CN201374951Y - 智能化奶牛饲养系统 - Google Patents

Abstract

一种智能化奶牛饲养系统，其特征是由计算机、奶牛身份自动识别装置喂料器、通讯装置、自动上料装置组成，喂料器顶部有3至4个料仓每个料仓底部安装有放料器和放料电机，底部安装有食槽，自动识别装置是由射频卡、射频卡读卡电路和读卡天线组成。

Description

智能化奶牛饲养系统

技术领域

本实用新型涉及一种奶牛场喂料设备，尤其是能自动识别牛个体身份的变量饲喂设备。

背景技术

目前，传统的粗放饲养方式浪费饲料并且不能充分发挥奶牛的产奶潜力。公知的TMR饲养方式有很多优点但是也有以下的缺点，必须具备能够进行彻底混合饲料的搅拌设备和用于称量及分发日粮的专业设备。奶牛必须进行分群饲喂，频繁分群，在转群的过程中会对奶牛造成一定程度的应激，从而引起产奶量的波动，若应用TMR技术但不分群，就会产生饲喂出过量的肥胖奶牛。各组群由于产量有别，因此饲料配方不同，需要分别进行搅拌。

为了克服现有传统粗放养牛方式和TMR养牛方式的不足，本发明在于创造一种基于牛个体信息的计算机综合管理系统及变量饲喂方式，该饲养方式能够每天分别计算每头奶牛的营养需要和日粮，而且能自动把精饲料饲喂给每头奶牛。

发明内容  智能化奶牛饲养系统设备包括计算机、牛身份识别、通讯、喂料.器和送料器5个子系统。下面分别论述5个子系统的结构和功能：

1.计算机子系统由主机计算机、营养计算软件、牛场管理软件组成，把全群奶牛的个体信息全部储存在微机数据库里，营养计算程序每天自动计算并且更新每头奶牛的营养需要和日粮，计算结果也保存在数据库里。主要完成牛群每头牛的营养及日粮计算、档案管理、生产管理工作。微机同时完成与喂料器上的从机通讯工作，1台微机可以连接32台喂料器。

2.喂料器子系统由料仓、螺旋弹簧放料器、食槽、单片机及控制线路组成，喂料器最上边有3至4个料仓，分别存储能量饲料、蛋白质饲料、矿物饲料和药物饲料。每个料仓下面分别有一个由汽车刮水电机驱动的螺旋弹簧放料器。螺旋弹簧放料器下面是一个可供牛采食的食槽，单片机及控制线路由单片机、汽车刮水电机继电器、RS485通讯接口、数据采集接口组成。1台喂料器可饲喂40-50头奶牛。

3.通讯子系统，主机计算机串行口通过RS485通讯线路与喂料器上的从机单片机串行口连接。一台微机可以连接32台喂料器。微机通过查询方式与喂料器单片机进行半双工通讯，有牛来到喂料器前面时，单片机通过射频卡读卡电路采集射频卡编码并且把编码发送给微机，微机利用编码在数据库里找到该牛对应的放料数据发送给单片机。

4.牛身份识别子系统，食槽前面安装有射频卡读卡电路，读卡电路的数据线和下位机单片机的数据线连接。每头牛颈部或者耳部佩戴一个不同编码的H4001或TK4100射频卡。牛来到喂料器前面，当射频卡和读卡电路的天线距离在有效范围时，射频卡天线接收读卡电路天线发送的射频电波进行电容自充电，射频卡利用电容的电流把编码发送出去，读卡电路天线把接收到的编码发送给单片机进行处理，射频卡和读卡电路的工作频率为125kHz。当上位机计算机查询下位机单片机时，单片机把采集到的编码发送给微机。微机利用该编码查找到与之对应牛的放料数据并且把放料数据发送给单片机，单片机控制4个汽车刮水电机驱动螺旋放料器转动相应的时间完成放料工作。

5.自动上料子系统由饲料仓、电机及减速器、送料管、螺旋弹簧、料位传感器、单片机、继电器控制线路组成。当喂料器饲料箱饲料下降到下料位传感器位置时，下料位传感器输出饲料仓缺料信号，引发单片机中断，单片机查询到缺料料仓，启动对应送料电机，送料电机带动螺旋弹簧在送料管内转动，把送料管内送料送入饲料仓，当饲料到达上料位传感器时，上料位传感器输出信号，引发单片机中断，单片机关闭送料电机继电器，完成自动送料工作。本发明的有益效果是，智能化奶牛饲养系统是由计算机、奶牛身份动识别装置、喂料器、通讯装置、自动上料装置组成，喂料器顶部有3至4个料仓每个料仓底部安装有放料器和放料电机，底部安装有食槽，自动识别装置是由射频卡、射频卡读卡电路和读卡天线组成。放料器由12伏汽车刮水电机、放料器壳和柱状弹簧所组成。主机与从机的通信电路是RS485半双工通信方式。料位传感器是由红外线发射和接收二极管组成。自动上料装置由饲料仓、电机及减速器、送料管、螺旋弹簧、料位传感器、单片机、继电器控制线路组成。奶牛身份自动识别装置，是由射频卡、读卡电路和读卡天线组成，工作频率为125kHz。

可以针对奶牛个体信息完成营养计算和日粮配合的同时，自动完成精饲料饲喂，可以明显节约饲料用量，降低产品成本，减少代谢疾病；利用RS485通讯技术完成微机与喂料器单片机的通讯，利用射频卡识别技术识别牛身份准确可靠，利用了汽车刮水电机的减速装置，结构简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的系统通信电路原理图。

图2是喂料器电路原理图。

图3是喂料器主视图。

图4是喂料器左视图。

图5是喂料器俯视图。

图6是放料器结构图。

图7是送料器结构图。

图8是料位传感器结构图。

图9是读卡电路图。

在图1中，主机(1)可以是个人普通PC机，主机数据库保存了牛群奶牛档案，营养计算程序根据每头牛的品种、体重、年龄、日增重、乳脂率、日产奶量、产后天数、妊娠天数计算出每头奶牛每天的能量、蛋白质、矿物质营养需要数量。再根据牛场现有的饲料品种计算出满足营养需要的最低成本日粮数据保存在数据库中。从机(2)是安装在喂料器中的单片机，主机通过插入在串行口上的RS485转换器和从机串行口组成RS485半双工方式通信系统。主机和从机的通信距离为1.2公里。一个主机可以连接32个从机。奶牛来到喂料器前面吃料时，从机把采集的奶牛射频卡编码发送给主机，主机把对应的日粮数据发送给从机，这样的结构可以让奶牛在任何一台喂料器前面都可以自由采食饲料。

在图2中，主机通过串口(1)上插入的RS232-RS485转换器(8)和双铰线(9)与从机线路板上的MAX485芯片(2)连接，MAX485芯片和从机AT89C51单片机(4)连接，组成RS485半双工方式通信系统，实现通信功能。从机AT89C51单片机(4)同时和射频卡读卡电路(3)连接，牛来到喂料器前面，当牛颈部佩戴的H4100/TK4100射频卡进入读卡天线读卡范围(8厘米)时，单片机(4)通过读卡电路(3)读入射频卡编码，实现单片机读卡功能。单片机(4)同时通过达林顿驱动芯片ULN2003(5)和继电器(6)连接，继电器(6)和放料电机(7)连接，单片机(4)通过I/O口实现了控制放料电机(7)的功能。

在图3中，右半部分是喂料器的刨视图，喂料器上部是3个料仓(1)，每个喂料器底部安装有放料器(图6)，喂料器前面中部有供牛头进入喂料器的入口(10)，入口下边沿中央安装有射频读卡电路(7)，喂料器底部是食槽(6)和从机线路板盒(8)，喂料器腿(11)上有孔便于喂料器固定在地面上。

图4是喂料器的左视图，3个料仓(1)可以分别存放能量饲料、蛋白质饲料和矿物质饲料。3个放料器电机(2)，2个在喂料器左边安装，中间料仓(1)底部的放料电机(2)安装在喂料器右边。安装在喂料器下边的开关电源(9)为放料电机(2)提供12V电源，为从机提供5V电源。放料器电机(2)是具有减速结构的汽车用12V刮水电机。

图5是喂料器的俯视图，放料器左旋弹簧(3)与料仓的饲料接触。

在图6中，放料器壳(14)是一个上部切去一部分的钢管。放料电机(2)的减速机构(12)与放料器壳(14)法兰(13)螺栓连接，法兰(13)与放料器壳(14)焊接连接。中心有螺孔的圆柱状铁块(5)与减速机构(12)的输出轴螺丝连接。铁块(5)与柱状弹簧(3)焊接连接。由以上结构决定了放料电机转动时，带动安装在放料器壳(14)中的弹簧(3)做旋转运动，落在放料器壳(14)中的饲料被弹簧(3)从出料口(4)推出，完成放料动作。放料器壳(14)的直径、弹簧(3)的螺距决定了弹簧(3)每转动一圈出料数量的多少。放料电机(2)的转速决定了弹簧(3)每秒钟转动的圈数。从机的单片机只要控制放料电机(2)的通电时间就可以控制放料器放出需要的不同数量的饲料。

图7是送料器，可以分别储存能量饲料和蛋白质饲料的筒仓(1)底部安装有带减速器的送料电机(2)，电机轴与送料弹簧(3)连接，送料弹簧(3)安装在送料钢管内，送料电机(2)转动时带动送料弹簧(3)旋转，.送料钢管内的饲料被向前方推进，饲料从出料口(4)落入喂料器的料仓。筒仓(1)底部分别安装2个送料电机(2)送料弹簧(3)，为用量比较大的能量饲料和蛋白质饲料自动送料，用量比较小的矿物质送料由人工添加。喂料器的每个料仓中安装有上下2个料位传感器(6)，喂料器的每个料仓缺料和料满时料位传感器(6)把信号送给单片机，单片机驱动和关闭继电器控制送料电机(2)完成自动上料工作。

图8是料位传感器(6)的放大图，红外线发送二极管(7)和红外线接收二极管(8)被安装在圆钢(9)中，红外线发送二极管(7)、红外线接收二极管(8)和圆钢(9)之间设置一绝缘隔离层。当红外线发送二极管(7)和红外线接收二极管(8)之间没有饲料时，红外线发送二极管(7)发送的红外线被红外线接收二极管(8)接收，电路向单片机发送信号”1”；当红外线发送二极管(7)和红外线接收二极管(8)之间有饲料时，红外线发送二极管(7)发送的红外线被饲料档住，红外线接收二极管(8)接收不到红外线，电路向单片机发送信号”0”。圆钢(9)有效保护红外线发送二极管(7)、红外线接收二极管(8)和电路不会被饲料磨损。

图9是射频卡读卡电路图，CD4060是8输入与非门，由4M晶震和C7、C8电容组成的时钟信号从CD4060的10脚、11脚输入，相与后从5脚输出，经过三极管放大后输入读卡天线L1，频率约为125KHZ，读卡天线接收到射频卡数据后经过二极管D1输入LM358双路运算放大器3脚，经过2次放大后由7脚输出到单片机的P3.4脚。使用H4100/TK4100芯片的射频卡采用曼彻斯特调制编码全部的数据位为64bit，它包含9个开始位(其值均为‘1’)，40个数据位(8个厂商信息位+32个数据位)，14个行列校验位(10个行校验+4个列校验)和一个结束停止位。H4100/TK4100在向单片机传送信息时，首先传送9个开始引导位，接着传送8个芯片厂商信息或版本代码，然后再传送32个数据位。单片机根据曼彻斯特调制码的数据格式翻译出射频卡的编码，当主机叫号时，单片机把该编码发送给主机，该编码就是该牛的电子号。

具体实施方式

主机数据库保存了牛群每头奶牛的档案，营养计算程序根据每头牛的品种、体重、年龄、日增重、乳脂率、日产奶量、产后天数、妊娠天数计算出每头奶牛每天的能量、蛋白质、矿物质营养需要数量。再根据牛场现有的饲料品种计算出满足营养需要的最低成本日粮数据保存在数据库中，喂料时再除以每日喂料次数。数据库设置一列是否喂料标记，没有喂料时标记为“否”，喂料后标记为“是”，以区别是否喂过料，已经喂料的奶牛第二次到喂料器时微机识别出已经喂料标记而不再喂料。

喂料器由1.2毫米厚的不锈钢板折成每边宽600毫米，高1240毫米的正方体。放料电机采用汽车12V刮水电机，在图6中放料器壳(14)采用直径40毫米的钢管，柱状弹簧(3)采用直径4毫米的钢丝，弹簧螺距20毫米。从机单片机采用AT89C52，电源采用微机开关电源。在图6中，放料器的出料口(4)下面安装了图7中的料位传感器，作为自检装置，当喂料器从机单片机控制放料电机放料时，出料口(4)下面的料位传感器中间有饲料档住红外线，传感器连接单片机的信号线为高电平，如果信号线为低电平，单片机给主机发送报警信号并且发送有故障的放料器编号。主机报警并且通知管理人员处理故障。喂料器前面两侧安装护栏防止吃料牛被其它牛干扰。程序设置每天喂料6次。主机连接两台喂料器饲喂80头奶牛。能量饲料由玉米组成；蛋白质饲料由棉籽饼、豆饼、亚麻饼组成、矿物质饲料由石粉、碳酸钙、骨粉组成。

每头牛颈部佩戴一个射频卡，主机以查询方式主动呼叫从机机号，从机接收到主机的呼叫后如果喂料器前面没有牛，从机给主机发送”0”。如果喂料器前面有牛，从机通过喂料器前面的读卡电路读出该牛的射频卡编码，并且发送给主机，主机接收到该喂料器从机发送来的射频卡编码后，在数据库中查询对应奶牛及本次是否喂过料的标记和喂料数据，如果该牛本次没有喂料，主机把过牛的喂料数据发送给从机。从机控制放料电机完成放料动作。

送料器图7，分别运送用量比较大的能量饲料和蛋白质饲料，量比较小的矿物质饲料由人工添加。送料弹簧(3)安装在直径5厘米的送料钢管内，送料电机(2)转动时带动送料弹簧(3)旋转，送料钢管内的饲料被向前方推进，饲料从出料口(4)落入喂料器的料仓。筒仓(1)底部分别安装2个送料电机(2)送料弹簧(3)。喂料器的每个料仓中安装有上下2个料位传感器(6)，喂料器的每个料仓缺料和料满时料位传感器(6)把信号送给单片机，单片机驱动和关闭继电器控制送料电机(2)完成自动上料工作。

Claims (6)

1.一种智能化奶牛饲养系统，其特征是由计算机、奶牛身份自动识别装置、喂料器、通讯装置、自动上料装置组成，喂料器顶部有3至4个料仓，每个料仓底部安装有放料器和放料电机，底部安装有食槽，自动识别装置是由射频卡、射频卡读卡电路和读卡天线组成。

2.根据权利要求1所述智能化奶牛饲养系统，其特征是放料器由12伏汽车刮水电机、放料器壳和柱状弹簧所组成。

3.根据权利要求1所述的智能化奶牛饲养系统，其特征是主机与从机的通信电路是RS485半双工通信方式。

4.根据权利要求1所述的智能化奶牛饲养系统，其特征是料位传感器是由红外线发射和接收二极管组成。

5.根据权利要求1所述的智能化奶牛饲养系统，其特征是自动上料装置由饲料仓、电机及减速器、送料管、螺旋弹簧、料位传感器、单片机、继电器控制线路组成。

6.根据权利要求1所述的智能化奶牛饲养系统，其特征是奶牛身份自动识别装置，是由射频卡、读卡电路和读卡天线组成，工作频率为125kHz。

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