CN107047374A - 一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，主要由单片机，分别与单片机相连接的电磁阀和V/F转换模块，以及与V/F转换模块相连接的水位传感器组成。本发明中的V/F转换模块在对检测信号进行转换的同时可以对检测信号的波形进行限幅和滤波处理，提高检测信号的稳定性，从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。

Description

一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统

技术领域

本发明涉及家禽饲养领域，具体是指一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统。

背景技术

在家禽饲养的过程中，饲养员必须每天给家禽喂水，传统的方法是通过人工对家禽喂水，但是随着饲养规模的不断扩大，采用传统的喂水方法则需花费大量的人工成本。为了解决上述问题，目前市面上已出现了自动喂水装置，自动喂水装置采用水位传感器对喂水池内的水量进行监测，当水量过少时则由控制系统自动控制补水，并控制喂水池内的水量。采用自动喂水装置对家禽进行喂水，可以有效的代替人工喂水，节约了大量的人工成本。然而目前使用的自动喂水装置还是存在很大的缺陷，即其控制系统的控制精度不高，其无法有效的对喂水池的水量进行控制，不能满足家禽的饮水需求。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的自动喂水装置所采用的控制系统的控制精度不高，无法有效的对喂水池的水量进行控制的缺陷，提供一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，主要由单片机，分别与单片机相连接的电磁阀和V/F转换模块，以及与V/F转换模块相连接的水位传感器组成；所述V/F转换模块由放大器P1，放大器P2，放大器P3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C5，串接在放大器P1的正极和放大器P2的输出端之间的电阻R7，一端与放大器P1的负极相连接、另一端接地的电阻R6，串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8，P极与放大器P2的输出端相连接、N极与放大器P2的正极相连接的二极管D3，正极与放大器P2的输出端相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C6，一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R9，与放大器P3的正极相连接的前端放大电路，串接在前端放大电路和放大器P2的负极之间的电阻R10，与放大器P3的输出端相连接的高通滤波电路，与放大器P2的输出端相连接的恒流源电路，以及分别与恒流源电路和高通滤波电路相连接的频率转换电路组成；所述放大器P1的输出端与放大器P3的正极相连接；所述放大器P2的输出端接+12V电压；所述频率转换电路的输出端与单片机相连接，所述前端放大电路的输入端则与水位传感器相连接。

进一步，所述恒流源电路由三极管VT1，放大器P5，放大器P6，一端与放大器P5的负极相连接、另一端接地的电阻R18，负极与放大器P5的正极相连接、正极与放大器P2的输出端相连接的电容C16，正极与放大器P5的负极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C17，与电容C17相并联的电阻R19，N极与放大器P5的正极相连接、P极与放大器P6的输出端相连接的二极管D5，一端与放大器P5的输出端相连接、另一端经电阻R23后与三极管VT1的基极相连接的电阻R20，串接在放大器P5的输出端和三极管VT1的集电极之间的电阻R21，串接在三极管VT1的基极和发射极之间的电阻R22，以及P极与三极管VT1的发射极相连接、N极与频率转换电路相连接的二极管D6组成；所述三极管VT1的发射极接地；所述放大器P6的正极与二极管D5的P极相连接、其负极则与放大器P5的输出端相连接。

所述高通滤波电路由三极管VT，放大器P4，负极与放大器P4的负极相连接、正极与放大器P3的输出端相连接的电容C12，负极与三极管VT的基极相连接、正极经电阻R15后与放大器P4的负极相连接的电容C13，一端与三极管VT的发射极相连接、另一端接地的电阻R17，正极与放大器P4的输出端相连接、负极与三极管VT的集电极相连接的电容C14，P极接地、N极经电位器R16后与放大器P4的输出端相连接的二极管D4，以及正极与放大器P4的输出端相连接、负极与频率转换电路相连接的电容C15组成；所述放大器P4的正极同进与二极管D4的N极和电位器R16的控制端相连接。

所述前端放大电路由处理芯片U1，二极管D1，串接在二极管D1的N极和处理芯片U1的-IN管脚之间的电阻R1，一端与处理芯片U1的+IN管脚相连接、另一端与二极管D1的P极共同形成输入端并与水位传感器相连接的电阻R2，P极接地、N极经电阻R4后与处理芯片U1的REF管脚相连接的二极管D2，正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接、负极与二极管D2的P极相连接的电容C2，一端与处理芯片U1的-VS管脚相连接、另一端经电阻R10后与放大器P2的负极相连接的电阻R3，正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接、负极与二极管D2的P极相连接的电容C4，负极与处理芯片U1的RG1管脚相连接、正极经电位器R5后与电容C4的负极相连接的电容C1，以及正极与处理芯片U1的+VS管脚相连接、负极接地的电容C3组成；所述处理芯片U1的+VS管脚接+12V电压、其OUT管脚与放大器P3的正极相连接；所述电阻R3和电阻R10的连接点接地；所述电容C4的负极还与电位器R5的控制端相连接。

所述频率转换电路由转换芯片U2，串接在二极管D6的N极和处理芯片U2的VS管脚之间的电阻R12，负极与转换芯片U2的VS管脚相连接、正极接地的电容C7，正极与转换芯片U2的VS管脚相连接、负极接地的电容C9，负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接地、正极经电阻R11后与转换芯片U2的REF管脚相连接的电容C8，串接在转换芯片U2的OUT管脚和FREQ管脚之间的电阻R13，正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接、负极经电阻R14后接地的电容C11，以及正极与转换芯片U2的OUT管脚相连接、负极作为输出端并与单片机相连接的电容C10组成；所述转换芯片U2的RC管脚与电容C7的负极相连接、其THRES管脚则与电容C11的负极相连接、其IN管脚则与电容C15的负极相连接。

所述处理芯片U1为AD620集成芯片，所述转换芯片U2为LM331集成芯片。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明的V/F转换模块在对检测信号进行转换的同时还可以对检测信号的波形进行限幅，提高检测信号的稳定性，从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。

(2)本发明的V/F转换模块可以将检测信号中的干扰进行过滤，排除干扰信号的影响，使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的V/F转换模块的结构图。

图3为本发明的高通滤波电路的结构图。

图4为本发明的恒流源电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由单片机，电磁阀，V/F转换模块以及水位传感器组成。其中，该水位传感器的信号输出接口与V/F转换模块的输入端相连接，其用于检测喂水池内的水位并输出相应的电信号给V/F转换模块，其需设置于喂水池内部；该水位传感器采用AL200W型压阻式水位传感器，该AL200W型压阻式水位传感器将与液位深度成正比的液体压力准确测量出来，并转换成标准电信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，从而可以测量出水位传感器末端到液面的液位高度，得出喂水池内的水量。该V/F转换模块用于将水位传感器输出的电信号进行处理，并转换为频率信号输出给单片机。

该单片机作为本发明的控制中心，其内部设置有设定值，即该单片机的内部设置有喂水池内所需的水量值，当检测信号输入到单片机后，单片机将检测信号进行识别并与内部的设定值进行比较，并输出相应的控制信号给电磁阀，控制电磁阀打开或关闭，从而给喂水池补水，实现对喂水池水量的控制；该单片机采用AT89S51型单片机来实现，该AT89S51单片机的P1.0I/O接口与V/F转换模块的输出端相连接，其P2.1I/O接口则与电磁阀的控制端相连接。该电磁阀设置于喂水池的补水管上。

为了更好的对电信号进行处理和转换，如图2所示，该V/F转换模块由放大器P1，放大器P2，放大器P3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C5，串接在放大器P1的正极和放大器P2的输出端之间的电阻R7，一端与放大器P1的负极相连接、另一端接地的电阻R6，串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8，P极与放大器P2的输出端相连接、N极与放大器P2的正极相连接的二极管D3，正极与放大器P2的输出端相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C6，一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R9，与放大器P3的正极相连接的前端放大电路，串接在前端放大电路和放大器P2的负极之间的电阻R10，与放大器P3的输出端相连接的高通滤波电路，与放大器P2的输出端相连接的恒流源电路，以及分别与恒流源电路和高通滤波电路相连接的频率转换电路组成。所述放大器P1的输出端与放大器P3的正极相连接。所述放大器P2的输出端接+12V电压。所述频率转换电路的输出端与单片机相连接，所述前端放大电路的输入端则与水位传感器相连接。

该前端放大电路可以将水位传感器输出的电信号进行放大处理。而放大器P1，电阻R6以及电容C5共同组成一个积分电路，该积分电路可以将前端放大电路的失调电压进行消除；该放大器P2，放大器P3，电容C6以及电阻R9则构成一个限幅电路，该限幅电路可以削去电信号波形顶部和低部的干扰；如此则可以很好的将检测信号的波形进行限幅，提高检测信号的稳定性。该高通滤波电路可以对检测信号中的干扰信号进行过滤，提高检测信号的清洁度。该频率转换电路可以将电信号转换为频率信号输出给单片机，而恒流源电路则可以为频率转换电路提供恒定的电流，从而使频率转换电路工作更加稳定；因为电信号经过限幅和滤波处理后，所以频率转换电路转换后的频率信号更加稳定，从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。该放大器P1采用LM118精密高速运算放大器，放大器P2和放大器P3则采用LM119型放大器，电阻R6和电阻R7的阻值均为20KΩ，电阻R8～R10的阻值均为15KΩ，电容C5和电容C6的容值均为0.02μF，该二极管D3的型号为1N914。

该前端放大电路由处理芯片U1，二极管D1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电位器R5，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4以及二极管D2组成。

连接时，电阻R1串接在二极管D1的N极和处理芯片U1的-IN管脚之间。电阻R2的一端与处理芯片U1的+IN管脚相连接，另一端与二极管D1的P极共同形成输入端并与水位传感器的信号输出接口相连接。二极管D2的P极接地，N极经电阻R4后与处理芯片U1的REF管脚相连接。电容C2的正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接，负极与二极管D2的P极相连接。电阻R3的一端与处理芯片U1的-VS管脚相连接，另一端经电阻R10后与放大器P2的负极相连接。电容C4的正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接，负极与二极管D2的P极相连接。电容C1的负极与处理芯片U1的RG1管脚相连接，正极经电位器R5后与电容C4的负极相连接。电容C3的正极与处理芯片U1的+VS管脚相连接，负极接地。所述处理芯片U1的+VS管脚接+12V电压，其OUT管脚与放大器P3的正极相连接。所述电阻R3和电阻R10的连接点接地。所述电容C4的负极还与电位器R5的控制端相连接。

水位传感器输出的电信号输出到处理芯片U1后，由处理芯片U1对电信号进行放大处理，调节电位器R5的阻值则可以调节电信号的放大倍数。该处理芯片U1采用AD620集成芯片，电位器R5的最大阻值为1KΩ，电阻R1和电阻R2的阻值均为12KΩ，电阻R3和电阻R4的阻值均为18KΩ，电容C1和电容C2的容值均为1000PF，电容C3和电容C4的容阻值均为0.1μF，二极管D1和二极管D2的型号均为1N914。

另外，该频率转换电路由转换芯片U2，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电容C7，电容C8，电容C9，电容C10以及电容C11组成。

连接时，电阻R12串接在恒流源电路和处理芯片U2的VS管脚之间。电容C7的负极与转换芯片U2的VS管脚相连接，正极接地。电容C9的正极与转换芯片U2的VS管脚相连接，负极接地。电容C8的负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接地，正极经电阻R11后与转换芯片U2的REF管脚相连接。电阻R13串接在转换芯片U2的OUT管脚和FREQ管脚之间。电容C11的正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接，负极经电阻R14后接地。电容C10的正极与转换芯片U2的OUT管脚相连接，负极作为输出端并与单片机的P1.0I/O接口相连接。所述转换芯片U2的RC管脚与电容C7的负极相连接，其THRES管脚则与电容C11的负极相连接，其IN管脚则与高通滤波电路相连接。

放大器P3输出的的电信号输出到转换芯片U2，由转换芯片U2将电信号转换为相应的频率信号输出给单片机。该转换芯片U2为LM331集成芯片，电容C9的容值为0.1μF，电容C8、电容C10以及电容C11的容值均为0.01μF，电阻R12的阻值为20KΩ，该电阻R11为18KΩ的高精密电阻，电阻R14为100KΩ的高精密电阻，电阻R13的阻值为2.7KΩ，电容C7的容值为1000PF。

该高通滤波电路可以将检测信号中的干扰信号进行过滤，其结构如图3所示，由三极管VT，放大器P4，电阻R5，电位器R16，电阻R17，二极管D4，电容C12，电容C13，电容C14以及电容C15组成。

连接时，电容C12的负极与放大器P4的负极相连接，正极与放大器P3的输出端相连接。电容C13的负极与三极管VT的基极相连接，正极经电阻R15后与放大器P4的负极相连接。电阻R17的一端与三极管VT的发射极相连接，另一端接地。电容C14的正极与放大器P4的输出端相连接，负极与三极管VT的集电极相连接。二极管D4的P极接地，N极经电位器R16后与放大器P4的输出端相连接。电容C15的正极与放大器P4的输出端相连接，负极与频率转换电路相连接。所述放大器P4的正极同进与二极管D4的N极和电位器R16的控制端相连接。

放大器P4，三极管VT，电容C13，电容C14，电位器R16以及电阻R15共同组成一个高通滤波器；放大器P3输出的检测信号经电容C12后输入给该高通滤波器，由高通滤波器将检测信号中的干扰信号进行过滤，排除干扰信号的影响，使转换电路转换后的频率信号的精度更高，从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。通过调整电位器R16则可以改变高通滤波器的滤波频率。该放大器P4的型号为LM119，三极管VT的型号为3DG12C，二极管D4的型号为1N4001，电容C12和电容C15的容值均为0.1μF，电容C13和电容C14的容值均为1μF，电阻R15和电阻R17的阻值均为33KΩ，电位器R16的最大阻值则为15.8KΩ。

为了使频率转换电路工作更稳定，如图4所示，该恒流源电路由三极管VT1，放大器P5，放大器P6，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，二极管D5，二极管D6，电容C16以及电容C17组成。

连接时，电阻R18的一端与放大器P5的负极相连接，另一端接地。电容C16的负极与放大器P5的正极相连接，正极与放大器P2的输出端相连接。电容C17的正极与放大器P5的负极相连接，负极与放大器P5的输出端相连接。电阻R19与电容C17相并联。二极管D5的N极与放大器P5的正极相连接，P极与放大器P6的输出端相连接。电阻R20的一端与放大器P5的输出端相连接，另一端经电阻R23后与三极管VT1的基极相连接。电阻R21串接在放大器P5的输出端和三极管VT1的集电极之间。电阻R22串接在三极管VT1的基极和发射极之间。二极管D6的P极与三极管VT1的发射极相连接，N极经电阻R12后与转换芯片U2的VS管脚相连接。所述三极管VT1的发射极接地。所述放大器P6的正极与二极管D5的P极相连接，其负极则与放大器P5的输出端相连接。

其中，放大器P5、电阻R19以及电容C17形成一个缓冲器，该缓冲器起到保护其它电子元器件的作用。该放大器P6和二极管D5则形成正反馈环路，其可以减小电流误差，从而使放大器P5输出的电流更加恒定。放大器P5输出的电流经三极管VT1和二极管D6后提供给频率转换电路，由于拥有恒定的工作电流，该频率转换电路工作更加稳定，从而更好的将电信号转换为频率信号。该放大器P5和放大器P6的型号均为LF353N，三极管VT1采用3DG12C型三极管，二极管D5和二极管D6均采用1N4001型二极管，电阻R18～R23的阻值均为10KΩ，电容C16的容值为1μF，电容C17的容值则为0.1μF。

该V/F转换模块在对检测信号进行转换的同时可以对检测信号的波形进行限幅和滤波处理，提高检测信号的稳定性，从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、比对，更好的控制电磁阀的打开和关闭，从而能够更准确的控制喂水池的水量，以满足家禽的饮水需求。

工作时，水位传感器检测喂水池内的水量，并输出相应的电信号给V/F转换模块，该V/F转换模块对电信号进行处理后输出相应的频率信号给单片机，单片机对频率信号进行识别并与其内部的设定值进行比较，当检测值小于设定值时，其输出相应的控制信号给电磁阀，使电磁阀打开，开始向喂水池补水；当检测值大于设定值时，单片机则输出信号给电磁阀，使电磁阀关闭，从而停止给喂水池补水；如此则可以很好的对喂水池内的水量进行精确的控制，以满足家畜的饮水需求。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (6)

1.一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，主要由单片机，分别与单片机相连接的电磁阀和V/F转换模块，以及与V/F转换模块相连接的水位传感器组成；所述V/F转换模块由放大器P1，放大器P2，放大器P3，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C5，串接在放大器P1的正极和放大器P2的输出端之间的电阻R7，一端与放大器P1的负极相连接、另一端接地的电阻R6，串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8，P极与放大器P2的输出端相连接、N极与放大器P2的正极相连接的二极管D3，正极与放大器P2的输出端相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C6，一端与放大器P3的负极相连接、另一端接地的电阻R9，与放大器P3的正极相连接的前端放大电路，串接在前端放大电路和放大器P2的负极之间的电阻R10，与放大器P3的输出端相连接的高通滤波电路，与放大器P2的输出端相连接的恒流源电路，以及分别与恒流源电路和高通滤波电路相连接的频率转换电路组成；所述放大器P1的输出端与放大器P3的正极相连接；所述放大器P2的输出端接+12V电压；所述频率转换电路的输出端与单片机相连接，所述前端放大电路的输入端则与水位传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，所述恒流源电路由三极管VT1，放大器P5，放大器P6，一端与放大器P5的负极相连接、另一端接地的电阻R18，负极与放大器P5的正极相连接、正极与放大器P2的输出端相连接的电容C16，正极与放大器P5的负极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C17，与电容C17相并联的电阻R19，N极与放大器P5的正极相连接、P极与放大器P6的输出端相连接的二极管D5，一端与放大器P5的输出端相连接、另一端经电阻R23后与三极管VT1的基极相连接的电阻R20，串接在放大器P5的输出端和三极管VT1的集电极之间的电阻R21，串接在三极管VT1的基极和发射极之间的电阻R22，以及P极与三极管VT1的发射极相连接、N极与频率转换电路相连接的二极管D6组成；所述三极管VT1的发射极接地；所述放大器P6的正极与二极管D5的P极相连接、其负极则与放大器P5的输出端相连接。

3.根据权利要求2所述的一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，所述高通滤波电路由三极管VT，放大器P4，负极与放大器P4的负极相连接、正极与放大器P3的输出端相连接的电容C12，负极与三极管VT的基极相连接、正极经电阻R15后与放大器P4的负极相连接的电容C13，一端与三极管VT的发射极相连接、另一端接地的电阻R17，正极与放大器P4的输出端相连接、负极与三极管VT的集电极相连接的电容C14，P极接地、N极经电位器R16后与放大器P4的输出端相连接的二极管D4，以及正极与放大器P4的输出端相连接、负极与频率转换电路相连接的电容C15组成；所述放大器P4的正极同进与二极管D4的N极和电位器R16的控制端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，所述前端放大电路由处理芯片U1，二极管D1，串接在二极管D1的N极和处理芯片U1的-IN管脚之间的电阻R1，一端与处理芯片U1的+IN管脚相连接、另一端与二极管D1的P极共同形成输入端并与水位传感器相连接的电阻R2，P极接地、N极经电阻R4后与处理芯片U1的REF管脚相连接的二极管D2，正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接、负极与二极管D2的P极相连接的电容C2，一端与处理芯片U1的-VS管脚相连接、另一端经电阻R10后与放大器P2的负极相连接的电阻R3，正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接、负极与二极管D2的P极相连接的电容C4，负极与处理芯片U1的RG1管脚相连接、正极经电位器R5后与电容C4的负极相连接的电容C1，以及正极与处理芯片U1的+VS管脚相连接、负极接地的电容C3组成；所述处理芯片U1的+VS管脚接+12V电压、其OUT管脚与放大器P3的正极相连接；所述电阻R3和电阻R10的连接点接地；所述电容C4的负极还与电位器R5的控制端相连接。

5.根据权利要求4所述的一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，所述频率转换电路由转换芯片U2，串接在二极管D6的N极和处理芯片U2的VS管脚之间的电阻R12，负极与转换芯片U2的VS管脚相连接、正极接地的电容C7，正极与转换芯片U2的VS管脚相连接、负极接地的电容C9，负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接地、正极经电阻R11后与转换芯片U2的REF管脚相连接的电容C8，串接在转换芯片U2的OUT管脚和FREQ管脚之间的电阻R13，正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接、负极经电阻R14后接地的电容C11，以及正极与转换芯片U2的OUT管脚相连接、负极作为输出端并与单片机相连接的电容C10组成；所述转换芯片U2的RC管脚与电容C7的负极相连接、其THRES管脚则与电容C11的负极相连接、其IN管脚则与电容C15的负极相连接。

6.根据权利要求5所述的一种家畜自动喂水装置用恒流式低干扰自动补水控制系统，其特征在于，所述处理芯片U1为AD620集成芯片，所述转换芯片U2为LM331集成芯片。