一种畜牧养殖用料量检测系统的制作方法

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种畜牧养殖用料量检测系统。

背景技术：

近几年来，随着养殖业结构优化与调整，养殖产业发展速度不断加快，涌现出越来越多的规模化养殖场。在养殖环节的整个过程，饲料的用量占总养殖成本的65％～80％，准确的检测出用料量不但可以实时了解饲料使用情况，并通过合理调控达到最优喂食效果，可以有效控制成本，还可以通过数据查询用料量间接了解畜禽的健康状况。

目前在国内养殖厂中，计算用料量(下文均指饲料的用量)，通常使用的是称重传感器，由于绝大多数养殖厂料塔体积庞大，根据饲料密度不同一个料塔可以装10～15吨饲料，所以在实际生产中一般选取大吨位的称重传感器，而大吨位称重传感器误差大于5％，不能满足实际需求，且安装不便、安装要求高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了准确检测出养殖厂用料量，设计了一种畜牧养殖用料量检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

畜牧养殖用料量检测系统由安装在料塔顶盖上的用料量采集单元及用料量数据发送单元组成；所述的用料量采集单元采集了固态物料表面的深度数据；所述的用料采集单元包括16个红外测距传感器；所述红外测距传感器其中14个选用gp2y0-a710kof红外传感器、2个gp2yoa02ykof红外传感器构成。所述的用料量数据发送单元采用低复杂度、低功耗、低传输速率、低成本、自组网的无线通信zigbee技术；其主控芯片采用cc2530；所述用料量采集单元与用料量数据发送单元相连。还包括图形用户界面。

cc253是zigbee新一代的片上系统解决方案，其集成了业界领先的2.4ghz的rf收发器增强工业标准的8051内核在线系统可编程flash存储器8kb的sram和许多其它强大功能，是真正用ieee802.15.4、zigbee和rf4ce应用的片上系统解决方案。

所述的无线传感网络采用树形结构，这种结构具有自修复功能，即当网络中-些结点因故障停机时，采集节点会自动寻找正在活动路由并加入路由，这样信息就不会丢失。

所述的图形用户界面接受到数据后把电压值转换成高度值，根据料塔尺寸计算出用料量体积，通过体积计算用料量，还可以自动判断料塔中的饲料是否用完，是否向料塔中加料，便于管理，通过图形用户界面可以实时了解料量动态。

所述的图形用户界面料量管理软件可以查询以往的用料情况，间接了解畜禽健康状况，还可以用于显示各个料塔内剩余料量和当天已使用的用料量，管理人员通过各料塔内料量的多少及时向料塔内加料，以此保证不影响正常生产。

用料量检测系统硬件电路是由微控制器、用料量采集单元、供电部分、发送单元构成。

系统供电用amsjll7-3.3芯片将5v电压转换为3.3v给用料量发送单元和微控制器供电。

所述的系统采用实际加料质量／计算加料质量的数值利用matlab进行数据拟合来解决料塔内饲料上下密度不均的问题。

本发明的有益效果是。

相比较于传统的承重传感器具有安装方便，准确度高等特性；另外本系统发明过程中对于饲料在料塔中上下密度不均衡性，使用了三维曲线拟合应用于密度系数拟合，通过分析得出了三维拟合函数，将拟合函数移植到图形用户界面中进行实现，进行验证分析。该系统还具有安装便、稳定可靠，价格低廉的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进-步说明。

图1是用料量检测系统硬件结构框图。

图2是畜牧养殖用料量检测系统框图。

其中，1-料量检测节点，2-下料口，3-料塔，4-监控室，5-协调器，6-工作人员，7-上位机。

具体实施方式

如图1-2所示，畜牧养殖用料量检测系统由安装在料塔顶盖上的用料量采集单元、用料量数据发送单元和图形用户界面料量管理软件，构建统-的畜牧养殖用料量检测系统对料量进行动态实时监测，实现对整个养殖场料量动态、料塔状态监测。料塔装有下料口，在料塔上设置有料量检测节点。所述料塔与监控室通过数据发送单元发送数据以无线通信方式进行通信，所述监控室内还设置有无线通信协调器，工作人员可于监控室内的上位机即监测到料塔的用料数据。用料量采集单元采集料盖到料面的高度值，并以电压的形式发送给图形用户界面；图形用户界面接受到数据后把电压值转换成高度值，根据料塔尺寸计算出用料量体积，通过体积计算用料量。图形用户界面处理发来的数据，通过数据计算实时用料量，图形用户界面通过接收到的数据还可以自动判断料塔3中的饲料是否用完，是否向料塔3中加料，便于管理，通过图形用户界面可以实时了解料量动态；电用料量数据发送单元采用低复杂度、低功耗、低传输速率、低成本、自组网的无线通信zigbee技术；主控器采用cc2530，它是zigbee新-代的片上系统解决方案，其集成了业界领先的2.4ghz的rf收发器增强工业标准的8051内核在线系统可编程flash存储器8kb的sram和许多其它强大功能，是真正用ieee802.15.4、zigbee和rf4ce应用的片上系统解决方案；无线传感网络采用树形结构，这种结构具有自修复功能，即当网络中-些结点因故障停机时，采集节点会自动寻找正在活动路由并加入路由，这样信息就不会丢失；图形用户界面料量管理软件可以查询以往的用料情况，间接了解畜禽健康状况，还可以用于显示各个料塔内剩余料量和当天已使用的用料量，管理人员通过各料塔内料量的多少及时向料塔内加料，以此保证不影响各舍正常生产。

如图2所示，用料量检测系统硬件电路是由微控制器、用料量采集单元、供电部分、发送单元构成。微控制器主要作用是控制红外传感器采集高度数据，然后对采集到的数据进行中值滤波。通过串口发给用料量发送单元进行发送，因此对主控单元处理速度要求较高，在此选择的是st-c15f1k28-ad。与普通51内核单片机相比，它具有高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰、处理速度快6～12倍；在满足条件下与arm和ms-p430相比具有较低的价格。

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。利用的是红外线传播时的不扩散原理,因为红外线在穿越其它物质时折射率很小,所以长距离的测距仪都会考虑红外线,而红外线的传播是需要时间的,当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被接受到,再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离,红外线的工作原理：利用高频调制的红外线在待测距离上往返产生的相位移推算出光束度越时间δt，从而根据d＝c△t/2得到距离d。16个红外测距传感器选用gp2y0-a710kof红外传感器，其测量距离为100～500cm。另外，为了防止塔内饲料装满时超出gp2y0-a710kof红外传感器探测下限，还配有两个gp2yoa02ykof红外传感器，其测量距离为20～150cm。

在检测物料料位过程中，固体物料与液体物料不同。由于液体的流动性，液体物料表面平整，在测量液体物料料位时，只需在某一点测量一个单一数据即可表示整体的物料料位。而固体物料的表面不规则，不平整，需要对多个点进行数据测量；而且测量点不能完成的涵盖所有点，因此需要对采集的多点数据进行处理，来近似的得到整体的物料料位。采集了固态物料表面的16个深度数据，对应于不同的容器外形，采用不同的方法对这16个数据进行曲面处理，确定出固态物料表面曲面后，利用相应的体积计算公式求得剩余物料体积百分比。

p1外接gp2yoa710kof红外传感器，p2接gp2yoa0-2ykof红外传感器，p1端口输出红外传感器采集到高度值，以电压形式输出。因为该传感器是电压型红外传感器对输入电压要求高，在实际中会从电源部分串扰到传感器-些低频量，而此次检测用料量高度值，采用的两款红外传感器输出均为电压型，gp2yoa02ykof在有效测量范围内输出电压范围在0.5～3v，gp2yoa710kof在有效测量范围内输出电压为1.3～3v，因此若输出电压有一个较小变化电压值则测量的高度值就会发生较大的变化，在此发明时对输入供电电压要求较高为此保证传感器可以正常稳定工作，在此给红外传感器输入端外并接两个电解电容，用于保证给红外传感器供电电压，输入电压无明显毛刺、无较大波动，以此保证稳定工作；在红外传感器输出位直流信号，外接一个rc低通滤波电路，用于剔除在非正常状态下采集到的高度电压值，通过公式fp=1/[2π(r/rl)c]，电阻选取10k，电容选取为22ttf；在发明中在不同的测量范围内要使用相对应红外传感器，对于红传感器切换电路，因这两款红外传感器对电压要求较高若使用三极管做为开关管，在三极管两端有0.7v的压降影响红外传感器工作，因此在此使用场效应管来控制红外传感器，又因mos管是电压控制器件，使用微控制器为msp430，控制端输出电压为3.3v为控制端电压，为保证mos管可以正常工作，为此前端加一个三极管。

gp2yoa02ykof和gp2yoa710kof均为5v供电，单个工作电流为350ma，为保证测距准确性最多有3个红外传感器同时在线工作，常用5v供电芯片有lm7805和lm2576，lm7805最大输出电流1a左右，转换效率为30％～50％，而lm2576输出电流最大为3a左右，转换效率为70％～88％，且具有宽范围的输入电压，因此选用lm2576，微控制器和发送单元为3.3v供电，无特殊要求，因此选用amsjll7-3.3芯片将，5v电压转换为3.3v给用料量发送单元和微控制器供电。

由于计算用料量计算量大，并且要使用算法分析，微控制器处理速度相对较慢，因此用料量采集单元只负责采集数据，开始先使用gp2yoa710kof号传感器采集高度对应电压值、每组采集15个数据进行中值滤波，当计算出来的高度对应电压值小于0.6v时，当检测出高度对应电压值大小于0.6v时使用gp2yoa710kof传感器进行采集，红外传感器把每次采集的高度电压发送出去，图形用户界面接收进行计算。

图形用户界面由borland公司推出的delphi开发，它是全新的可视化编程开发环境，图形用户界面处理用料量采集系统采集到的数据，经过处理在界面上显示实时的用料量，计算用料量是通过计算加料前后用料量体积，使用体积乘以密度计算出用料量，计算用料量体积需要知道两个值加料前的高度值和加料完毕的高度值，加料前的高度值是一个稳定值，加料完毕的高度值通过多次比较高度值大于12cm并且高度值达到稳定则判断加料结束。本系统启动后首先检测是否有数据发送过来，若有数据发过来则进行解析把电压值转换为高度值，然后判断是否是第一次数据发过来，如果是则存储第一次发过来的数据，假如不是则用本次发送过来的数据和第一次发送过来的数据进行比较，如果高度值无明显变化则重复上述过程，如果高度值有明显变化则判断加料，则继续判断是否加料结束，判断加料结束为高度值在此达到稳定，然后计算加料体积，并把加料后的高度值覆盖第一次存储的数据。然后使用加料的体积乘以密度在乘以拟合系数则是加料质量，然后把计算的数据显示在图形用户界面上，并插入数据库中。

由于料塔内下锥部分的料被上锥和柱部分的料压实，导致料塔内饲料密度不均匀．料塔内饲料密度受高度影响，因此使用加料起始值和加料结束值作为变量，决定饲料密度系数。在此采集加料起始高度值、加料结束高度值、实际加料值(称重获取)。计算加料质量一用料量体积*密度(假设密度为一恒定值)，b值=实际加料质量／计算加料质量，通过matlab进行数据拟合，然后把拟合曲线移植到上位机程序中计算用料量。