CN209117076U - 料塔内物料余量监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种料塔内物料余量监测装置，包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和控制箱，安装架上设有第一安装部和第二安装部，超声波发射接收一体机和姿态传感器安装于第一安装部，相对设置且留有间距的超声波参考发射器和超声波参考接收器安装于第二安装部，控制箱内设有中央处理器、时钟电路和无线通讯电路。本实用新型能够精确、实时测量料塔内余料的体积和重量，而且能够实现远程控制和监测；本实用新型所述料塔内物料余量监测装置架设简单、测量精度高、测量速度快、制造和实施成本低，可同时满足及时、准确、低成本的三重标准，可以在养殖场推广使用。

Description

料塔内物料余量监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种料塔物料监测系统，尤其涉及一种能够实时、动态监测料塔物料余量的料塔内物料余量监测装置。

背景技术

料塔是专门用于临时储存物料的大中型容器，常与用于将物料输送到其它位置的输料设备配合使用。传统料塔物料的监测设备较少，难以精确、实时的物料余料和输出量监测，从而难以实现精细化物料管理，难以满足现代化产业的高速发展需求。

比如，在畜牧养殖业中，肉类消费比例逐年提高，这一趋势也推动着畜牧养殖业从散户养殖模式向着大规模化养殖模式转变。在规模化养殖产业中，以生猪养殖为例，其饲料环节的成本占总成本的60％左右，因此迫切需要精细化的饲料管理。在养殖产业，料塔用于临时储存饲料；饲料输送系统用于将饲料输出并送到其它位置，包括输料管和安装于输料管内的推料部件(比如螺杆、绞龙等)及推料部件驱动电机。料塔与饲料输送系统配合应用构成饲料管理系统，对饲料的监测包括对料塔内饲料余量的监测和对输料管输出量的监测，其中对料塔内饲料余量的监测尤其重要。

传统的料塔饲料监测方式主要依靠人工检查，料塔往往在表面留有带状的半透明结构，便于用户直接肉眼观察饲料余量。但此类方法在透光性不好的情况下，无法通过肉眼查看剩余料量，需要使用手敲击它，通过声音来辨别剩余料量；料塔的检查流程有肉眼查看、核实、记录纸档和汇报上级部门4个环节，但肉眼查看无法准确计算剩余料量，做不到需求的精细化管理；在纸档记录环节，由于人员的可能的工作失误问题，会导致记录纸档的内容有误，且记录后需要再汇报给上级部门，会造成数据更新的延迟。

另一种较为直接的传统监测方式是直接在料塔底部安装荷重传感器或将料塔置于水平秤、地磅等称重设备之上。此种简易的余量监测方式设备成本高、基建成本高，不符合养殖场的低成本要求；其次，由于地磅承担整个料塔的负重，所以地磅很容易损坏；由于结构复杂，地磅称重的后期维护成本也很高；此外，地磅称重有一定的适用条件，相当一部分旧的料塔无法加装该设备。

另外，近年来，有一部分饲塔使用激光式的体积测量设备。此类料塔饲料余量监测装置基于红外线或激光测距的原理工作，即利用发射激光或红外线等光学方式测量料塔内料位面离传感器的距离，但是料塔内是一个扬尘较大的环境，而光学方法易受空气中悬浮颗粒即扬尘的影响而降低精度。

综上，传统的料塔物料余量的监测技术无法同时满足及时、准确、低成本这三重标准。由于缺乏准确的料塔剩料数据，养殖场只能通过主观经验进行判断，因此可能会出现备料不足、送料超量等饲料管理方面的缺陷；而且传统称重方式技术繁琐、成本高昂，且难以移植到旧有的料塔上。另外，饲料数据和料肉比等养殖关键数据相关，由于缺乏高频精确的料塔剩料数据，养殖场无法全程追踪料肉比信息；在信息缺失的情况下，新型饲料研发陷入停滞，精细化养殖沦为一句空话，从而限制了整个畜牧养殖业的现代化发展。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实时、精确、低成本动态监测料塔物料余量的料塔内物料余量监测装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种料塔内物料余量监测装置，包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和控制箱，所述固定支架安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近，所述安装架通过所述舵机安装于所述固定支架上且所述舵机能够驱动所述安装架旋转，所述安装架上设有第一安装部和第二安装部，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的所述超声波发射接收一体机和用于检测所述安装架姿态的所述姿态传感器安装于所述第一安装部，所述超声波发射接收一体机的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的所述超声波参考发射器和用于接收超声波参考信号的所述超声波参考接收器安装于所述第二安装部，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器相对设置且留有间距；所述控制箱安装于所述固定支架上，所述控制箱内设有中央处理器、时钟电路和无线通讯电路，所述时钟电路的信号输出端、所述超声波发射接收一体机的信号输出端、所述超声波参考接收器的信号输出端和所述姿态传感器的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与所述超声波发射接收一体机的控制输入端、所述超声波参考发射器的控制输入端和所述舵机的控制输入端对应连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接。

上述结构中，固定支架和安装架用于作为安装基础；超声波发射接收一体机用于向料塔内的物料表面发射和接收脉冲超声波；超声波参考发射器用于向超声波参考接收器发射脉冲超声波，在已知脉冲超声波传输时间和距离的情况下，便于计算在料塔内环境中某个时间单位内脉冲超声波的传输距离，从而能够计算超声波发射接收一体机向料塔内的物料表面发射的脉冲超声波从发射到接收的距离，进而物料的体积和重量；舵机用于在中央处理器控制下使安装架旋转，从而带动超声波发射接收一体机一起旋转，实现多个角度的脉冲超声波的发射和接收，从而实现对非平面的物料表面的上方空间进行精确计算，从而对物料余量进行精确计算；姿态传感器用于实施检测安装架姿态，即实时检测超声波发射接收一体机的姿态即角度，以实现多角度检测的自动控制；控制箱作为集中电控箱，用于通过姿态传感器实时检测姿态信息并以此控制舵机运行，而且通过对各超声波仪器和时钟电路的信息采集和控制，实现相应的计算处理，同时通过无线通信电路实现远程通讯。上述各部件本身均为现有技术的常规产品，本实用新型的重点是整合各部件通过特别的连接方式实现特别的技术效果。

作为优选，为了使参考脉冲超声波信号与实际检测的脉冲超声波信号尽可能趋于一致以提高检测精度，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器在竖向相对设置且所述超声波参考发射器位于所述超声波参考接收器的上方；所述超声波参考发射器的发射方向和所述超声波参考接收器的接收方向正对且与所述超声波发射接收一体机的信号方向相互平行；所述第一安装部和所述第二安装部横向排列设于所述安装架上。

进一步，为了避免温湿度环境对检测造成较大影响，所述控制箱内还设有与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接的温湿度传感器。

进一步，所述超声波发射接收一体机和所述姿态传感器外设有防尘外壳。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过在料塔内顶部安装基于超声波的距离测量设备、角度控制设备和计算设备，无论物料的料面是平面还是曲面，都能够精确、实时测量料塔内余料的体积和重量，而且能够实现远程控制和监测；通过温湿度传感器，饲料的状态如温湿度信息能够被完整反馈；另外，通过本实用新型还能够将自动收集的剩余料量、料塔编号、测量时间记录自动上传到云端服务器，便于现代化精准管理；本实用新型所述料塔内物料余量监测装置架设简单、测量精度高、测量速度快、制造和实施成本低，可同时满足及时、准确、低成本的三重标准，可以在养殖场推广使用，便于养殖场全程追踪料肉比信息，促进新型饲料研发进度和精细化养殖，推动整个养殖业的现代化发展。

附图说明

图1是本实用新型所述料塔内物料余量监测装置安装于料塔上的主视结构示意图，图中示出了料塔内部结构；

图2是本实用新型所述料塔内物料余量监测装置的主视结构示意图，图中示出了部分内部结构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型所述料塔内物料余量监测装置1包括固定支架10、安装架13、超声波发射接收一体机17、超声波参考发射器14、超声波参考接收器15、舵机12、姿态传感器18和控制箱11，固定支架10安装于料塔4内且位于顶部进料口3附近，安装架13通过舵机12安装于固定支架10上且舵机12能够驱动安装架13旋转，安装架13上设有第一安装部和第二安装部，所述第一安装部和所述第二安装部横向排列设于安装架13上，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的超声波发射接收一体机17和用于检测安装架13姿态的姿态传感器18安装于所述第一安装部，超声波发射接收一体机17和姿态传感器18外设有防尘外壳16，超声波发射接收一体机17的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的超声波参考发射器14和用于接收超声波参考信号的超声波参考接收器15安装于所述第二安装部，超声波参考发射器14与超声波参考接收器15在竖向相对设置且留有间距，超声波参考发射器14位于超声波参考接收器15的上方，超声波参考发射器14的发射方向和超声波参考接收器15的接收方向正对且与超声波发射接收一体机17的信号方向相互平行；控制箱11安装于固定支架10上，控制箱11内设有中央处理器、时钟电路、无线通讯电路和温湿度传感器(图中未示，均为常规电路结构)；所述时钟电路的信号输出端、超声波发射接收一体机17的信号输出端、超声波参考接收器15的信号输出端和姿态传感器18的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与超声波发射接收一体机17的控制输入端、超声波参考发射器14的控制输入端和舵机12的控制输入端对应连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接，所述温湿度传感器的信号输出端与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接。

图1中还示出了料塔4的安装支架5、料塔4底部的出料口6、一端位于出料口6下方的输料管7、输料管输出量监测装置2和用于驱动输料管7内螺杆71的驱动装置8，除输料管输出量监测装置2外均为常规结构，输料管输出量监测装置2可以采用常规结构，也可以采用新的监测结构，但与本实用新型的创新无关，不在本实用新型讨论。

为了对本实用新型所述料塔内物料余量监测装置的工作原理进行具体说明，下面结合本装置的优选监测方法进行详细描述，但下述方法不是唯一方法，也不是本实用新型保护对象。

结合图1和图2，本实用新型所述料塔内物料余量监测装置采用的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、外部信号唤醒设备(这是常规电路设置)，控制箱11启动，姿态传感器18检测当前姿态并将信号发送给所述中央处理器，所述中央处理器将该信号对应的姿态数据与标准姿态数据对比判断后，向舵机12发出控制信号，舵机12驱动安装架13旋转使超声波发射接收一体机17的信号方向处于标准方向；

步骤二、在所述中央处理器控制下，超声波参考发射器14发射脉冲超声波，与此同时，所述中央处理器通过所述时钟电路获得该脉冲超声波信号的发射时间，该脉冲超声波信号被超声波参考接收器15接收，所述中央处理器对接收的超声波信号进行处理，并从所述时钟电路获得接收时间，从而获得该脉冲超声波信号从发射到接收的时间间隔并记为T₁；

步骤三、在所述中央处理器控制下，超声波发射接收一体机17发射脉冲超声波，与此同时，所述中央处理器通过所述时钟电路获得该脉冲超声波信号的发射时间，该脉冲超声波信号在物料料面发生反射并产生反射回波，超声波发射接收一体机17接收到该反射回波，所述中央处理器对该反射回波信号进行处理，并从所述时钟电路获得接收时间，从而获得该脉冲超声波信号从发射到接收反射回波的时间间隔并记为T₂；

步骤四、所述中央处理器接收姿态传感器18的姿态信号并发送姿态调整指令给舵机12，舵机12调整安装架13的姿态使超声波发射接收一体机17的姿态处于下一个检测姿态；然后重复步骤四，直到完成所有检测姿态的调整；这里的检测姿态是根据物料料面的预设检测位而设计并通过改变超声波发射接收一体机17的信号方向而采用的超声波发射接收一体机17的多个姿态；

步骤五、以时间间隔T₁为参考，因T₁与超声波参考发射器14和超声波参考接收器15之间的距离对应，所以每次时间间隔T₁均可被换算为距离；所述中央处理器根据时间间隔T₂能够计算得到该检测姿态对应的物料料面深度信息，并最终计算得到所有检测姿态对应的物料料面深度信息及平均深度信息，结合已知的料塔4的内部空间尺寸，能够计算得到物料料面上方空间的体积，从而得到物料余量的体积，根据物料的密度(一般为已知密度)，能够得到物料余量的重量；本步骤中，可以利用控制箱11内的温湿度传感器获得的温湿度信息为数据计算提供常规性误差补偿。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种料塔内物料余量监测装置，其特征在于：包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和控制箱，所述固定支架安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近，所述安装架通过所述舵机安装于所述固定支架上且所述舵机能够驱动所述安装架旋转，所述安装架上设有第一安装部和第二安装部，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的所述超声波发射接收一体机和用于检测所述安装架姿态的所述姿态传感器安装于所述第一安装部，所述超声波发射接收一体机的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的所述超声波参考发射器和用于接收超声波参考信号的所述超声波参考接收器安装于所述第二安装部，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器相对设置且留有间距；所述控制箱安装于所述固定支架上，所述控制箱内设有中央处理器、时钟电路和无线通讯电路，所述时钟电路的信号输出端、所述超声波发射接收一体机的信号输出端、所述超声波参考接收器的信号输出端和所述姿态传感器的信号输出端分别与所述中央处理器的信号输入端对应连接，所述中央处理器的控制输出端分别与所述超声波发射接收一体机的控制输入端、所述超声波参考发射器的控制输入端和所述舵机的控制输入端对应连接，所述中央处理器的远程通信端与所述无线通讯电路的本地通信端连接。

2.根据权利要求1所述的料塔内物料余量监测装置，其特征在于：所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器在竖向相对设置且所述超声波参考发射器位于所述超声波参考接收器的上方；所述超声波参考发射器的发射方向和所述超声波参考接收器的接收方向正对且与所述超声波发射接收一体机的信号方向相互平行；所述第一安装部和所述第二安装部横向排列设于所述安装架上。

3.根据权利要求1或2所述的料塔内物料余量监测装置，其特征在于：所述控制箱内还设有与所述中央处理器的温湿度信号输入端连接的温湿度传感器。

4.根据权利要求1或2所述的料塔内物料余量监测装置，其特征在于：所述超声波发射接收一体机和所述姿态传感器外设有防尘外壳。