一种牲畜健康检测与控制系统的制作方法

本实用新型属于牲畜健康检测技术领域，尤其是涉及一种牲畜健康检测与控制系统。

背景技术：

在我国的养殖业尤其是奶牛养殖业，已经成为一种具有很高的经济效益的产业，其自身的高效性使其成为现代农业不可或缺的组成部分之一。天津是农业部13个奶牛优势发展区之一，随之而来的就是奶业慢慢的成为天津市发展农业关键的部分和农业水平发展的重要标志。健康安全检测是奶牛养殖的保障。但由于奶牛养殖过程中健康安全检测的不及时和不到位，得病率提高，尤其是夏季，奶牛会产生热应激反应，奶牛的产奶量将降低15-40％、乳脂率、繁殖率大大降低，牛犊的死亡率很高,损失重大。不断更新前沿科学技术并开发新型奶牛的疾病检测设备，对奶牛养殖过程中健康参数检测和疫病预警，保证奶牛养殖能够准确无误的检测，为我市奶牛养殖的自动化、规模化以及信息化奠定基础，促进农民增收。

由于是在室外检测奶牛的体温，和室内的环境相比室外的环境非常差，这就使检测难度增加，为了能够使设备测性能稳定，易用和可维护性强，因此，设备在设计的时候应该遵循以下几条原则：

(1)实用性

实用性是该设计的前提，在开始进行设计的时候，应该以设备的功能为大方向并使其具有合理、实用等特性。由于设备最终应用到实际的生产生活中去，因此设备在设计的时候就应该考虑到实际情况，使设计出来的装置简便、可操作性强，设计出来的装置才具有极佳的实用性。

(2)安全性

奶牛的健康安全监测是一种电子设备，为保证使用人员的安全，应该严格遵循相应标准。目前，世界各国对于电子产品的安全性要求都不尽相同，至今仍未达到统一标准。火灾、触电等事故是任何电力电子设备必须预防的，元器件在选择时应该考虑到绝缘性和绝缘距离，这些对于设备的安全性都是非常重要的。例如：在元器件发生诸如短路或者断路的故障时，规定的设备不允许产生火焰；规定关键部分的元器件，必须应用被认定的；规定两个邻间电路，要依据电压差的级别设计^[10]。

(3)经济性

一个好的设备不仅要性能良好，更应该有好的经济性。这就要求我们在开始设计的时候，在保证其有正常的功能的前提下，使它的结构达到最简状态，不仅节省了原料还使工作量得到了降低。将其生产成本降到最低。不要过度追求其精度而提高设备的成本。

(4)可靠性

可靠性是指在指定的时间里和特定的条件下能够稳定无故障的工作，设备具有良好的可靠性能够使设备有很长的寿命，设计阶段的高可靠性，使检测装置的可靠性也得到提高。所以要使设计阶段有极高的可靠性。

现有奶牛的疾病检测设备设计结构复杂，且与奶牛一一对应的标签检测设具有较高的成本，对中小型养殖企业的负担较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种牲畜健康检测与控制系统，在闸机处完成对牲畜体温检测的同时，完成对体温异常牲畜的隔离，用以方便后续对牲畜的检查，广泛适用于中、小型奶牛养殖企业。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种牲畜健康检测与控制系统，包括闸机主体、定位模块、温度检测模块、电源模块和控制器；

所述闸机主体包括闸机支撑架、进口门机构、出口门机构和隔离门机构；

所述闸机支撑架内设有牲畜通行通道，所述牲畜通行通道的侧壁上分别设有进口、出口和隔离出口，所述进口门机构、出口门机构和隔离门机构分别安装在所述牲畜通行通道的进口、出口和隔离出口上，并分别与所述控制器信号连接；

所述定位模块固定在所述牲畜通行通道的内壁上，并与所述控制器信号连接；

所述温度检测模块可滑动安装在所述闸机支撑架上，并与所述控制器信号连接；

所述电源模块分别与所述进口门机构、出口门机构、隔离门机构、定位模块、温度检测模块和控制器电连接。

进一步的，所述闸机支撑架包括底座、支撑立柱和挡板，所述底座的上端面水平且呈矩形，包括第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，第一侧边与所述第二侧边相对且相互平行，第三侧边和第四侧边相对且相互平行，所述挡板竖直固定在所述底座上端面上靠近所述第一侧边的部位，并与该第一侧边平行，所述支撑立柱有一对，分别固定在所述底座上端面上靠近所述第二侧边前后两端的部位。

进一步的，所述进口门机构和出口门机构分别位于所述底座的第三侧边和第四侧边的上方，所述隔离门机构位于所述底座的第二侧边的上方，该进口门机构、出口门机构和隔离门机构均固定安装在所述闸机支撑架上。

进一步的，所述闸机支撑架还包括三个斜面支撑板，所述三个斜面支撑板的横截面呈直角三角形，所述直角三角形与所述底座等高，所述三个斜面支撑板分别位于所述进口门机构、出口门机构和隔离门机构的外侧，并与所述底座的外端面固定连接。

进一步的，所述闸机支撑架还包括一滑行轨道，所述滑行轨道的轨道方向与所述底座的第一侧边平行，并固定在所述底座的第一侧边所在的外端面上，所述温度检测模块可滑动安装在所述滑行轨道上。

进一步的，所述温度检测模块包括支撑立梁、支撑横梁和温度传感模块，所述支撑立梁竖直放置，其下端可滑动固定在所述滑行轨道上，该支撑立梁的侧端面上设有竖直方向的滑行凹槽，所述支撑横梁水平放置，其内端可滑动固定在所述滑行凹槽内，外端伸入所述牲畜通行通道的上方，该支撑横梁上设有水平方向的移动轨道，所述温度传感模块可滑动固定在所述移动轨道内。

进一步的，所述支撑立梁上固设有一定位检测模块，所述定位检测模块包括光电式传感器，该定位检测模块与控制器信号连接。

进一步的，所述温度传感模块包括红外温度传感器、数据处理器MCU、第一电阻、第二电阻和第一电容C1，所述红外温度传感器的电源接入端Vdd和数据处理器MCU的电源端Vdd与电源模块电连接，接地端接地，SDA输出端与数据处理器MCU的I/O管脚P1.6信号连接，SCL输出端与数据处理器MCU的I/O管脚P1.7信号连接，所述第一电阻并联在所述红外温度传感器的电源接入端Vdd和SDA输出端之间，所述第二电阻并联在所述红外温度传感器的电源接入端Vdd和SCL输出端之间，所述第一电容并联在所述红外温度传感器的电源接入端Vdd和接地端之间，所述数据处理器与所述控制器信号连接。

进一步的，所述定位模块为红外对管。

进一步的，所述定位模块有四个，分别固定在所述闸机支撑架的进口处、出口处、隔离出口处和牲畜通行通道的中间部位。

进一步的，所述进口门机构包括进口门和进口门电动机，所述出口门机构包括出口门和出口门电动机，所述隔离门机构包括隔离门和隔离门电动机；

所述进口门电动机、出口门电动机和隔离门电动机均包括电动机驱动电路和驱动线圈，所述电动机驱动电路的输出端与所述驱动线圈的输入端电连接。

进一步的，所述电动机驱动电路包括反相器、光电耦合隔离器、NPN型场效应管和信号滤波调整电路，所述光电耦合隔离器、NPN型场效应管和信号滤波调整电路均有三个，每个所述光电耦合隔离器的一个输入端与反相器中三个相位控制最终输出端中的一个对应连接，另一个输入端连接电源，每个所述光电耦合器隔离器的一个输出端连接电源，另一个输出端与三个NPN型场效应管中的一个对应连接，该NPN型场效应管的输出端与驱动线圈的输入端之间连接有信号滤波调整电路。

进一步的，所述反相器型号为7406，所述光电耦合隔离器的型号为TLP521-4，所述NPN型场效应管的型号为IRF540。

进一步的，所述控制器包括单片机、译码器和锁存器；

所述锁存器有多个，并与所述电动机驱动电路一一对应，该锁存器的使能引脚分别与所述译码器的输出端信号连接，该锁存器的脉宽调制信号输入端与单片机的脉宽调制信号输出端信号连接，该锁存器的相位控制输出端与所述反相器的相位控制输入端信号连接；

所述译码器的相位控制译码输入端与所述单片机的相位控制初始输出端信号连接。

进一步的，所述单片机型号为89C52，所述译码器型号为74LS138，所述锁存器型号为74HC573。

进一步的，所述牲畜健康检测与控制系统还包括警报模块，所述警报模块与所述控制器信号连接，与所述电源模块电连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的牲畜健康检测与控制系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的牲畜健康检测与控制系统，是一套适用于大型牲畜养殖过程中牲畜日常身体健康安全排查系统，该系统通过检测牲畜体温确定牲畜是否健康，并将患病牲畜与健康牲畜隔离，实现了牲畜疾病的预防和初期检测，保证了牲畜的身体健康，避免了因牲畜疾病或者死亡带来的经济损失，降低了牲畜养殖企业的经济负担，同时也降低了牲畜的养殖成本，提高了养殖回报。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的牲畜健康检测与控制系统原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的牲畜健康检测与控制系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的温度传感模块电路图；

图4为本实用新型实施例所述的控制器电路图；

图5为本实用新型实施例所述的电动机驱动电路的电路图；

图6为本实用新型实施例所述的牲畜健康检测与控制系统使用过程流程图。

附图标记说明：

1-闸机主体；11-闸机支撑架；111-底座；112-支撑立柱；113-挡板；114-斜面支撑板；115-滑行轨道；12-进口门机构；13-出口门机构；14-隔离门机构；2-定位模块；3-温度检测模块；31-支撑立梁；311-滑行凹槽；32-支撑横梁；321-移动轨道；33-温度传感模块；4-电源模块；5-控制器；6-警报模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至2所示，本实用新型包括闸机主体1、定位模块2、温度检测模块3、电源模块4和控制器5；

闸机主体1包括闸机支撑架11、进口门机构12、出口门机构13和隔离门机构14；

闸机支撑架11内设有牲畜通行通道，牲畜通行通道的侧壁上分别设有进口、出口和隔离出口，进口门机构12、出口门机构13和隔离门机构14分别安装在牲畜通行通道的进口、出口和隔离出口上，并分别与控制器5信号连接；

定位模块2固定在牲畜通行通道的内壁上，并与控制器5信号连接；

温度检测模块3可滑动安装在闸机支撑架11上，并与控制器5信号连接；

电源模块4分别与进口门机构12、出口门机构13、隔离门机构14、定位模块2、温度检测模块3和控制器4电连接。

控制器5控制进口门机构12、出口门机构13和隔离门机构14中门的开启和关闭，定位模块2向控制器5反馈牲畜的位置信息，控制器5控制温度检测模块3的滑动位置，温度检测模块3向控制器5反馈牲畜的温度信息，完成养殖场在闸机处对牲畜体温的检测。

闸机支撑架11包括底座111、支撑立柱112和挡板113，底座111的上端面水平且呈矩形，包括第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，第一侧边与第二侧边相对且相互平行，第三侧边和第四侧边相对且相互平行，挡板113竖直固定在底座111上端面上靠近第一侧边的部位，并与该第一侧边平行，支撑立柱112有一对，分别固定在底座111上端面上靠近第二侧边前后两端的部位。

进口门机构12和出口门机构13分别位于底座111的第三侧边和第四侧边的上方，隔离门机构14位于底座111的第二侧边的上方，该进口门机构12、出口门机构13和隔离门机构14均固定安装在闸机支撑架11上。

闸机支撑架11还包括三个斜面支撑板114，三个斜面支撑板114的横截面呈直角三角形，直角三角形与底座111等高，三个斜面支撑板114分别位于进口门机构12、出口门机构13和隔离门机构14的外侧，并与底座111的外端面固定连接。

闸机支撑架11还包括一滑行轨道115，滑行轨道115的轨道方向与底座111的第一侧边平行，并固定在底座111的第一侧边所在的外端面上，温度检测模块3可滑动安装在滑行轨道115上。

温度检测模块3包括支撑立梁31、支撑横梁32和温度传感模块33，支撑立梁31竖直放置，其下端可滑动固定在滑行轨道115上，该支撑立梁31的侧端面上设有竖直方向的滑行凹槽311，支撑横梁32水平放置，其内端可滑动固定在滑行凹槽311内，外端伸入牲畜通行通道的上方，该支撑横梁32上设有水平方向的移动轨道321，温度传感模块33可滑动固定在移动轨道321内。

支撑立梁31上固设有一定位检测模块，定位检测模块包括光电式传感器，该定位检测模块与控制器信号连接，用以实现支撑立梁31相对牲畜位置的定位。

光电式传感器的型号为E18-D50NK光电式传感器，为该牲畜健康检测与控制系统的控制开关，在没有障碍物遮挡时，光电式传感器未被遮光，输出的是高电平，在有障碍物遮挡时，光电式传感器遮光，输出的为低电平，光电式传感器的背面设有一电位器，用以调整光电式传感器检测距离的远近，该光电式传感器的无误差工作的温度范围为-25～55℃，当支撑立梁31滑动至与牲畜相对时，牲畜遮光，定位检测模块向控制器5发送位置信息。

滑行轨道115、滑行凹槽311以及移动轨道321中设有运行机构以及带动运行机构运行的电动机，控制器5通过对电动机的控制实现对滑行轨道115、滑行凹槽311以及移动轨道321的运动的控制，配合支撑立梁31上的定位检测模块使得温度传感模块33运动到合适位置，用以方便对牲畜体温的检测。

如图3所示，温度传感模块33包括红外温度传感器、数据处理器MCU、第一电阻、第二电阻和第一电容C1，红外温度传感器的电源接入端Vdd和数据处理器MCU的电源端Vdd与电源模块电连接，接地端接地，SDA输出端与数据处理器MCU的I/O管脚P1.6信号连接，SCL输出端与数据处理器MCU的I/O管脚P1.7信号连接，第一电阻并联在红外温度传感器的电源接入端Vdd和SDA输出端之间，第二电阻并联在红外温度传感器的电源接入端Vdd和SCL输出端之间，第一电容并联在红外温度传感器的电源接入端Vdd和接地端之间，数据处理器与控制器5信号连接。

红外温度传感器的型号为MLX90614，为非接触性红外感应器件，它的测量范围很广，在-40～+125℃之间，同时它还有很高的精度，可以达到0.02℃，正常工作的电压范围在3V～5V之间，生产成本低，体积小。

定位模块2为红外对管，红外对管有四个，分别固定在闸机主体1的进口处、出口处、隔离出口处和牲畜通行通道的中间部位，其中位于进口处和出口处的红外对管均相对固定在挡板113和支撑立柱112上，位于牲畜通行通道中间部位的红外对管的一端固定在挡板113上，另一端固定在隔离门机构14上，位于隔离出口处的红外对管相对固定在隔离出口两侧的支撑立柱112上。

起始状态中，进口门处于打开状态，当牲畜进入牲畜通行通道的进口时，进口处的红外对管遮挡光线，此时位于中间部位的红外对管，由于牲畜尚未到达该位置，故未遮挡光线，当牲畜整体进入牲畜通行通道时，中间部位的红外对管遮挡光线，进口处的红外对管恢复未遮挡光线状态，此时，控制器5控制进口门机构12关闭进口门，确保牲畜停留在牲畜通行通道内检测体温。

当牲畜体温正常时，温度传感模块33向控制器5输入正常体温数据，控制器5控制出口门机构13打开出口门，牲畜由出口走出牲畜通行通道，此过程中，首先位于出口处的红外对管被遮挡光线，然后位于牲畜通行通道中间部位的红外对管恢复未遮挡光线状态，最后位于出口处的红外对管恢复未遮挡光线状态，此时牲畜完全走出牲畜通行通道，控制器5控制出口门机构13关闭出口门，控制进口门机构12打开进口门进行下一次检测。

当牲畜体温不正常时，温度传感模块33向控制器5输入异常体温数据，控制器5控制隔离门机构14打开隔离门，牲畜由隔离出口走出牲畜通行通道，此过程中，位于牲畜通行通道中间部位的红外对管的受光端始终不能接收到光线，位于隔离出口处的红外对管先被遮挡光线，后恢复未遮挡光线状态，牲畜完全走出牲畜通行通道，控制器5控制隔离门机构14关闭隔离门，控制进口门机构12打开进口门进行下一次检测。

定位模块2实现了对牲畜通行通道中待检测牲畜具体位置的确定，保证了温度检测的正常进行。

进口门机构12包括进口门和进口门电动机，出口门机构13包括出口门和出口门电动机，隔离门机构14包括隔离门和隔离门电动机；

进口门电动机、出口门电动机和隔离门电动机均包括电动机驱动电路和驱动线圈，电动机驱动电路的输出端与驱动线圈的输入端电连接。

如图5所示，电动机驱动电路包括反相器、光电耦合隔离器、NPN型场效应管和信号滤波调整电路，光电耦合隔离器、NPN型场效应管和信号滤波调整电路均有三个，每个光电耦合隔离器的一个输入端与反相器中三个相位控制最终输出端中的一个对应连接，另一个输入端连接电源，每个光电耦合器隔离器的一个输出端连接电源，另一个输出端与三个NPN型场效应管中的一个对应连接，该NPN型场效应管的输出端与驱动线圈的输入端之间连接有信号滤波调整电路。

反相器型号为7406，光电耦合隔离器的型号为TLP521-4，NPN型场效应管的型号为IRF540。

如图4所示，控制器5包括单片机、译码器和锁存器；

锁存器有多个，并与电动机驱动电路一一对应，该锁存器的使能引脚分别与译码器的输出端信号连接，该锁存器的脉宽调制信号输入端与单片机的脉宽调制信号输出端信号连接，该锁存器的相位控制输出端与反相器的相位控制输入端信号连接；

译码器的相位控制译码输入端与单片机的相位控制初始输出端信号连接。

单片机型号为89C52，译码器型号为74LS138，锁存器型号为74HC573。

单片机的P2.0-P2.2输出端口为相位控制初始输出端，分别和译码器的输入引脚A、B、C，即相位控制译码输入端相连接,锁存器74HC573完成某个电机的控制，每一个锁存器的使能引脚分别与译码器的Y1、Y2、Y 3、Y 4、Y5连接,控制P2.0-P2.2端口的输出。

电路采用NPN型场效应管IRF540,起到保护单片机的作用，使单片机免受高压冲击，使其损坏,在整个电路图中控制电路和驱动电路的连接由光电耦合隔离器完成。

在单片机中的任意一个输出端(如P0.0)输出为高电平,7406反相器把高电平转化为低电平,这个过程是通过锁存器来控制的，由于通电使光电耦合隔离器导通,此时,IRF540在场效应管的栅极G变为高电平的作用下导通,因此A相得电导通；相反当P0.0变为低电平时,A相断电无电流流过。

其它电机的控制原理同上，进而控制进口门机构、出口门机构、隔离门机构的打开和关闭以及支撑立梁、支撑横梁、温度传感模块的滑动调整。

牲畜健康检测与控制系统还包括警报模块6，警报模块6与控制器5信号连接，与电源模块4电连接。

如图6所示，以奶牛养殖为例，奶牛的体温变化可以体现奶牛身体状态和健康情况，当奶牛在疾病和发情状态时，其身体的温度会变化的很明显，奶牛在健康时体温稳定，温度在37.5-39.5℃之间变化为正常的情况，当奶牛生病或者由于应激反应时它的体温会上升，同时可能会出现发烧症状，直肠测温方式很准确，但不适合通过传感器检测，采用接触检测，由于奶牛的毛多皮厚，体表不能准确的表示奶牛的体温，鼻孔处裸露的部分可以作为奶牛体温的检测部位，所以设计选择了在奶牛的鼻孔处检测奶牛的体温。

本实用新型的工作过程为：

起始状态中，进口门处于打开状态，支撑立梁31位于靠近出口门的一端；

当奶牛进入牲畜通行通道的进口时，进口处的红外对管遮挡光线，此时位于中间部位的红外对管，由于奶牛尚未到达该位置，故未遮挡光线，当奶牛整体进入牲畜通行通道时，中间部位的红外对管遮挡光线，进口处的红外对管恢复未遮挡光线状态，此时，控制器5控制进口门机构12关闭进口门，确保奶牛停留在牲畜通行通道内检测体温。

然后控制器5控制滑行轨道115、滑行凹槽311以及移动轨道321内的电动机，首先使得支撑立梁31由出口门向进口门滑动，当支撑立梁31上的定位检测模块接触到牛时，支撑横梁32由支撑立梁31的顶端沿滑行凹槽311下滑，寻找牛头的位置，缓慢下移32,使得温度传感模块33在奶牛鼻孔处测量奶牛体温；

当奶牛体温正常时，温度传感模块33向控制器5输入正常体温数据，控制器5控制出口门机构13打开出口门，奶牛由出口走出牲畜通行通道，此过程中，首先位于出口处的红外对管被遮挡光线，然后位于牲畜通行通道中间部位的红外对管恢复未遮挡光线状态，最后位于出口处的红外对管恢复未遮挡光线状态，此时奶牛完全走出牲畜通行通道，控制器5控制出口门机构13关闭出口门，控制进口门机构12打开进口门进行下一次检测。

当奶牛体温不正常时，温度传感模块33向控制器5输入异常体温数据，控制器5控制隔离门机构14打开隔离门同时控制警报模块6报警，奶牛由隔离出口走出牲畜通行通道，此过程中，位于牲畜通行通道中间部位的红外对管的受光端始终不能接收到光线，位于隔离出口处的红外对管先被遮挡光线，后恢复未遮挡光线状态，奶牛完全走出牲畜通行通道，控制器5控制隔离门机构14关闭隔离门，控制进口门机构12打开进口门进行下一次检测。

本实用新型在闸机处完成对牲畜体温检测的同时，完成对体温异常牲畜的隔离，用以方便后续对牲畜的检查，广泛适用于中、小型奶牛养殖企业。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。