CN114009363B - 一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括水槽外框架、水槽内框架、水槽内胆；所述水槽内胆靠近出水管的短侧壁设置为夹层结构，两层短侧壁之间形成一个和水槽内胆等宽等高的隔断，在所述隔断中设置水温传感器和液位传感器；所述控制部分为主控箱，由进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块组成。本发明通过合理设计上下水系统，大大降低奶牛饮水等待时长和清洗污水排出时长，同时能自动控制液位高度，合理降低水槽内水容量，提高加热效率，减少污水产生；水温提升均匀；自动清洗保证奶牛饮水尽可能清洁；智能控制模块实现水槽集中控制、一键调整、联用联动。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧养殖机械技术领域，具体为一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备。
背景技术
众所周知，牛奶中87％是水。奶牛每产1公斤鲜奶，需要摄入3～5公斤水。因此，保证奶牛充足的饮水在规模化牧场生产过程中至关重要。
现阶段，集中式的供水设备已在各个规模化牧场广泛运用，但仍然存在不少问题，主要表现在以下5个方面：
1、上下水速度慢：水槽的上下水系统设计不合理导致上下水速度慢：上水速度慢导致奶牛饮水需要等待，尤其是刚从奶厅挤完奶返回牛舍的奶牛，此时奶牛因乳汁分泌消耗体内大量水分，且长时间脱离水源，需要第一时间进行补充，水槽上水速度过慢拉长了前序奶牛饮水时间，后序奶牛不得不排队等待，从而因饮水的不及时造成下一阶段的产奶量降低。下水速度慢导致水槽清洗的效率降低，针对部分配置手动下水塞的水槽，清洗工需要在清洗脏水完全排出水槽、盖上下水塞后才能完成整个清洗操作，因此单位时间内水槽清洗的数量减少。
2、参数控制不精准：水槽的液位高度和水温等参数控制不精准。现有水槽大多采用浮球阀控制液位高度，因机械误差导致液位控制不精准。在实际使用过程中，因为无法实现液位精准控制，安装人员需要调高水槽的实际液位高度，来避免因误差造成的水容量不够。而过多的水容量不但降低水槽加热效率，同时后端清洗所产生的污水量增多。水温控制不精准导致加热温度过高或过低，降低奶牛的喝水意愿。
3、加热能耗高：现有水槽加热装置多采用在槽体底端贴若干条状加热板，加热速度较慢、加热块加热不均匀且加热能耗较高。
4、无法实现自动清洗：现有水槽仍然多采用人工清洗的方式，清洗效率低，且清洗过程中奶牛应激大。
5、智能化程度低：现有水槽多为单机控制，针对不同地域及使用环境需单独调整水槽参数，无法达到组网控制，自动化程度较低。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备。
本发明提供的智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括水槽外框架、水槽内框架、水槽内胆，水槽内胆架设于水槽内框架内，水槽内框架架设于水槽外框架内；所述水槽内胆包括两个长侧壁、两个短侧壁、一个底板，所述水槽内胆底板一端设置进水管和进水阀，另一端设置出水管和出水阀；所述水槽内胆靠近出水管的短侧壁设置为夹层结构，两层短侧壁之间形成一个和水槽内胆等宽等高的隔断，其中靠近出水管的内层短侧壁下端挨近底板的位置设置液位进水口；所述液位进水口为多个孔洞状结构，连通水槽内胆和隔断；在所述隔断中设置水温传感器和液位传感器；在水槽外框架和水槽内框架之间设置环境温度传感器；所述进水管通过弯管连接进水板；所述进水板为密闭的空心板状结构，安装在水槽内胆靠近进水管的短侧壁上，进水板上端连接清洗装置，进水板下部面向水槽内的一侧通过孔洞与进水孔管道相连；所述进水孔管道固定安装在进水板外壁上，进水孔管道上设置多个进水孔一；所述清洗装置为管道状，环绕水槽内胆上端内侧边安装，所述清洗装置上设置多个进水孔二；所述底板下方紧贴设置加热板；所述控制部分为主控箱，固定安装在水槽内胆的侧壁外侧，由进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块组成，所述温度控制模块通过线路与水温传感器和环境温度传感器相连，所述液位控制模块通过线路与液位传感器相连，所述进水模块通过线路与进水阀相连，所述出水模块通过线路与出水阀相连，所述温度控制模块通过线路与加热板相连；所述进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块通过单片机相连。
优选地，所述清洗装置上设置的多个进水孔二开口向水槽内胆内，并且与水平面的夹角角度为0°～30°。
优选地，所述水槽内胆的底板为倾斜设置，进水管所在端高于出水管所在端。
优选地，所述底板的进水管所在端高于出水管所在端15-30mm。
优选地，所述控制部分内设置WIFI模块。
优选地，加热板分为左右两块，紧贴于底板下方。
优选地，所述进水阀采用电磁阀，所述出水阀采用防堵电动球阀。
优选地，在所述水槽外框架侧壁上设置壁围，并在一个侧壁上开设检修口。
优选地，所述单片机为STM32控制器。
与现有技术相比，本发明提供了一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，具备以下有益效果：
1、通过合理设计上下水系统，大大降低奶牛饮水等待时长和清洗污水排出时长；
2、通过液位传感器控制液位高度，合理降低水槽内水容量，提高加热效率，减少存积污水产生；本设备采用隔断内设置水温传感器和液位传感器的方式，尽量减少液面波动对液位和水温测量数据的影响，可对水槽水温和液位进行精确测量，结合加热板和进水阀，对槽内水体的温度和液位进行控制；
3、本设备采用在水槽外框架和内框架之间放置环境温度传感器，用于环境温度测量，当环境温度低于设定温度时，控制加热板对槽体进行加热，使水槽内框架和外框架之间的环境温度提高，避免环境寒冷时槽体及进出水管道结冰影响使用，也避免了环境寒冷时进水阀和出水阀故障影响使用，在水槽外框架侧壁上设置壁围使得水槽内框架和外框架之间形成稳定的小环境，有利于保温。
4、采用加热板对槽壁底部进行贴合，热传递均衡，加热效率高，能耗低，配合温度测量方案达到对槽内水温的恒定控制；分为两块，便于后期维护，当一块加热板故障时另一块还能使用，为检修维护争取时间；
5、增加自动清洗模块，降低员工劳动强度，提高清洗频率，保证奶牛饮水尽可能清洁；本设备进水阀采用电磁阀，消除浮球阀机械结构上可能产生的机械故障，保证了水槽内水位的持续恒定；出水阀采用防堵电动球阀，通过程序控制进出水阀门开闭，达到对槽体内壁的自动清洗，同时满足杂草等杂质能被清洗出槽体之外；
6、增加智能控制模块，实现水槽集中控制、一键调整、联用联动；本设备可以利用WIFI控制模块，配合软件程序，达到对水槽的组网控制，并通过手机客户端实现人机交互功能，可以根据北方、南方区域设定和选择相关参数，保证在不同气温环境中为奶牛提供恒温恒液位的适用饮水。
7、通过优化温控模块，使水温提升均匀，实际加热水温与设定值误差可控制在2℃以内。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的正视结构示意图；；
图3为本发明的A处剖面放大示意图；
图4为本发明的清洗装置结构示意图；
图5为本发明的清洗装置进水板正面结构示意图。
图中：1、地基；2、水槽外框架；3、水槽内框架；4、水槽内胆；5、进水孔管道；6、进水孔一；7、进水板；8、清洗装置；9、进水管；10、进水阀；11、液位进水口；12、出水管；13、出水阀；14、隔断；15、；16、加热板；17、主控箱；18、弯管；19、进水孔二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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1-5，本发明提供的智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括水槽外框架2、水槽内框架3、水槽内胆4，水槽内胆4架设于水槽内框架3内，水槽内框架3架设于水槽外框架2内；所述水槽内胆4包括两个长侧壁、两个短侧壁、一个底板，所述水槽内胆4底板一端设置进水管9和进水阀10，另一端设置出水管12和出水阀13；所述水槽内胆4靠近出水管12的短侧壁设置为夹层结构，两层短侧壁之间形成一个和水槽内胆4等宽等高的隔断14，其中靠近出水管12的内层短侧壁下端挨近底板的位置设置液位进水口11；所述液位进水口11为多个孔洞状结构，连通水槽内胆4和隔断14；在所述隔断14中设置水温传感器和液位传感器；将水温传感器和液位传感器置于隔断14中可以减少奶牛饮水时造成的液面波动测量误差，也可以避免奶牛饮水时的舌头触碰导致的水温测量误差。
通过液位传感器控制液位高度，合理降低水槽内水容量，提高加热效率，减少污水产生。
在水槽外框架2和水槽内框架3之间设置环境温度传感器；所述进水管9通过弯管18连接进水板7；所述进水板7为密闭的空心板状结构，安装在水槽内胆4靠近进水管9的短侧壁上，进水板7上端连接清洗装置8，进水板7下部面向水槽内的一侧通过孔洞与进水孔管道5相连；所述进水孔管道5固定安装在进水板7外壁上，进水孔管道5上设置多个进水孔一6；所述清洗装置8为管道状，环绕水槽内胆4上端内侧边安装，所述清洗装置8上设置多个进水孔二19；所述底板下方紧贴设置加热板16；所述控制部分为主控箱17，固定安装在水槽内胆4的侧壁外侧，由进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块组成，所述温度控制模块通过线路与水温传感器和环境温度传感器相连，所述液位控制模块通过线路与液位传感器相连，所述进水模块通过线路与进水阀10相连，所述出水模块通过线路与出水阀13相连，所述温度控制模块通过线路与加热板16相连；所述进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块通过STM32控制器相连。
本实施例中，所述清洗装置8上设置的多个进水孔二19开口向水槽内胆4内，并且与水平面的夹角角度为0°～30°。
本实施例中，所述水槽内胆4的底板为倾斜设置，进水管9所在端高于出水管12所在端20mm。
通过合理设计上下水系统，大大降低奶牛饮水等待时长和清洗污水排出时长。
本实施例中，所述控制部分内设置WIFI模块。
本实施例中，所述加热板16分为左右两块，紧贴于底板下方。
本实施例中，所述进水阀10采用电磁阀，所述出水阀13采用防堵电动球阀，保证自动清洗过程中杂草等杂物能够完全排除。
本实施例中，在所述水槽外框架2侧壁上设置壁围，并在靠近进水管的短侧壁上开设检修口15。
本发明的工作原理及使用流程：在安装时，先在地基1上准备好放置本饮水槽的进水管9和进水阀10、出水管12和出水阀13的空间，再把本饮水槽安装到地基1之上，连接好各个水管，启动WIFI模块使之与手机相连。使用时，通过手机控制进水阀10启动，水通过进水管9和弯管18进入进水板7，充满后一部分水通过固定安装在进水板7外壁下部的进水孔管道5上设置的多个进水孔一6从下方进入水槽内胆4内，另一部分水通过清洗装置8上设置的多个进水孔二19从上方进入水槽内胆4内。隔断14内的液位传感器实时采集液位信息，当水位达到设定的液位时，主控箱17发出指令使进水阀停止进水，当奶牛喝水时，水位下降到某设定值就自动开启进水阀进水，自动保持水槽内的水位。液位传感器置于隔断14内可以减少奶牛饮水时液面波动对液位传感器采集信息准确度的影响；
从进水开始，主控箱17发出指令使加热板16开始加热，隔断14内的水温传感器实时采集水温信息，当达到设定水温时自动停止加热，当水温下降到某个温度时自动开始加热；当环境温度传感器低于设定值时，主控箱17发出指令使加热板16加热升高环境温度，当环境温度达到于设定值时停止加热；设定的环境温度一般都低于设定的水温；
通过优化温控模块，使水温提升均匀，实际加热水温与设定值误差可控制在2℃以内；
增加自动清洗模块，降低员工劳动强度，提高清洗频率，保证奶牛饮水尽可能清洁。需要清洗水槽内胆时，主控箱17发出指令给出水阀13打开出水管12，水槽内部水流出，同时进水管在进水，水从水槽上部和下部同时流入，结合水槽的倾斜度，自然形成从进水端往出水端的水流，由于进水阀10采用电磁阀，出水阀13采用防堵电动球阀，保证自动清洗过程中杂草等杂物能够完全排除，清洗程序运行一段时间，完成对水槽的清洗。
增加智能控制模块，实现水槽集中控制、一键调整、联用联动。本饮水槽安装完毕后，只需要连上手机，即可使用手机APP进行管控，不需要工人每天维护，全场安装的多个饮水槽甚至多个养殖场安装的所有饮水槽都可以集中到一个手机APP进行控制管理。
通过牧场实际安装运行，本饮水槽加热效率高，在同等初始温度、加热板同等功率、本发明饮水槽中水量大于传统饮水槽中水量的情况下，在50分钟内，传统饮水槽内水温上升0.9℃，本发明饮水槽内水温上升2.3℃；在同一使用环境下，本发明饮水槽内壁清洁程度远好于传统饮水槽。
本发明的智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备具有防冻、自动监控液位、水温等数字化功能，能对水槽中的水温和液位完成自动监控，能实现自动清洗，具有无线通讯和人机交互功能，并通过手机终端读取水槽数据集设备状态，还可通过终端设置水位及水温阈值。设备适合全国各地区使用，可以根据北方、南方区域设定和选择相关参数，保证在不同气温环境中为奶牛提供恒温恒液位的适用饮水。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，其特征在于，包括机械部分和控制部分，所述机械部分包括水槽外框架（2）、水槽内框架（3）、水槽内胆（4），水槽内胆（4）架设于水槽内框架（3）内，水槽内框架（3）架设于水槽外框架（2）内；所述水槽内胆（4）包括两个长侧壁、两个短侧壁、一个底板，所述水槽内胆（4）底板一端设置进水管（9）和进水阀（10），另一端设置出水管（12）和出水阀（13）；所述水槽内胆（4）靠近出水管（12）的短侧壁设置为夹层结构，两层短侧壁之间形成一个和水槽内胆（4）等宽等高的隔断（14），其中靠近出水管（12）的内层短侧壁下端挨近底板的位置设置液位进水口（11）；所述液位进水口（11）为多个孔洞状结构，连通水槽内胆（4）和隔断（14）；在所述隔断（14）中设置水温传感器和液位传感器；在水槽外框架（2）和水槽内框架（3）之间设置环境温度传感器；所述进水管（9）通过弯管（18）连接进水板（7）；所述进水板（7）为密闭的空心板状结构，安装在水槽内胆（4）靠近进水管（9）的短侧壁上，进水板（7）上端连接清洗装置（8），进水板（7）下部面向水槽内的一侧通过孔洞与进水孔管道（5）相连；所述进水孔管道（5）固定安装在进水板（7）外壁上，进水孔管道（5）上设置多个进水孔一（6）；所述清洗装置（8）为管道状，环绕水槽内胆（4）上端内侧边安装，所述清洗装置（8）上设置多个进水孔二（19）；所述底板下方紧贴设置加热板（16）；所述控制部分为主控箱（17），固定安装在水槽内胆（4）的侧壁外侧，由进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块组成，所述温度控制模块通过线路与水温传感器和环境温度传感器相连，所述液位控制模块通过线路与液位传感器相连，所述进水模块通过线路与进水阀（10）相连，所述出水模块通过线路与出水阀（13）相连，所述温度控制模块通过线路与加热板（16）相连；所述进水模块、出水模块、温度控制模块、液位控制模块通过单片机相连；
所述清洗装置（8）上设置的多个进水孔二（19）开口向水槽内胆（4）内，并且与水平面的夹角角度为0°~30°；
所述水槽内胆（4）的底板为倾斜设置，进水管（9）所在端高于出水管（12）所在端；
所述底板的进水管（9）所在端高于出水管（12）所在端15-30mm；
所述加热板（16）分为左右两块，紧贴于底板下方。
2.根据权利要求1所述智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，其特征在于，所述控制部分内设置WIFI模块。
3.根据权利要求1所述智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，所述进水阀（10）采用电磁阀，所述出水阀（13）采用防堵电动球阀。
4.根据权利要求1所述智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，其特征在于，在所述水槽外框架（2）侧壁上设置壁围，并在一个侧壁上开设检修口（15）。
5.根据权利要求1所述智能恒温恒液位奶牛饮水槽设备，其特征在于，所述单片机为STM32控制器。
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