专利名称：畜类动物采食量检测方法及智能检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于畜牧养殖与农业工程技术领域，涉及一种畜类动物采食量的智能测量仪器，尤其是在畜类动物采食过程中能实现对其采食量的在线检测。
背景技术：
采食量是畜类动物生产力即泌乳和生长的主要限制因素，是畜类动物健康和生产所需的营养物质的量化基础；是调整畜类动物所需能量或其他营养物质的供给以及畜类动物肌体的总代谢速率的主要变量；是决定饲养管理的最适标准。只有均衡持续地提高畜类动物的进食量，才可以实现理想的畜类动物生产力。对畜类动物采食量计算和测定不准确，就很难制定畜类动物的营养方案。由此可见，准确地测定畜类动物的采食量越来越具有重要的地位。
对采食量的测定可分为舍饲畜类动物和放牧畜类动物采食量的测定。放牧畜类动物的采食量一般高于舍饲畜类动物的采食量。相对放牧畜类动物来说，舍饲畜类动物采食量的测定比较容易实现。但是，对于在舍饲条件下自由采食的畜类动物来说，采食量的测定也是非常困难的。
为测定畜类动物的采食量，国内外学者都做了大量的研究工作，并取得了一定的成果。
目前，关于畜类动物采食量的测定方法归纳起来可分为3类，即直接测定法、间接测定法和利用大部分基础数据估算法即经验法。
直接测定方法是利用称量仪器或设备测定动物采食前后的体重或测量饲草的质量，尽管该法精确迅速，但规模饲养来说仪器设备费用较高，并不能反映反刍动物的反刍情况，而且，直接测定法对放牧条件下的动物来说更是难以实现。间接测定法是基于畜类动物来测定的，包括跟踪记录采食行为差异、畜类动物生产性能差异和粪便收集技术。这种方法最大的缺点就是会影响到畜类动物的采食行为。经验法是基于以往的基础数据来计算和估测畜类动物的采食量。由于畜类动物的采食量受很多方面的影响，如饲草、畜类动物自身和饲养条件等，因此，间接测定法的精确度会受到很大的限制。
综上所述，目前对畜类动物采食量的测定存在实时性差、准确率不高、自动化智能化程度低、测量费用高、测量周期长、测量过程繁琐等缺点，随着人们生活水平的提高，对畜牧业的发展提出了新的要求，在这种形势下，研究开发一种使用方便、价格低廉、准确性高、自动化智能化程度高、能实现对畜类动物采食量快速和实时在线测量的仪器具有十分重要的意义。
发明内容本发明是一种能对畜类动物采食量进行自动测量的测定仪器。该测定仪器通过传感器检测畜类动物的采食行为，如咀嚼，包括采食咀嚼和/或反刍咀嚼、吞咽以及采食次数等信息，实现采食量的自动检测。与现有采食量测定技术方法相比，本发明操作简单、仪器设备费用低、特点是测量迅速、方便，配合开发的软件系统可实现采食情况和/或反刍情况的检测、统计分析、查询等。
为实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案将传感器通过弹性支架组合安装到畜类动物的颞窝部或脸颊部，当畜类动物采食咀嚼或反刍咀嚼时，传感器将畜类动物的咀嚼运动转换为脉冲信号，利用单片机记录该脉冲信号并对其进行适当处理。畜类动物在吞咽(无论采食吞咽还是反刍吞咽)时，咀嚼运动暂时停止，这样通过传感器可以方便地检测出畜类动物的吞咽次数。由于反刍动物在采食时的咀嚼频率与次数和反刍时的咀嚼频率与次数不同，因此通过软件处理可以方便地区分畜类动物的采食时间与反刍时间。由于同一只畜类动物在采食时形成食团的大小基本相同，因此通过测量畜类动物的吞咽次数，即可得到畜类动物吞下食团的个数，然后根据食团的质量就可以计算出畜类动物的采食量。另外，畜类动物采食时吞咽食团的个数既可以通过检测采食时的吞咽次数获得，也可以通过检测反刍时的吞咽次数获得。该检测仪由接近开关式和/或光电式传感器、单片机系统和弹性支架组合等组成，检测仪获得的采食量数据可以有线或采用无线方式传输给上位机。其有以下组件感应片、弹性元件、传感器、连接信号线、弹性支架、检测仪主体、锁紧滑套a、锁紧螺钉、可调弹性支架、可调支架、锁紧滑套b、锁紧螺钉、传感器锁紧螺母、键盘控制系统、显示系统、CPU、数据存储系统、时钟系统、数据通讯接口、通讯控制系统、信号调理系统、绝缘外壳、光电耦合系统、LCD显示器、面板、电源按钮、通讯按钮、测试按钮以及时钟按钮、复位按钮等。
本发明涉及的检测仪可以快速、方便地安装到动物的头部，并使传感器与动物的颞窝或面颊部位接触，可以方便地检测畜类动物的采食量和/或反刍情况，实现了检测自动化和智能化，并且检测精确度较高。配合相关软件，可以追溯畜类动物的一生采食量和/或反刍情况，这对畜类动物的日常营养管理、健康管理和提高科学管理水平具有非常重要的意义，并具有成本低、应用广泛，易于推广的特点。
图1是本发明的传感器组合示意图；图2是本发明的弹性支架组合、检测仪主体和传感器组合构造图；图3是采食量检测仪主体部分的硬件原理简图；图4是采食量检测仪的面板简图；图5是系统软件的主程序总体结构简图；图6是采食量检测仪软件流程图。
图中1.感应片，2.弹性元件，3.传感器，4.连接信号线，5.弹性支架，6.检测仪主体，7.锁紧滑套a，8.锁紧螺钉，9.可调弹性支架，10.可调支架，11.锁紧滑套b，12.锁紧螺钉，13.传感器锁紧螺母，14.键盘控制系统，15.显示系统，16.单片机CPU，17.数据存储系统，18.时钟系统，19.数据通讯接口，20.通讯控制系统，21.信号调理系统，22.电源，23.绝缘外壳，24.光电耦合系统，25.LCD显示器，26.面板，27.电源按钮，28.测试按钮，29.通讯按钮，30.时钟按钮，31.复位按钮。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的具体实施方式
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在图1中，弹性元件(2)固定到传感器(3)的感应端，在弹性元件(2)的内侧固定一感应片(1)，根据传感器(3)的灵敏度和检测距离调整好感应片(1)到传感器(3)感应端的距离，使其灵敏、可靠。
在图2中，在弹性支架(5)与调整锁紧滑套a(7)之间安装检测仪主体(6)，可调弹性支架(9)通过锁紧滑套a(7)和锁紧螺钉(8)连接到弹性支架(5)的一端，可调支架(10)通过锁紧滑套b(11)和锁紧螺钉(12)连接到可调弹性支架(9)的下端，传感器(3)安装在可调支架(10)的一端，由连接信号线(4)与检测仪主体(6)连接。弹性支架(5)、可调弹性支架(9)的材料为不锈钢。测量时，根据采食动物头部的大小，松开锁紧螺钉(8)，调整锁紧滑套a(7)在弹性支架(5)上的位置，同时调整可调弹性支架(9)的位置，将弹性支架组合卡在动物的头顶部，使弹性支架组合的弹力大小适中。松开锁紧螺钉(12)，调整锁紧滑套b(11)在可调弹性支架(9)上的位置和可调支架(10)的位置，使传感器(3)端部的弹性元件(2)对准动物的颞窝部或脸颊部。松开传感器锁紧螺母(13)，调整传感器(3)的位置使传感器端部的弹性元件(2)与动物头部相应部位接触并调整好感应片(1)至传感器(3)感应端的距离。
在图3中，传感器(3)通过连接信号线(4)与光电耦合系统(24)连接，与信号调理系统(21)连接后接入单片机CPU(16)的相应端口。键盘控制系统(14)、显示系统(15)、数据存储系统(17)、时钟系统(18)和通讯控制系统(20)分别接入单片机CPU(16)的相应端口。上述各系统中所用的原器件均为常用市售产品，其中光电耦合系统(24)由光电耦合器TIL113组成，信号调理系统由比较器LM339和74HC14组成，键盘控制系统由小键盘以及贴片式译码器74LS164组成，显示系统由LCD显示器组成，数据存储系统由锁存器74LS373和数据存储器62256组成，时钟系统由单片机CPU内部的定时器以及外部时钟芯片M41T81组成，通讯控制系统由MAX232和/或485标准接口和/或无线传输组成，在上述各系统中所采用的芯片可用性能相似的其它芯片代替。
图4所示为检测仪面板的简图，电源按钮(27)是控制电源的打开与关闭；测试按钮(28)，通讯按钮(29)，时钟按钮(30)，复位按钮(31)都通过键盘系统与单片机CPU(16)连接。
图5为系统软件的主程序总体结构简图。当给检测仪通电启动后，先进行系统一系列初始化，然后进入系统自检过程，若自检没有通过则返回重新初始化；反之，则调用显示时钟系统和显示系统子程序开始显示时间并等待按键按下，随着所按下按键的不同程序转入不同分支执行以实现6种不同的功能。
图6是采食量检测仪软件流程图。在实际使用时，设置了“开始测试”按键，当按下该键后就进入了对采食量的检测阶段，首先调用显示系统子程序以显示测试组数，然后系统对单片机内部的定时器T0进行初始化，开始计时检测脉冲高电平持续的时间，直到外部脉冲触发单片机外部中断0发生中断时，对一组脉冲信息的测试即完成，测试完一组脉冲信息后，将数据保存到数据存储器中，通过调用采食量与对应脉冲信息间的数学模型即可计算出相应的采食量；同时采集到的脉冲信息数据还可以通过通讯模块发送到上位机用来确定相应的营养方案和管理方案等提供依据。随后程序进入键盘扫描状态，若此时按下“结束”键，则程序退出表示检测过程的结束；若没有按下“结束”键，则程序返回进行下一次检测直到按下该键为止。
本发明具有数据采集、数据处理与存储、数据通讯、时钟显示等功能，具有良好的人机交互接口和界面。人机接口由键盘和LCD显示器构成，通过键盘用户可以方便地向检测仪输入控制参数和控制命令以控制系统的运行；用户还可通过显示界面观察系统的运行状况以及运行结果；数据存储可采用遗失性RAM或非遗失性的RAM；时钟功能利用单片机内部定时/计数和/或外围的时钟芯片来对时间进行测定；数据通讯采用MAX232和/或485标准接口和/或无线传输构成单片机与PC机的通讯；传感器采用的是接近开关式传感器；信号调理电路包括比较电路、反向电路。
采用的技术方案检测仪的主体部分在绝缘外壳中，传感器和安装装置在绝缘外壳外面。当用户按下“测试”按钮后，传感器将检测到的畜类动物采食时产生的脉冲信号经过整形电路整形后发送到单片机，单片机此时记录时钟的时刻，并将畜类动物的采食数据存储到数据存储器中。为了方便采集数据的处理，该检测仪设有微机接口，可通过该接口将采集的数据发送到PC机中进行处理和保存，在PC机中，我们特地编写了进行数据处理的程序，用户可以直观的了解畜类动物的采食行为。
本发明具有较好的推广应用前景，会有助于促进我国畜牧业实现科学化和现代化。
权利要求
1.一种畜类动物采食量的检测方法，其特征在于通过在畜类动物的颞窝部或脸颊部配带一个咀嚼运动的传感器，当种畜类动物咀嚼或反刍咀嚼时，传感器将畜类动物的咀嚼运动转换为脉冲信号，由单片机的定时器对该脉冲信号进行计数，并由数据存储器对记录的脉冲数保存，直到咀嚼运动停止，然后取出数据存储器中的数据送CPU进行分析和处理，处理时根据反刍动物在采食的咀嚼频率与次数和反刍时咀嚼频率与次数的不同，可区分出畜类动物的采食和反刍，由于某一畜类动物个体在某一生长期内，采食时形成食团的大小基本相同，根据采食或反刍时的吞咽次数，即可得到畜类动物吞下食团的个数，然后根据食团的质量即可得到畜类动物的采食量。
2.一种畜类动物采食量检测仪，主要由弹性支架和传感器组成，其特征在于弹性支架一端连接数据采集器，另一端连接安装在畜类动物颞窝部或脸颊部的一个开关式传感器。
3.根据权利要求2所述的一种畜类动物采食量检测仪，数据采集器由键盘控制系统、LCD显示器、数据存储器、时钟系统、通讯控制系统、光电耦合系统和CPU构成，其特征在于传感器输出信号线与数据采集器信号输入端相连。
全文摘要
本发明涉及一种畜类动物采食量的测量方法及检测仪。使用时将一开关式传感器安装在弹性支架组合上，并将弹性支架组合固定到畜类动物头部，使传感器与畜类动物的颞窝部或脸颊部直接接触，由于动物在咀嚼和反刍时会触动传感器而输出反映咀嚼频率与次数、反刍频率与次数的脉冲信号，由单片机对脉冲信号进行计数、保存并作相应的处理即可确定吞咽次数，由每次吞咽的食团质量，即可计算出畜类动物在一段时间内的采食量。该检测仪具有制造和检测成本低、传感器组合安装方便，自动化智能化程度高、检测速度快、使用范围广、操作简便等特点，解决了畜类动物采食量的实时、在线检测。
文档编号A61B5/00GK101077295SQ20071001434
公开日2007年11月28日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者李法德, 李晋阳, 田富洋 申请人:山东农业大学