专利名称：奶牛数字化精准饲养装置的制作方法
技术领域：
本发明属于畜牧养殖与农业工程技术领域，尤其是涉及一种奶牛数字化精 准饲养装置。(二) 背景技术为了实现奶牛的高效、优质生产，必须根据奶牛基础饲料的釆食情况、体 况和生产能力(如产奶量)等个体差异适时、适量地补充不同配方的精伺料或 能量饲料，即必须实现数字化精准饲养。实现奶牛数字化精准词养的技术手段主要包括信息釆集技术、信息分析技 术和精细饲养的工艺流程等。精细饲养工艺中的关键要求是根据奶牛个体营养 需求，实现精饲料或能量饲料的精确饲喂。目前，在我国的奶牛养殖场或养殖 专业户中，精饲料或能量词料只能依靠人工平均投放。因此，存在着劳动强度 大、自动化智能化程度低、不能根据奶牛差异实现个体配方饲养等缺点。随着 养殖规模的扩大和精飼料或能量饲料种类的增加，由人工根据牛只个体差异实 现按配方要求快速投放精饲料或能量饲料是非常困难的，而本发明能够根据奶 牛个体差异实现精甸料或能量饲料的数字化精准投放。(三) 发明内容本发明是一种能够根据奶牛个体差异实现数字化精准饲养的装置。本发明 主要由奶牛佩戴的无源身份识别卡、数字化精准飼养装置主体、安装在主体两 侧的护栏和门禁机构组成。数字化精准饲养装置主体主要包括单片机系统、读卡器、料仓、落料通道、 供料机构、计量系统、词喂槽和机架等。供料机构主要由闭合弹簧、电磁铁、推杆、出料闸板开闭杠杆、出料闸板 和调节螺栓、调节螺母等组成。闭合弹簧拉紧力的大小可以通过调节螺栓和调 节螺母进行调节。计量系统主要包括荷重传感器、饲喂槽托架和荷重传感器支架等。 单片机系统由数据通讯接口采用有线方式与上位机连接。门禁机构主要包括门禁电机、蜗轮蜗杆减速机、限位开关、门禁栏杆和门 禁电机支架等。无源身份识别卡采用耳牌式或项圈式佩戴在奶牛的耳朵或颈部。 为实现根据奶牛个体差异进行数字化精准伺养的目的，本发明提供了以下的技术方案单片机系统安装在数字化精准饲养装置主体的侧面上部，精准饲养装置主 体上部设有单个料仓或垂直分隔的多个料仓，料仓下部是落料通道。在每个料 仓的落料通道上安装有供料机构。供料机构的电磁铁通过螺栓连接在主体的机架上，电磁铁衔铁的下端通过闭合弹簧、调节螺栓、调节螺母联接到主体的机架上；推杆固定在电磁铁衔铁 上；推杆的上端通过推杆滑块与出料闸板开闭杠杆的一端相连接，出料闸板开 闭杠杆的另一端与出料闸板的下侧自由接触。当电磁铁的电源没有接通时，在 闭合弹簧拉力的作用下，电磁铁衔铁处于常开状态，通过推杆的作用，出料闸 板开闭杠杆使出料闸板处于常关状态。当电磁铁接通电源时，通过电磁铁的吸 合作用克服闭合弹簧的拉力，电磁铁衔铁带动推杆一起向上运动，并推动开闭 杠杆旋转一定角度，出料闸板在自身重力和落料通道内物料的压力作用下，打 开出料闸板，实现供料。计量系统安装在精准饲养装置主体的下部。荷重传感器安装在传感器支架 上，在传感器上安装饲喂槽托架。饲喂槽浮动放置在饲喂槽托架内，确保铜喂 槽不与精准铜养装置主体的任何零部件接触。饲喂槽主要用于承接从供料机构 中排出的饲料。读卡器安装在精准饲养装置主体的前面板的下方。护栏固定在精准饲养装置主体的两侧，与安放在精准饲养装置主体前方的 门禁机构围成一词喂区。门禁机构的门禁栏杆安装在蜗轮蜗杆减速机的输出轴上，蜗轮蜗杆减速机的输入轴端与门禁电机直接连接。在蜗轮蜗杆减速机输出轴端的壳体上安装2个相位差为90°的限位开关。本发明涉及的奶牛数字化精准飼养装置可以快速、准确地将奶牛个体所需 的精饲料或能量饲料按配方要求投放到饲喂槽内，配合开发的软件可以实现奶 牛个体釆食精饲料或能量伺料的査询与统计分析等功能。(四)
图l是本发明的结构示意图(主视图)；图2是本发明的结构示意图(左视图)；图3是本发明的结构示意图(俯视图)；图4是本发明的供料机构与计量系统结构示意图；图5是本发明的控制系统原理方框图；图6是本发明的软件流程图。 图中l.料仓，2.单片机系统，3.机架，4.门禁电机，5.门禁电机支架， 6.荷重传感器，7.护栏，8.饲喂槽，9.落料通道，IO.读卡器，11.蜗 轮蜗杆减速机，12.计量系统，13.供料机构，14.数字化精准饲养装置主 体，15.门禁栏杆，16.限位开关a , 17.限位开关b , 18.铰链a , 19.出料闸板开闭杠杆，20.推杆滑块，21.推杆，22.铰链b , 23.出料 闸板，24.电磁铁，25.电磁铁衔铁，26.闭合弹簧，27.调节螺母，28. 调节螺栓，29.饲喂槽托架，30.荷重传感器支架。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的具体实施方式
。如图l、图2、图3和图4中所示，本发明主要由数字化精准饲养装置主体 (14)、安装在主体(14)两侧的护栏(7)和门禁机构组成。数字化精准饲养 装置主体(14)主要包括单片机系统(2)、料仓(1)、落料通道(9)、供料机 构(13)、饲喂槽(8)、计量系统(U)、读卡器(10)和机架(3)。门禁机构 主要包括门禁电机(4)、门禁电机支架(5)、蜗轮蜗杆减速机(ll)、限位开关 a (16)、限位开关b (17)和门禁栏杆(15)。单片机系统(2)安装在数字化精准饲养装置主体(14)的侧面上部，料仓 (1)下部设有落料通道(9)和供料机构(13)。供料机构(13)的下方设有盛 接饲料的饲喂槽(8)和计量系统(12)。读卡器(10)安装在数字化精准词养 装置主体(14)面板的下方。图2中所述的供料机构(13)主要包括图4中所示的铰链a (18)、出料闸 板开闭杠杆U9)、推杆滑块(20)、推杆(21)、铰链b (22)、出料闸板(23)、 电磁铁(24)、电磁铁衔铁(25)、闭合弹簧(26)、调节螺母(27)和调节螺栓 (28)。供料机构(13)的电磁铁(24)通过螺栓连接在主体(14)的机架(3)上， 电磁铁衔铁(25 )的下端通过闭合弹簧(26 )和调节螺母(27 )与调节螺栓(28 ) 联接到主体(14)的机架(3)上；推杆(21)固定在电磁铁衔铁(25)上；推 杆(21)的上端，通过推杆滑块(20)与出料闸板开闭杠杆(19)的一端相连 接，出料闸板开闭杠杆(19)的另一端与出料闸板(23)的下侧自由接触。出 料闸板开闭杠杆(19)可以围绕固定在落料通道(9)底侧的铰链a (18)转动。 出料闸板(23)可以围绕固定在落料通道(9)底侧的另一个铰链b (22)转动。 当电磁铁(24)的电源没有接通时，在闭合弹簧(26)产生的拉力的作用下， 电磁铁衔铁(25)处于常开状态，通过推杆(21)的作用，出料闸板开闭杠杆 (19)使出料闸板(23)处于常关状态。当电磁铁(24)接通电源时，通过电 磁铁(24)的吸合作用克服闭合弹簧(26)的拉力，电磁铁衔铁(25)带动推 杆(21)—起向上运动，并推动出料闸板开闭杠杆(19)旋转一定角度，出料 闸板(")在自身重力和落料通道(9)内物料的压力作用下围绕铰链b (22) 转动一定角度，打开出料闸板(23),实现供料。 '在图4中，闭合弹簧(26)的拉力通过推杆(21)作用在出料闸板开闭杠 杆(19)上，使出料闸板(23)关闭落料通道(9)下方的出料口。拉力的大小 可以通过调节螺母(27)和调节螺栓(28)进行调节。图2中所述的计量系统(12)主要包括图4中所示的荷重传感器(6)、饲 喂槽托架(29)和荷重传感器支架(30)。饲喂槽(8)浮动放置在饲喂槽托架(29)上。饲喂槽托架(29)用螺栓与 荷重传感器(6)连接在一起，荷重传感器(6)用螺栓固定在荷重传感器支架 (30)上。图2和图3中所示的门禁栏杆(15)安装在蜗轮蜗杆减速机(11)的输出 轴端，蜗轮蜗杆减速机(11)的输入轴端与门禁电机(4)直接连接。在蜗轮蜗 杆减速机Ul)输出轴端的壳体上安装2个相位差为90。的限位开关a (16)和 限位开关b (17)。图1中所述料仓(1)包括1-4个，分别称为第一、二、三和四料仓，每 个料仓(1)下方对应一个落料通道(9)和供料机构(13)。图4中所述荷重传 感器(6)包括1 3个，用于计量由供料机构(13)投放到伺喂槽(8)内的伺 料质量。所述读卡器(10)的最小读卡距离为90cm。当戴有无源身份识别卡的奶牛(耳牌式或项圈式)走近护栏(7 )入口处时， 读卡器(10)自动读取身份识别卡的识别码，并通过单片机系统(2)将识别卡 的信息传送到上位机，上位机根据识别码查询专家系统的数据库，并判定当前 佩戴该识别卡的奶牛是否需要补充精饲料或能量饲料。如果当前个体不需要补 充精饲料或能量饲料，上位机将信息反馈至单片机系统(2)。单片机系统(2) 则不向供料机构(13)的电磁铁(24)提供电源，计量系统(12)不工作，门 禁栏杆(15)保持关闭状态。如果当前个体需要补充飼料，上位机则将精饲料 或能量饲料的配方(飼料的种类)及其投放质量反馈至单片机系统(2)。单片 机系统(2)根据配方和投放质量要求接通第一料仓(1)下方的供料机构(13) 的电磁铁(24)的电源。电磁铁(24)产生吸力并克服闭合弹簧(26)产生的 拉紧力，使电磁铁衔铁(25)吸合并使推杆(21)向上运动，在推杆滑块(20) 的作用下，推动出料闸板开闭杠杆(19 )绕铰链a (18 )顺时针旋转一定角度(如 图4所示)，作用在出料闸板(23)上推力消失，出料闸板(23)在自身重力和 落料通道(9)内饲料重力的作用下，绕铰链b (22)顺时针旋转一定角度，打 开出料口，伺料以一定速度落入饲喂槽中。在单片机系统(2)在向供料机构(13)的电磁铁(24)接通电源指令的同时，计量系统(12)进入工作状态，即单片机系统(2)通过护荷重传感器(6) 计量落入到饲喂槽(8)中饲料的质量，并实时与上位机发出的投放质量设定值 进行比较。当落入到饲喂槽(8)中的饲料质量达到设定值时，单片机系统(2) 切断该料仓下方的供料机构(13)的电磁铁(24)的电源，电磁铁(24)的吸 合磁力消失，在闭合弹簧(26)的作用下，电磁铁衔铁(25)带动推杆(21) 向下移动。推杆(21)通过推杆滑块(20)拉动出料闸板开闭杠杆(19)绕铰 链a (18)逆时针旋转一定角度，同时推动出料闸板(23)绕铰链b (22)逆时 针旋转一定角度，关闭第一料仓的出料口。与此同时，单片机系统(2)向第二 料仓的供料机构(13)发出投料指令。当第二料仓供料结東时，依次向第三料 仓的供料机构U3)发出投料指令，直到按配方要求将全部精料或能量饲料投 放完毕。当按照配方要求将精饲料或能量饲料全部投放到飼喂槽(8)中后，单片机 系统(2)向门禁电机(4)发送指令，门禁电机(4)启动，通过蜗轮蜗杆减速 机(11)带动门禁栏杆(15)旋转9(T，打开饲喂区，让等待在护栏入口处的奶 牛进入饲喂区采食饲料。此时，限位开关a U6)切断门禁电机(4)的电源， 门禁栏杆(15)保持打开状态。当奶牛采食结束并退出护栏区时，单片机系统 (2)向门禁电机(4)发送指令，门禁电机(4)再次启动并反转，通过蜗轮蜗 杆减速机(11)带动门禁栏杆(15)反向旋转9(T,关闭护栏区。此时，限位开 关b (17)再次切断门禁电机(4)的电源，门禁栏杆(15)保持关闭状态。数 字化精准饲养装置处于等待状态，直到奶牛个体再次走进护栏(7)入口处。图5是本发明的控制系统原理方框图。控制系统的读卡模块、称重模块、 执行机构和门禁模块通过数据接口与单片机系统(2)连接。单片机系统(2) 通过数据接口 (RS485或RS232 )与上位机实现数据通讯。图6是本发明的软件流程图。系统上电完成自检和初始化后，读卡器开启 并等待识别卡进入识别范围。当读卡器读取识别卡信息并将该信息输入到单片 机后；单片机将卡号信息与位置信息(即设备号)输入到上位机，由上位机分 析比较并判定佩戴该识别卡的奶牛是否需要补充精饲料或能量饲料，若不需要补充精饲料或能量伺料，上位机向单片机发送不执行指令，执行机构、称重模 块不工作，门禁模块保持门禁栏杆处于关闭状态，读卡器返回到等待读卡状态。 如果需要补充精饲料或能量饲料，上位机将饲料配方和投放质量反馈至单片机。 单片机则按照上位机反馈的信息向称重模块和执行机构发送指令，顺次闭合各 电磁铁实施投料并读取荷重传感器数值，当达到上位机所发送的补料要求后停 止投料，门禁栏杆在门禁电机的带动下开启，该动物进入护栏内釆食饲料。采 食结東后，门禁栏杆关闭，等待下次补料指令。
权利要求
1、一种奶牛数字化精准饲养装置，该装置主要由数字化精准饲养装置主体(包括单片机系统、读卡器、料仓、落料通道、供料机构、计量系统、饲喂槽、机架)以及门禁机构(包括门禁电机、门禁电机支架、蜗轮蜗杆减速机、限位开关a、限位开关b和门禁栏杆)组成，其特征在于料仓的数量为1～4个，每个料仓下部都设置供料机构，饲料的投放质量由计量系统精确计量。
2、 根据权利要求l所述的一种奶牛数字化精准飼养装置，其特征在于供料 机构主要包括铰链a、出料闸板开闭杠杆、推杆滑块、推杆、铰链b、出料闹板、 电磁铁、电磁铁衔铁、闭合弹簧、调节螺母、调节螺栓，供料机构的电磁铁通 过螺栓连接在主体的机架上，电磁铁衔铁的下端通过闭合弹簧和调节螺栓与调 节螺母联接到主体的机架上；推杆与电磁铁衔铁连接在一起；推杆的上端，通 过推杆滑块与出料闸板开闭杠杆的一端相连接，出料闸板开闭杠杆的另一端与 出料闸板的下侧自由接触，出料闸板开闭杠杆可以围绕固定在落料通道底侧的 铰链a转动；出料闸板可以围绕固定在落料通道底侧的另 一个铰链b转动，实现 排料口的开启与关闭。
3、 根据权利要求l所述的一种奶牛数字化精准饲养装置，其特征在于计量 系统由荷重传感器、饲喂槽托架和荷重传感器支架组成，任何形式的荷重传感 器的数量为1 3个，用螺栓固定在荷重传感器支架上，饲喂槽托架用螺栓固定 在荷重传感器上。飼喂槽放在饲喂槽托架上，并且饲喂槽不与其它部件接触。
4、 根据权利要求l所述的一种奶牛数字化精准饲养装置，其特征在于门禁 机构的门禁电机直接联接到蜗轮蜗杆减速机的输入端，门禁栏杆联接到蜗轮蜗 杆减速机的输出端，并且在蜗轮蜗杆减速机输出端的壳体上安装2个相位差为 90°的限位开关a和限位开关b，门禁电机带动蜗轮蜗杆减速机开启或关闭门禁 栏杆，并由2个限位开关限制门禁栏杆的旋转角度为90°。
5、 根据权利要求l所述的一种奶牛数字化精准饲养装置，其特征在于单片 机系统通过RS485或RS232数据接口与上位机连接，实现数据交换。
全文摘要
本发明涉及的奶牛数字化精准饲养装置能够根据奶牛个体差异将奶牛所需的精饲料或能量饲料按配方要求准确投放给奶牛。奶牛数字化精准饲养装置主要由数字化精准饲养装置主体、安装在主体两侧的护栏和门禁机构组成。数字化精准饲养装置主体主要包括单片机系统、读卡器、料仓、落料通道、供料机构、计量系统、饲喂槽和机架等。单片机系统控制供料机构、计量系统和门禁机构的工作，并采用有线方式与上位机连接。供料机构通过电磁铁控制出料闸板的开启与关闭，饲料的投放量由荷重传感器精确计量。投料结束后，门禁栏杆开启，奶牛进入饲喂区从饲喂槽中采食饲料。该装置结构简单、成本低、自动化程度高、操作简便，可以实现奶牛个体的数字化精准饲养。
文档编号A01K5/00GK101213944SQ200810013818
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月10日 优先权日2008年1月10日
发明者李晋阳, 李法德, 王中华, 郭予伟 申请人:山东农业大学