一种基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍的制作方法

本实用新型涉及养殖设备领域，特别的是一种基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍，目的在于减轻人工养殖劳动强度，降低养殖户经济损失。

背景技术：

目前，农村地区养殖鸡多以传统人工养殖方式为主，即人工喂食、喂水以及取蛋等操作，无疑这些都需要养殖户进入鸡舍进行操作，对于养殖规模较大的养殖户来说，一方面喂食、喂水，特别是取蛋需要耗费很长时间，劳动强度相对较大，且鸡舍内部由于鸡粪长时间堆积、空气不流通导致鸡舍内部空气质量很差，势必对养殖户健康造成一定影响。另一方面，鸡产蛋地点较为随机，养殖鸡数量较多时，容易存在鸡吃鸡蛋或踩踏鸡蛋等问题，造成养殖户取蛋量减少，造成收益降低。此外，鸡舍内部空气不流通导致温湿度不达标问题，容易造成鸡生病、甚至死亡，势必降低养殖收益。因此，无论从减轻劳动负担，降低经济损失角度出发，还是适应现代化养殖需求，实现对鸡舍智能化管理十分有必要。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本实用新型提出一种基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍，采用温湿度传感器不间断监测鸡舍内部温湿度，利用排风扇对鸡舍进行换气提高空气质量，设计定时喂食、喂水装置，安装CCD相机不间断扫描舍底采集图像，利用图像识别技术识别鸡蛋后驱动集蛋装置收集散落鸡蛋，一定程度实现了鸡舍的智能化管理，有效减轻养殖劳动强度，降低养殖经济损失。

本实用新型一种基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍采用的技术方案是：鸡舍顶部设有舍顶，舍顶设有天窗；鸡舍内部左墙壁上方靠前处安装温湿度传感器，鸡舍左侧下方靠后处设有管道口；鸡舍内部后墙壁上方靠左处安装排风扇，排风扇右侧安装步进电机，步进电机的电机轴另一端与CCD相机连接并处于鸡舍上方中心位置；鸡舍前墙壁右侧设有门，门右侧边缘通过合页与鸡舍右墙壁边缘连接，门磁开关右半部分安装在门左侧边缘中间位置，并设有门拉手，门磁开关左半部分安装在鸡舍前墙壁边缘；舍底后侧从左到右依次放置水盆与食槽；底座安装在舍底下方，底座上表面左侧放置储水箱，储水箱右侧底部设有水管，水管穿过管道口延伸至水盆上方，在水管中段安装电磁阀；底座上表面右侧放置饲料箱，饲料箱左侧放置由两个支架支撑的吸料机底座，吸料机底座上放置吸料机，吸料机右端设有进料管道，进料管道插入饲料箱中，吸料机左端设有出料管道，出料管道穿过进料管道口延伸至食槽的最左端；出料管道顶端封闭，且正下方等间距设置多个喷嘴管道；底座内部左侧设有左集蛋筐，前端设有左拉手，左集蛋筐右侧边缘的前后分别设有2个固定桩，固定桩安装在底座底部；底座内部右侧也设有右集蛋筐，前端设有右拉手，右集蛋筐左侧边缘的前后也设有2个固定桩，固定桩安装在底座底部；鸡舍右墙壁外部上方安装MCU电路控制盒，其顶部设有报警音响以及天线；MCU控制电路盒中包含MCU控制系统与无线通信模块集成电路板。MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接温湿度传感器、CCD相机、电源供电模块、排风扇、吸料机、电磁阀、步进电机、门磁开关、报警音响、第一电动推杆、第二电动推杆。

本实用新型与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型设计的智能化鸡舍内部安装温湿度传感器与排风扇，当鸡舍内部温湿度未达标时，启动排风扇对内部空气进行通风冷却，有效提高鸡舍内部的空气质量，降低鸡死亡率。

2、本实用新型设计的智能化鸡舍通过MCU控制系统控制电磁阀以及吸料机工作时间，一定程度上实现了定时、定量喂水与喂食功能，大大降低了人工喂养的劳动负担。

3、本实用新型设计的智能化鸡舍的出料管道下方等间距分布多个喷嘴管道并悬置于食槽正上方，从而将饲料均匀分布在食槽中，一定程度上实现了均匀喂食，避免喂食不均匀造成鸡哄抢打架受伤的问题。

4、本实用新型设计的智能化鸡舍左底板与右底板为凹槽状，且被底部横梁划分成多个凹槽区域，恰好每块区域只装得下一只鸡蛋，有效避免鸡蛋在凹槽内剧烈晃动出现损伤问题。

5、本实用新型设计的智能化鸡舍通过步进电机控制CCD相机左右旋转，不断扫描鸡舍舍底，采集图像后由MCU控制系统处理，对鸡蛋进行识别，进而控制第一电动推杆或者第二电动推杆，带动左底板或右底板向下倾斜，让鸡蛋滚落至左集蛋筐或者右集蛋筐，有效实现自动集蛋功能。

附图说明

图1为本实用新型基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍整体示意图。

图2为本实用新型图1中舍底54结构示意图。

图3为本实用新型图1中左集蛋筐9结构示意图。

图4为本实用新型图1中底座14内部结构剖面图。

图5为本实用新型CCD相机34扫描鸡蛋40示意图。

图6为本实用新型自动集蛋工作过程示意图。

图7为本实用新型基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍电路控制结构框图。

附图中各部件的序号和名称：1、舍顶，2、鸡舍，3、温湿度传感器，4、排风扇，5、储水箱，6、电磁阀，7、管道口，8、水管，9、左集蛋筐，10、左拉手，11、固定桩，12、水盆，13、喷嘴管道，14、底座，15、食槽，16、门磁开关，17、门拉手，18、门，19、右集蛋筐，20、右拉手，21、合页，22、支架，23、饲料箱，24、进料管道，25、吸料机底座，26、吸料机，27、出料管道，28、MCU电路控制盒，29、报警音响，30、天线，31、固定螺丝，32、步进电机，33、电机轴，34、CCD相机，35、固定贴片，36、进料管道口，37、固定轴，38、左底板，39、右底板，40、鸡蛋，41、底部横梁，42、左合页，43、右合页，44、斜海绵板，45、第一电动推杆，46、第二电动推杆，47、第一电动轴，48、第二电动轴，49、电源供电模块，50、MCU控制系统，51、无线通信模块，52、天窗，53、垂直海绵板，54、舍底。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍整体示意图。立方体鸡舍2顶部设有三角形舍顶1，舍顶1左半部分靠中间位置设有玻璃制成的天窗52，白天可以打开用于鸡舍2内部通风与采光，夜晚关闭。鸡舍2内部左墙壁上方靠前处安装温湿度传感器3用于监测鸡舍内部温湿度，鸡舍2左侧下方靠后处设有管道口7。鸡舍2内部后墙壁上方靠左处安装排风扇4用于鸡舍内部换气，且鸡舍2内部后墙壁上方中间位置(即排风扇4右侧)利用固定螺丝31安装步进电机32，步进电机32的电机轴33另一端与CCD相机34连接在一起，确保CCD相机34恰好处于鸡舍2上方中心位置，利用电机轴33旋转带动CCD相机34实现左右旋转。

鸡舍2右墙壁外部上方利用固定螺丝31安装MCU电路控制盒28，用于控制系统各部件的工作状态，MCU电路控制盒28顶部设有报警音响29以及天线30。鸡舍2前墙壁右侧设有门18，门18右侧边缘通过上、下两块合页21与鸡舍2右墙壁边缘连接，门磁开关16右半部分安装在门18左侧边缘中间位置，且设有门拉手17便于养殖户开门18进入鸡舍，门磁开关16左半部分安装在鸡舍2前墙壁边缘，当门18处于关闭状态时，门磁开关16左、右两部分保持对齐并产生磁场感应，若外人强制打开门18，使门磁开关16左、右两部分分开至一定距离，则会通过报警音响29进行语音报警，起到很好地防盗作用。

鸡舍2的舍底54后侧从左到右依次放置水盆12与食槽15。底座14安装在舍底54下方，底座14长度大于舍底54的长度，且底座14内部是空心的。在底座14上表面左侧(鸡舍2左墙壁外侧)放置储水箱5，储水箱5右侧底部设有水管8，水管8穿过管道口7延伸至水盆12上方，在水管8中段安装电磁阀6，通过控制电磁阀6开启与关闭实现水管8的导通与堵塞，旨在实现定时、定量喂水功能。

在底座14上表面右侧(鸡舍2右墙壁外侧)放置饲料箱23，饲料箱23左侧放置由两个支架22支撑的吸料机底座25，吸料机底座25上放置吸料机26，吸料机26右端设有进料管道24，进料管道24插入饲料箱23中，吸料机26左端设有出料管道27，出料管道27穿过鸡舍2右墙壁上的进料管道口36延伸至食槽15的最左端，出料管道27顶端封闭。为了保持出料管道27稳固，利用固定螺丝31将焊接在出料管道27两端的固定贴片35固定在鸡舍2的后墙壁上。在出料管道27的正下方等间距设置多个喷嘴管道13，且喷嘴管道13应处于食槽15的正上方。当吸料机26工作时，饲料箱23内的饲料被吸料机26右端的进料管道24吸入后，从出料管道27下方的多个喷嘴管道13流进食槽15，从而将饲料均匀分布在食槽15中，一定程度上实现了均匀喂食。

为了能够实现集蛋功能，底座14内部左侧设有左集蛋筐9，左集蛋筐9为梯形结构且类似于抽屉，前端设有左拉手10，便于养殖户抽出取蛋或者插入左集蛋筐9。左集蛋筐9右侧边缘的前后分别设有2个固定桩11，固定桩11是固定在底座14底部，固定桩11与底座14左侧边缘距离略大于左集蛋筐9的宽度，一方面有效保证左集蛋筐9不会左右移动，另一方面也能便于养殖户灵活抽出或插入。同样地，底座14内部右侧也设有右集蛋筐19，右集蛋筐19与左集蛋筐9尺寸一致，结构也一致，右集蛋筐19前端设有右拉手20，右集蛋筐19左侧边缘的前后也设有2个固定桩11，固定桩11是固定在底座14底部，固定桩11与底座14右侧边缘距离也略大于右集蛋筐19的宽度。

参见图2，为本实用新型图1中舍底54结构示意图。舍底54主要由多根等间距分布的底部横梁41、左底板38以及右底板39构成。左底板38与右底板39尺寸一致，二者均设计成多个等间距纵向分布的凹槽，二者均以固定轴37为对称轴呈对称分布，且左底板38与右底板39的总面积与舍底54面积相等；左底板38通过多个等间距分布的左合页42及固定螺丝31与固定轴37连接，右底板39同样通过多个等间距分布的右合页43及固定螺丝31与固定轴37连接，从而保证左底板38与右底板39分别实现开合操作。在左底板38与右底板39的上方分别紧贴着安装多根等间距分布的底部横梁41(底部横梁41固定在鸡舍2前墙壁与后墙壁内侧底端之间)，即左底板38上方底部横梁41数量与右底板39上方底部横梁41数量相等，需要说明的是：任意两根底部横梁41与左底板38或者右底板39的任意一个凹槽构成的面积应略大于鸡蛋40的大小，凹槽的深度略应低于鸡蛋40的高度，这样既能保证凹槽装得下鸡蛋40，也能因鸡蛋40两侧底部横梁41的阻拦确保鸡蛋40不会在凹槽内剧烈晃动，有效避免鸡蛋40出现损伤问题。

参见图3，为本实用新型图1中左集蛋筐9内部结构示意图。本实用新型左集蛋筐9与右集蛋筐19结构完全一致，因此，这里以左集蛋筐9为例对其结构进行说明。左集蛋筐9设计成梯形状抽屉，左集蛋筐9的左侧高度大于右侧高度，且顶部不封闭，左集蛋筐9左侧内壁贴附垂直海绵板53，左集蛋筐9底部设有三角形斜海绵板44，斜海绵板44右侧高度与左集蛋筐9的右侧高度保持同一水平线。因此，当鸡蛋40从斜海绵板44的高处滚动到低处时，由于垂直海绵板53阻挡而停留在左集蛋筐9底部，由于海绵材料对力具有缓冲作用，有效降低鸡蛋40在下落或者滚动过程中出现碰损的机率。

参见图4，为本实用新型图1中底座14内部结构剖面图。底座14内部左、右两侧分别对称放置左集蛋筐9与右集蛋筐19，左集蛋筐9与右集蛋筐19具体结构参见图3，这里不再赘述。左集蛋筐9右侧安装第一电动推杆45，右集蛋筐19左侧安装第二电动推杆46，第一电动推杆45与第二电动推杆46以底座14中心线为对称轴安装在底座14的底部。第一电动推杆45的第一电动轴47顶端与左底板38底部连接，第二电动推杆46的第二电动轴48顶端与右底板39底部连接。当第一电动推杆45启动时会带动第一电动轴47上下运动，进而实现左底板38开合操作；同样，当第二电动推杆46启动时会带动第二电动轴48上下运动，进而实现右底板39开合操作。

参见图5，为本实用新型CCD相机34扫描鸡蛋40示意图。由于鸡产蛋的地点是较为随机，为了能够及时而又准确的检测鸡蛋40的位置，本实用新型结合图像处理技术识别鸡蛋40，具体工作原理如下：凹槽型左底板38与凹槽型右底板39被多根底部横梁41划分成多个凹槽小区域，且每个小区域恰好装的下鸡蛋40。CCD相机34安装在左底板38与右底板39中心(即固定轴37)正上方，安装时需要确保CCD相机34在左右旋转过程中能够扫描左底板38与右底板39的全部区域。假设左底板38与右底板39长度均为L，CCD相机34覆盖到左底板38或右底板39前后边缘夹角均为α，CCD相机34从原始位置(即左底板38与右底板39正中心处)运动到左底板38或右底板39边缘时所旋转角度均为θ。假设左底板38或右底板39上方的底部横梁41均为N根，则左底板38会被N根底部横梁41划分为(N+1)块长方形区域，右底板39也被N根底部横梁41划分为(N+1)块长方形区域。本实用新型规定CCD相机34每一次旋转都能够覆盖一块长方形区域的全部信息，假设CCD相机34向左或向右旋转一次的角度为β，则CCD相机34从原始位置一直扫描到左底板38的边缘区域时，一共需要旋转次数为n＝θ/β＝L/(N+1)，同样，CCD相机34从原始位置一直扫描到右底板39的边缘区域时，旋转次数为n＝θ/β＝L/(N+1)。因此，通过控制步进电机32的正反转带动CCD相机34不间断扫描左底板38与右底板39，CCD相机34采集图像后由MCU电路控制盒28中的MCU控制系统50对图像进行去噪、二值化、特征值提取等一系列操作，进而确定扫描区域是否存在鸡蛋40。

参见图6，为本实用新型自动集蛋工作过程示意图。本实用新型设计的底座14内部左、右两侧均安装自动集蛋装置，其结构与工作原理一致，这里以左侧集蛋装置为例加以说明。假设已经确定鸡蛋40在左底板38上，继而控制第一电动推杆45带动第一电动轴47上下运动。本实用新型规定，第一电动推杆45正转时，第一电动轴47则向下运动，使得左底板38向下倾斜，为了确保鸡蛋40顺利滚落到左集蛋筐9中且尽可能减小损伤机率，本实用新型设计的左底板38向下倾斜角度最大为λ，而第一电动推杆45正转一次，左底板38倾斜角度为Φ，则第一电动推杆45共计需要正转次数Y＝λ/Φ后，左底板38边缘恰好与左集蛋筐9左侧边缘贴合，鸡蛋40会沿着左底板38的凹槽向下滚动，一直滚落到左集蛋筐9中，然后控制第一电动推杆45反转，第一电动轴47则向上运动，使得左底板38慢慢恢复原位，如此实现一次集蛋过程。需特别说明的是：一次集蛋过程并非只能收集一只鸡蛋40，若左底板38存在多个鸡蛋40，则左底板38向下倾斜时，所有鸡蛋40会同时沿着各自凹槽向下滚动，直到全部被收集为止，因此一旦发现左底板38或者右底板39上有鸡蛋40，CCD相机34就无需再扫描，可以返回原始位置。

参见图7，为本实用新型基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍电路控制结构框图。MCU控制电路盒28中放置的是包含MCU控制系统50与无线通信模块51的集成电路板。MCU控制系统50通过不同的控制端口分别连接温湿度传感器3、CCD相机34、电源供电模块49、排风扇4、吸料机26、电磁阀6、步进电机32、门磁开关16、报警音响29、第一电动推杆45、第二电动推杆46。其中，温湿度传感器3、CCD相机34分别连接MCU控制系统50的输入端，而MCU控制系统50的输出端分别连接排风扇4、吸料机26、电磁阀6、步进电机32、报警音响29、第一电动推杆45、第二电动推杆46。电源供电模块49则为上述各部件提供所需电源，MCU控制系统50控制门磁开关16实现开门，也可通过门磁开关16监测是否外人侵入信号，无线通信模块51用于发送鸡舍2内部状态数据至养殖户手机或接收养殖户手机传送的指令执行相应的操作。

本实用新型基于图像识别自动集蛋的小型智能化鸡舍具体工作过程如下：

(1)工作之前，MCU控制电路盒28中的MCU控制系统50通过无线通信模块51接收由养殖户通过手机APP设置的自动喂水、喂食时间以及每次喂食量M，养殖户白天打开天窗52用于鸡舍2内部通风与采光，晚上则关闭天窗52。

(2)开始工作时，MCU控制系统50接收温湿度传感器3的采集信号，根据采集信息判断鸡舍2内部温湿度是否已经超过额定值。若超过额定值，由MCU控制系统50启动排风扇4对鸡舍2内部进行换气降温，直到温湿度处于规定范围后，MCU控制系统50关闭排风扇4。

(3)MCU控制系统50判断时间是否已经达到养殖户事先设定好的喂水、喂食时间：若时间未到，继续执行其他操作；若喂水、喂食时间已到，MCU控制系统50开启电磁阀6后启动定时器，储水箱5中的水会经过水管8流入水盆12中，假设水盆12容积为V，水管8流速为U，截面积为A，则将水盆12装满需要时间T_L＝V/(U*A)，故放水时间设置为T_L，通过MCU控制系统50判断放水时间是否达到T_L，若未达到，继续放水，若时间到，则依次关闭电磁阀6停止放水、定时器停止计时。

(4)喂水完成后，MCU控制系统50开启吸料机26后启动定时器计时，本实用新型规定吸料机26每秒钟吸收或排放的饲料量为Q，且养殖户事先设定好每次喂食总量为M，则吸料机26需要工作时间T_s＝M/Q，通过MCU控制系统50判断吸料机26工作时间是否达到T_s，若未达到，继续工作，若时间到，则依次关闭吸料机26与定时器。

(5)CCD相机34初始位置在鸡舍2上方中心位置，本实用新型规定步进电机32正转，CCD相机34向左旋转，步进电机32反转，CCD相机34向右旋转，且CCD相机34向左或向右旋转一次的角度为β。在步骤(2)～(4)持续运行基础上，MCU控制系统50不间断地控制步进电机32正转与反转，从而控制CCD相机34左右旋转对舍底54上的鸡蛋40进行扫描并驱动自动集蛋装置收集鸡蛋40，具体步骤如下：

a)对左底板38进行扫描，MCU控制系统50控制步进电机32正转，CCD相机34向左旋转，扫描采集图像后由MCU控制系统50对图像进行去噪、二值化、特征值提取等一系列操作，进而确定扫描区域是否存在鸡蛋40：若存在鸡蛋40，MCU控制系统50记录步进电机32正转次数W，并控制步进电机32反转W次后停止，使CCD相机34回到初始位置后，执行步骤b)操作；若CCD相机34向左旋转次数达到n次(即左底板38区域全部扫描完毕)后，未发现鸡蛋40，则控制步进电机32反转n次后停止，使CCD相机34回到初始位置后，执行步骤c)操作。

b)MCU控制系统50控制第一电动推杆45正转，使得左底板38向下倾斜，当正转Y次后关闭第一电动推杆45，左底板38边缘与左集蛋筐9左侧边缘贴合，鸡蛋40会沿着左底板38的凹槽滚落到左集蛋筐9中，接着MCU控制系统50控制第一电动推杆45反转Y次，确保左底板38恢复原位。

c)MCU控制系统50控制步进电机32反转，CCD相机34从初始位置向右旋转对右底板39进行扫描，采集图像后由MCU控制系统50对图像进行去噪、二值化、特征值提取等一系列操作，进而确定扫描区域是否存在鸡蛋40：若存在鸡蛋40，MCU控制系统50记录步进电机32反转次数R，并控制步进电机32正转R次后停止，使CCD相机34回到初始位置后，执行步骤d)操作；若CCD相机34向右旋转次数达到n次(即右底板39区域全部扫描完毕)后，未发现鸡蛋40，则控制步进电机32正转n次后停止，使CCD相机34回到初始位置后，重新执行步骤a)操作。

d)MCU控制系统50控制第二电动推杆46正转，使得右底板39向下倾斜，正转Y次后关闭第二电动推杆46，右底板39边缘与右集蛋筐19右侧边缘贴合，鸡蛋40会沿着右底板39的凹槽滚落到右集蛋筐19中，接着MCU控制系统50控制第二电动推杆46反转Y次，确保右底板39恢复原位后，重新执行步骤a)操作。

(6)在步骤(1)～(5)过程中，MCU控制系统50不断监测门磁开关16信号，若监测到入侵信号，则MCU控制系统50打开报警音响29，并通过无线通信模块51向养殖用户手机发送警告信息，以便用户及时处理。

(7)重复执行步骤(1)～(6)，循环工作。