CN109832207A - 一种动物智能饲喂系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动物饲养技术领域，特别是涉及一种智能饲喂系统。包括料仓部分、喂料小车部分、料槽部分和系统控制部分；料仓部分包括料仓、料仓进料装置、料仓下料装置、安装在料仓上的料仓称重传感器和安装在料仓内的电容式料位传感器；喂料小车部分包括喂料小车、小车运行电机、小车丝杆轨道、喂料控制盒和饲料投放单元；料槽部分包括若干个独立的栏位料槽、安装于栏位料槽下面的料槽称重传感器和安装在栏位料槽与小车相邻侧面的光电传感器；系统控制部分包括上位机、控制单元、重量检测单元、料仓超缺料检测单元、料槽位置及小车限位检测单元、料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元、小车运行单元、喂料控制盒和饲料投放单元。实现自动按需投喂。

Description

一种动物智能饲喂系统

技术领域

本发明涉及动物饲养技术领域，特别是涉及一种智能饲喂系统。

背景技术

近年来，随着科技的进步、经济的发展、人民群众生活水平的提高，人们对肉类的需求量大幅增加，养殖业规模不断壮大，将智能控制技术应用于养殖业，实现智能化、规模化，集约化养殖势在必行。

而在养殖场中给动物喂食是首要任务，人工喂料显然已不能满足需要,市场上出现了自动定时下料和分次下料设备，但是这种方式会造成饲料的浪费和不新鲜，而且还是离不开人工的干预。因此，需要一种动物智能饲喂系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种动物智能饲喂系统。该智能饲喂系统根据每个栏位动物通常饮食量自由设定加料量和加料时间间隔，通过实时采集料槽重量，由饲喂小车来回给每个料槽智能加料，从而实现了各料槽饲料供给的精确控制，有效避免了饲料的浪费和不新鲜。

本发明是采取以下技术方案实现的：

动物智能饲喂系统包括料仓部分、喂料小车部分、料槽部分和系统控制部分。

所述料仓部分包括料仓、料仓进料装置、料仓下料装置、安装在料仓上的料仓称重传感器和安装在料仓内的电容式料位传感器。

所述喂料小车部分包括喂料小车、小车运行电机、小车丝杆轨道、喂料控制盒和饲料投放单元。小车运行电机安装在小车丝杆轨道端部的电机支座上，小车运行电机和小车丝杆轨道的滚珠丝杆通过联轴器相联接；喂料小车通过滚轮活动安装在小车丝杆轨道上，并通过螺栓与滚珠丝杆螺母相固定；当小车运行电机运转时，带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆螺母带动喂料小车沿小车丝杆轨道做直线运动。

喂料控制盒和饲料投放单元安装在小车内部。所述喂料控制盒内具有无线通信模块，通过无线通信方式接收控制单元发来的信息；喂料控制盒具有输出控制信号插座，与饲料投放单元的喂料电机相联，控制喂料电机的运转。所述饲料投放单元包括安装在喂料小车底部的喂料电机和螺旋下料装置，喂料电机采用直流伺服电动机，喂料电机的输出轴与螺旋下料装置的螺杆相联，电机的运转带动螺杆旋转，实现饲料自动落出喂料。

所述料槽部分包括若干个独立的栏位料槽、安装于栏位料槽下面的料槽称重传感器和安装在栏位料槽与小车相邻侧面的光电传感器，栏位料槽均布在平行于小车丝杆轨道的平面上。

所述系统控制部分包括上位机、控制单元、重量检测单元、料仓超缺料检测单元、料槽位置及小车限位检测单元、料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元、小车运行单元、喂料控制盒和饲料投放单元；控制单元分别与上位机、重量检测单元、料仓超缺料检测单元、料槽位置及小车限位检测单元、料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元以及小车运行单元相联。

所述控制单元包括微处理器、按键电路、显示电路、输入信号调理电路、输出信号变换电路、继电器电路、串行通信接口和无线通信模块；所述微处理器采用单片机，单片机与按键电路、显示电路、输入信号调理电路、输出信号变换电路、继电器电路、串行通信接口和无线通信模块相联。

所述上位机通过串行通信接口与控制单元连接，具有智能界面设计，采用触摸显示屏，在界面上可监视料仓、喂料小车及各料槽的饲料量；喂料小车的工作状态；可根据历史数据和现时状况设置各料槽的加料量；在界面上有各种操作按钮，可控制系统的运行。

所述重量检测单元包括料仓称重传感器和料槽称重传感器，用于检测料仓和各料槽的饲料重量。

所述料仓超缺料检测单元采用电容式料位传感器，用于检测料仓料位的高低。

所述料槽位置及小车限位检测单元包括小车左极限光电传感器、小车右极限光电传感器和各料槽光电传感器，光电传感器均采用漫反射型光电开关。小车左极限光电传感器和小车右极限光电传感器分别设置在小车丝杆轨道的左极限位置和右极限位置；各料槽光电传感器设置在各栏位料槽上与小车相邻的侧面，用于检测喂料小车所处料槽位置和左、右极限位置。

所述料仓进料下料单元包括进料电机、进料阀门、出料电机和出料阀门；进料电机的输出轴与安装在料仓上部进料管口的进料阀门相联，带动进料阀门的开合；出料电机输出轴与安装在料仓下部出料管口的出料阀门相联，带动出料阀门的开合。

所述超缺料报警电路由两个发光管和两个蜂鸣器组成，一个发光管和一个蜂鸣器安装在控制单元外壳面板上；另一个发光管和蜂鸣器安装在喂料现场。控制单元微处理器的4个I/O口与四个驱动器相联，驱动器输出与发光管、蜂鸣器相联。由微处理器发送信息给驱动器，进而控制发光管和蜂鸣器工作。

所述小车运行单元包括变频器、小车运行电机、小车丝杆轨道和喂料小车；变频器与小车运行电机相联；控制单元输出电流信号调节变频器输出频率，进而控制小车运行电机的转速，达到控制喂料小车的启停和运行速度；小车运行电机采用三相交流电动机。

所述喂料控制盒内电路由微处理器、无线通信模块、信号转换电路组成；喂料控制盒通过无线通信模块接收控制单元的信息，输入微处理器，经运算处理后，输出数字信号通过数模转换电路和放大器电路的电压信号控制饲料投放单元的直流伺服电动机运转，实现精确投放饲料。

控制单元用于接收上位机、料仓称重传感器、电容式料位传感器、各料槽称重传感器以及光电传感器的数据，并向料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元、小车运行单元发送数据，启动出料电机工作，给喂料小车加载饲料；料仓超缺料时，触发声光报警电路和继电器工作，继电器触点可控制料仓的加料与停止；启动喂料小车运行电机工作，使小车沿轨道运行，到达指定的栏位料槽处停下；控制单元通过无线通信模块向安装在喂料小车内的喂料控制盒发送数据，根据各个栏位加料设置值及时间点，智能完成给各栏位料槽的喂料。

本发明系统的实现方法，包括如下步骤：

1）设定预设值；

通过上位机设定每个栏位料槽的加料时间和加料量，设定料仓的单次加料料位、重量，料仓缺料阈值以及料仓超料阈值，并将上述预设值存储在控制单元内；

2）料仓称重传感器和电容式料位传感器将料仓食物的重量和料位信息传送给控制单元；

2-1）当料仓内的食物储量低于料仓缺料阈值，即料仓缺料时，控制单元发送指令给超缺料报警单元和料仓进料下料单元，触发声光报警电路和继电器工作；2-2）启动料仓进料电机工作，开启进料阀门，给料仓加载饲料；2-3）当步骤（2-2）给料仓加载饲料完毕或料仓达到超料阈值时，控制单元控制进料阀门关闭，超缺料报警单元和料仓进料下料单元停止工作；

3）各栏位料槽称重传感器将对应的栏位料槽剩余食物重量信息传送给控制单元；

3-1）如果该栏位料槽食物少于预设值，控制单元发送指令给料仓进料下料单元；启动出料电机，同时开启出料阀门，根据所需投喂食物量对喂料小车进行加料；

3-2）步骤（3-1）加料完毕后，关闭出料阀门和出料电机，同时控制单元向小车运行单元发送信息，启动喂料小车运行电机工作，使小车沿轨道运行，到达指定的栏位料槽处停下；

3-3）控制单元通过无线通信模块向安装在喂料小车内的喂料控制盒发送数据，启动饲料投放单元，根据对应栏位料槽的加料设置值及时间，智能完成喂料；

3-4）喂料完毕后，控制单元控制小车运行单元，将喂料小车复位。

本发明一种动物智能饲喂系统设计合理，功能完善，能通过设置的重量检测单元自动检测料仓重量，料仓超缺料能声光报警并输出继电器触点控制料仓的加料；能自动打开料仓下料阀门为喂料小车加载饲料，自动检测各料槽的重量，并根据各栏位料槽的情况，按照栏位料槽设置的重量值及时间点智能投放饲料。克服了现有投喂系统和设备不能根据特殊情况投喂的缺陷，不仅提高了投喂的效率，更实现了投喂的精准性，大大节约了饲料，保证了饲料的新鲜度，使得喂养的动物更加健康生长。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明：

图1 是本发明动物智能饲喂系统结构的侧视图；

图2 是本发明动物智能饲喂系统结构的俯视图；

图3 是本发明动物智能饲喂系统的控制系统原理框图；

图4 是本发明动物智能饲喂系统的控制单元组成框图；

图5 是本发明动物智能饲喂系统喂料控制盒内电路的组成框图。

图中：1、料仓，2、料仓进料装置，3、料仓下料装置，4、料仓称重传感器，5、电容式料位传感器，6、喂料小车，7、小车运行电机（M3），8、小车丝杆轨道，9、饲料投放单元，10、料槽，11、料槽称重传感器，12、料槽光电传感器；

13、喂料控制盒，131、微处理器，132、无线通信模块，133、输出信号转换电路；

15、进料阀门，16、出料阀门；

20、上位机，21、控制单元， 211、微处理器，212、按键电路，213、显示电路，214、输入信号调理电路，215、输出信号变换电路，216、继电器电路，217、串行通信接口，218、无线通信模块；

22、重量检测单元，23、料仓超缺料检测单元，24、料槽位置及小车限位检测单元，25、料仓进料下料单元，26、料仓超缺料报警单元，261、发光管，262、蜂鸣器，27、小车运行单元。

M1、出料电机，M2、喂料电机，M4、进料电机，SQ1、小车左极限光电传感器,SQ2、小车右极限光电传感器,SQ3～SQ5、栏位料槽位置传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对发明作出详细的说明。

参照附图1～5，本发明动物智能饲喂系统包括料仓部分、喂料小车部分、料槽部分和系统控制部分。

所述料仓部分包括料仓1、料仓进料装置2、料仓下料装置3、安装在料仓上的称重传感器4和安装在料仓内的电容式料位传感器5。

所述喂料小车部分包括喂料小车6、小车运行电机7、小车丝杆轨道8、喂料控制盒13和饲料投放单元9。

所述料槽部分包括各栏位的料槽10、安装于各料槽下面的料槽称重传感器11和安装在各料槽与喂料小车相邻侧面的料槽光电传感器12。

所述系统控制部分包括上位机20、控制单元21、重量检测单元22、料仓超缺料检测单元23、料槽位置及小车限位检测单元24、料仓进料下料单元25、料仓超缺料报警单元26、小车运行单元27、喂料控制盒13和饲料投放单元9等。

所述上位机20通过RS232C串行通信接口与控制单元21连接，具有智能界面设计，采用触摸显示屏，在触摸显示屏界面上可监视料仓、喂料小车及各料槽的饲料量；喂料小车的工作状态；可根据历史数据和现时状况设置各料槽的加料量；在界面上有各种操作按钮，可控制系统的运行；为了操控方便，上位机还设有输入键盘，操作人员也可以通过键盘设定输入喂料时间和数值。

所述控制单元21具有串行通信接口RS232C和无线通信模块nRF2401A。控制单元21分别与上位机20、重量检测单元22、料仓超缺料检测单元23、料槽位置及小车限位检测单元24、料仓进料下料单元25、料仓超缺料报警单元26和小车运行单元27相联。控制单元21用于接收上位机20、料仓称重传感器4、电容式料位传感器5、各料槽称重传感器11以及料槽光电传感器12（即料槽位置传感器SQ3～SQ5...）输入的数据，并向料仓进料下料单元25、料仓超缺料报警单元26、小车运行单元27发送数据，启动出料电机M1工作，给喂料小车加载饲料；料仓超缺料时，触发声光报警电路和继电器电路216工作，继电器触点可控制料仓的加料与停止；启动喂料小车运行电机M2工作，使小车沿轨道运行，到达指定的栏位料槽处停下；控制单元21通过无线通信模块nRF2401A向安装在喂料小车内的喂料控制盒13发送数据。根据各个栏位料槽加料设置值及时间点，智能完成给各栏位料槽的喂料。

所述重量检测单元22采用称重传感器，用于检测料仓和各料槽的饲料重量。

料仓称重传感器4采用拉力传感器，各栏位料槽称重传感器11采用压力传感器。

所述料仓超缺料检测单元23采用电容式料位传感器，用于检测料仓料位的高低。

所述料槽位置及小车限位检测单元24采用的光电传感器为漫反射型光电开关BEN300-DFR，检测距离300mm，用于检测喂料小车所处料槽位置和左右极限位置。SQ1为轨道左限位光电传感器，SQ2为轨道右限位光电传感器，SQ3、SQ4、SQ5、…分别为各料槽与喂料小车相邻侧面安装的光电传感器，当喂料小车运行中，遮挡光线，控制单元就能确定小车所处位置。

所述料仓进料下料单元包括进料电机M4、进料阀门15、出料电机M1和出料阀门16；进料电机M4的输出轴与进料阀门15相联，带动进料阀门15的开合；出料电机M1输出轴与出料阀门16相联，带动出料阀门16的开合。

所述超缺料报警电路26由两个发光管和两个蜂鸣器组成，一个发光管261和一个蜂鸣器262安装在控制单元外壳面板上；另一个发光管和蜂鸣器安装在喂料现场。控制单元微处理器的4个I/O口输出经反相驱动器MC1413驱动后控制发光管和蜂鸣器工作。

所述小车运行单元27包括变频器、三相交流电动机M3、丝杆小车运行轨道和喂料小车。控制单元输出4～20mA电流信号调节变频器输出频率，进而控制三相交流电动机的转速，达到控制喂料小车的启停和运行速度。

所述喂料控制盒具有无线通信模块nRF2401A，用于无线接收控制单元的信息，输出电压信号控制饲料投放单元的直流伺服电动机M2运转，带动螺杆旋转，实现精确投放饲料。

图4是本发明控制单元的组成框图，所述控制单元21包括微处理器211、按键电路212、显示电路213、输入信号调理电路214、输出信号变换电路215、继电器电路216、串行通信接口217和无线通信电路218。

所述微处理器211采用AT89S52单片机。

所述按键电路212设置了九个按键，五个键分别为“启动”、“停止”、“暂停”、“手自动”和安装于现场的“急停”，这些按键同时在上位机界面上有相应操作按钮，可控制系统的工作。另四个键为“设置”、“+”、“-”和“确认”，可完成喂料小车和各料槽加料量的设置、选择显示某路參数或循环显示的设置等功能。

所述显示电路213由驱动器加4位LED数码管组成，数码管采用四位共阴极七段数码管，显示方式为动态扫描，显示数据由微处理器的4路I/O口输出，经4线-七段译码驱动器CD4511后加到四位LED数码管的a～f端，微处理器的另4路I/O口作为位扫描信号，低电平有效，经7407驱动后分别接到四位数码管的公共端。

所述输入信号调理电路214由小信号放大器、滤波器、多路开关、A/D转换器等电路组成，用于对称重传感器、电容式料位传感器、光电传感器的输出信号进行处理后接入微处理器。

所述输出信号变换电路215由D/A转换器、放大器和V/I变换电路等组成，输出4～20mA电流信号调节变频器输出频率，进而控制三相交流电动机的转速，达到控制喂料小车的启停和调节运行速度。

所述继电器电路216由反相功率驱动器MC1416和直流继电器组成，当料仓料位到达设置的上下限时，微处理器的I/O口控制直流继电器线圈的通断，再由继电器触点控制料仓进料电机、出料电机启停。

所述串行通信接口217采用RS232C接口，RS232C电平经1488、1489芯片转换为TTL电平后与单片机串行输入输出口相联，实现控制单元与上位机的通信。

所述无线通信电路218采用nRF2401A单芯片无线收发芯片，实现与喂料控制盒的数据传送。

图5是本发明喂料控制盒内电路的组成框图，所述喂料控制盒内电路包括微处理器131、无线通信模块132、输出信号转换电路133。

所述微处理器131采用AT89S52单片机。

所述无线通信模块132采用nRF2401A单芯片无线收发芯片，接收控制单元发送的数据。

所述输出信号转换电路133由D/A转换器和放大器等电路组成，输出电压信号控制直流伺服电机运转，带动螺杆转动，饲料自动落出，完成喂料。

以上对本发明的实施方式的描述是为了更好地理解本发明，其仅仅是实例性的，而非对本发明进行限制。针对以上所描述的实施方式进行的各种变化和修改，均属于本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种动物智能饲喂系统，其特征在于：包括料仓部分、喂料小车部分、料槽部分和系统控制部分；

所述料仓部分包括料仓、料仓进料装置、料仓下料装置、安装在料仓上的料仓称重传感器和安装在料仓内的电容式料位传感器；

所述喂料小车部分包括喂料小车、小车运行电机、小车丝杆轨道、喂料控制盒和饲料投放单元；小车运行电机安装在小车丝杆轨道端部的电机支座上，小车运行电机和小车丝杆轨道的滚珠丝杆通过联轴器相联接；喂料小车通过滚轮活动安装在小车丝杆轨道上，并通过螺栓与滚珠丝杆螺母相固定；当小车运行电机运转时，带动滚珠丝杆转动，滚珠丝杆螺母带动喂料小车沿小车丝杆轨道做直线运动；

喂料控制盒和饲料投放单元安装在小车内部；所述喂料控制盒内具有无线通信模块，通过无线通信方式接收控制单元发来的信息；喂料控制盒具有输出控制信号插座，与饲料投放单元的喂料电机相联，控制喂料电机的运转；

所述料槽部分包括若干个独立的栏位料槽、安装于栏位料槽下面的料槽称重传感器和安装在栏位料槽与小车相邻侧面的光电传感器，栏位料槽均布在平行于小车丝杆轨道的平面上；

所述系统控制部分包括上位机、控制单元、重量检测单元、料仓超缺料检测单元、料槽位置及小车限位检测单元、料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元、小车运行单元、喂料控制盒和饲料投放单元；控制单元分别与上位机、重量检测单元、料仓超缺料检测单元、料槽位置及小车限位检测单元、料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元以及小车运行单元相联；

所述重量检测单元包括料仓称重传感器和料槽称重传感器，用于检测料仓和各料槽的饲料重量；

所述料仓超缺料检测单元采用电容式料位传感器，用于检测料仓料位的高低；

所述料槽位置及小车限位检测单元包括小车左极限光电传感器、小车右极限光电传感器和各料槽光电传感器，小车左极限光电传感器和小车右极限光电传感器分别设置在小车丝杆轨道的左极限位置和右极限位置；各料槽光电传感器设置在各栏位料槽上与小车相邻的侧面，用于检测喂料小车所处料槽位置和左、右极限位置；

所述料仓进料下料单元包括进料电机、进料阀门、出料电机和出料阀门；进料电机的输出轴与安装在料仓上部进料管口的进料阀门相联，带动进料阀门的开合；出料电机输出轴与安装在料仓下部出料管口的出料阀门相联，带动出料阀门的开合；

所述小车运行单元包括变频器、小车运行电机、小车丝杆轨道和喂料小车；变频器与小车运行电机相联；控制单元输出电流信号调节变频器输出频率，进而控制小车运行电机的转速，达到控制喂料小车的启停和运行速度；小车运行电机采用三相交流电动机；

所述喂料控制盒内电路由微处理器、无线通信模块、信号转换电路组成；喂料控制盒通过无线通信模块接收控制单元的信息，输入微处理器后，输出数字信号，通过信号转换电路后，控制饲料投放单元的直流伺服电动机运转，实现精确投放饲料；

控制单元用于接收上位机、料仓称重传感器、电容式料位传感器、各料槽称重传感器以及光电传感器的数据，并向料仓进料下料单元、料仓超缺料报警单元、小车运行单元发送控制数据。

2.根据权利要求1所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：光电传感器均采用漫反射型光电开关。

3.根据权利要求1所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：所述饲料投放单元包括安装在喂料小车底部的喂料电机和螺旋下料装置，喂料电机的输出轴与螺旋下料装置的螺杆相联，电机的运转带动螺杆旋转，实现饲料自动落出喂料。

4.根据权利要求3所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：所述喂料电机采用直流伺服电动机。

5.根据权利要求1所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：所述控制单元包括微处理器、按键电路、显示电路、输入信号调理电路、输出信号变换电路、继电器电路、串行通信接口和无线通信模块；所述微处理器采用单片机，单片机与按键电路、显示电路、输入信号调理电路、输出信号变换电路、继电器电路、串行通信接口和无线通信模块相联。

6.根据权利要求1所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：所述上位机通过串行通信接口与控制单元连接，上位机采用触摸显示屏，在界面上监视料仓、喂料小车及各料槽的饲料量；喂料小车的工作状态；根据历史数据和现时状况设置各料槽的加料量；在界面上设有操作按钮，控制系统的运行。

7.根据权利要求1所述的动物智能饲喂系统，其特征在于：所述超缺料报警电路由两个发光管和两个蜂鸣器组成，一个发光管和一个蜂鸣器安装在控制单元外壳面板上；另一个发光管和蜂鸣器安装在喂料现场；控制单元微处理器的4个I/O口与四个驱动器相联，驱动器输出与发光管、蜂鸣器相联；由微处理器发送信息给驱动器，进而控制发光管和蜂鸣器工作。

8.权利要求1所述的动物智能饲喂系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）设定预设值；

通过上位机设定每个栏位料槽的加料时间和加料量，设定料仓的单次加料料位、重量，料仓缺料阈值以及料仓超料阈值，并将上述预设值存储在控制单元内；

2）料仓称重传感器和电容式料位传感器将料仓食物的重量和料位信息传送给控制单元；

2-1）当料仓内的食物储量低于料仓缺料阈值，即料仓缺料时，控制单元发送指令给超缺料报警单元和料仓进料下料单元，触发声光报警电路和继电器工作；2-2）启动料仓进料电机工作，开启进料阀门，给料仓加载饲料；2-3）当步骤（2-2）给料仓加载饲料完毕或料仓达到超料阈值时，控制单元控制进料阀门关闭，超缺料报警单元和料仓进料下料单元停止工作；

3）各栏位料槽称重传感器将对应的栏位料槽剩余食物重量信息传送给控制单元；

3-1）如果该栏位料槽食物少于预设值，控制单元发送指令给料仓进料下料单元；启动出料电机，同时开启出料阀门，根据所需投喂食物量对喂料小车进行加料；

3-2）步骤（3-1）加料完毕后，关闭出料阀门和出料电机，同时控制单元向小车运行单元发送信息，启动喂料小车运行电机工作，使小车沿轨道运行，到达指定的栏位料槽处停下；

3-3）控制单元通过无线通信模块向安装在喂料小车内的喂料控制盒发送数据，启动饲料投放单元，根据对应栏位料槽的加料设置值及时间，智能完成喂料；

3-4）喂料完毕后，控制单元控制小车运行单元，将喂料小车复位。