+1，H=H+1，同时送料小车返回，重复投食作业，直至随后一个圈投食完毕，最后一个圈投完饲料后，发出反馈信号FN，同时此次投食过程中的所有反馈信号更新清零，等待下一次投食作业。
调研方式
我们以自己家庭为中心，对养猪专业户进行了调研，并通过图书馆查阅相关资料，及百度百科、百度文库等网络途径所获得的大量信息进行比较、分析，其分析是通过对数据和表格的分析，猪在生长周期中随着年龄和体重的变化，猪对饲料的需求量变化是很大的。幼猪在初生的前三四周不适合吃饲料，所以这段时间将小猪放在母猪身边吃母乳，待生长到一个月左右时放入我们的养殖系统中进行养殖。将猪投放入养殖系统中后，在入圈到出栏的时间段中，猪对于饲料的需求量随着年龄体重的生长从少平稳少量增加到骤然提高再到平稳且量大。所以我们系统需要能够对猪的生长周期的变化而对系统投放的饲料量进行改变，让我们的养殖更加科学，让我们的系统更加智能。最终总结出了猪在各阶段的采食量，如下表3所示。
表3生猪各阶段正常采食量
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统，其特征在于，由计算机、WiFi模块、无线传感节点和机械装置四部分组成；所述的计算机上有LabVIEW开发平台；所述机械装置由大料仓、送料小车、摄像头和清洁装置组成；所述的机械装置上设置有无线传感节点；所述的无线传感节点上设置有感知模块、采集通信模块和供电模块；所述的采集通信模块上设置有信号调理电路、A/D转换电路、51单片机、无线数据收发模块和状态指示灯；所述的无线传感节点通过WiFi模块转换信息与LabVIEW开发平台连接。
2.据权利要求1所述的一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统，其特征在于，所述WiFi模块上设置有51单片机，WiFi模块接收LabVIEW开发平台和无线传感节点传来的信息，WiFi模块将传来的信息转换成串口数据并传入51单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统，其特征在于，所述的感知模块是控制机械装置工作的感知模块；所述的采集通信模块是将数据进行转换、放大、去噪及储存处理后发送到本模块中的无线数据收发模块，通过其内置的IP通信协议与LabVIEW开发平台进行无线全双工通信；所述的供电模块是负责给机械装置提供稳定电源；所述的摄像头是实时监测整个LabVIEW开发平台的智能养殖系统运行情况。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于LabVIEW开发平台的智能养殖系统，其特征在于，所述感知模块采集到的信号通过信号调理电路和A/D转换电路处理，处理后信息传入51单片机，51单片机将数值数据转换成串口数据并根据规定的数据帧协议对串口数据进行编码，然后发送给LabVIEW开发平台。
5.一种基于LabVIEW开发平台智能养殖系统的控制方法，其特征在于，具体如下：
（1）其中以下符号代表含义如下，Z：送料小车实际装载饲料量；Q：送料小车最多装载的饲料量；N：第n个圈；H：第n个圈已投饲料的次数；WN：第n个圈内饲料的需求值；SN：第n个圈内剩余需投放的饲料量；FN：第n个圈投完食后的反馈信号；CN：正在给圈N投食的反馈信号；K1：大料仓下料开关；K2：送料小车的下料开关；M1：大料仓电动机；M2、M3：送料小车电动机；圈头和圈尾的二进制编码挡块为别命名为T开关、M开关；DN:一天投料最大次数；
（2）送料小车是否归位：LabVIEW开发平台在开始工作之前，通过送料小车上的小料斗下面的感知模块判定送料小车是否归位，如果送料小车未归位，LabVIEW开发平台发出指令，让送料小车归位，送料小车归位后，送料小车上感知模块受压，产生相应的反馈电流，LabVIEW开发平台准备就绪；
（3）控制送料小车加料方法：送料小车上感知模块产生的电流信号通过A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号并传送到LabVIEW开发平台；LabVIEW开发平台先检测是否收到反馈信号FN，若已收到反馈信号FN，则说明此次投放已结束，所有反馈信号更新，等待下一轮的投料指令；若LabVIEW开发平台未接收到反馈信号FN，LabVIEW开发平台软件读入并处理对应圈的参数，产生回应后通过A/D转换电路将控制信号发送到储物间大料斗的大料斗控制开关K1和送料小车的下料开关K2，送料小车的下料开关K2的表面贴有感知模块；大料斗控制开关K1接收到激励后，大料仓电动机M1开始运转，大料仓的下料开关打开，开始下料，料门完全打开后，料门触动感知模块，大料仓电动机M1停止转动；当送料小车的小料斗装到送料小车实际装载饲料量Z时，送料小车的下料开关K2上的感知模块电信号达到LabVIEW开发平台的指定值时，说明小料斗已装载了足够的饲料，感知模块产生的电信号反馈到LabVIEW开发平台后，LabVIEW开发平台处理信号发出激励，大料斗控制开关K1开始闭合，当开关完全闭合时，触动大料斗控制开关K1上的另一个感知模块，大料仓电动机M1停止工作，同时发出反馈信号D1，送料小车发动；
（4）送料小车加料圈数及投料方法：当送料小车行至N的TN处时，二进制编码挡块TN开关启动，LabVIEW开发平台控制端开始检测是否接收过反馈信号CN，如果没有接收到反馈信号CN，送料小车的运行速度减慢，同时送料小车的下料开关K2打开，开始向圈内投放饲料，投完料后，送料小车的下料开关K2开关闭合，送料小车电动机反转，送料小车返回，同时发出反馈信号CN，LabVIEW开发平台记录投放的次数H=H+1，送料小车归位后，触碰半导体压力感测器，同时LabVIEW开发平台进行判断，若N内剩余需投放的饲料量SN=0，说明圈N饲料已投放完毕，若饲料量SN≠0，则再次判断饲料量SN与送料小车最多装载的饲料量Q的大小关系，从而确定送料小车实际装载饲料量Z，送料小车实际装载饲料量Z确定后，大料斗开始下料，重复上述过程，直至LabVIEW开发平台判定DN为一天最大投料次数时，此次投食过程结束，如果检测到已接收到反馈信号CN，则二进制编码挡块TN开关的启动不能让送料小车的小料斗下料开关打开，送料小车继续前进,当送料小车的小料斗到达二进制编码挡块TN+1时，LabVIEW开发平台控制端检测是否接收过反馈信号CN+1，如果是，则小料斗继续前进，如果没有接收到反馈信号CN+1，则小料斗开始投料，投料完成后达到NN+1时，送料小车送料小车的下料开关K2闭合，给出反馈信号NN+1，H=H+1，同时送料小车返回，重复投食作业，直至随后一个圈投食完毕，最后一个圈投完饲料后，发出反馈信号FN，同时此次投食过程中的所有反馈信号更新清零，等待下一次投食作业。
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