家禽智能投料控制系統

胡文磊++莫琦

摘要：我國的家禽養殖業歷史悠久，未來家禽養殖業的發展趨勢必然是走適度規模化，現代化之路，目前我國的養殖系統中依舊是人工占的比例較高，機械化程度低，普遍存在對周圍環境的監測力度不夠，信息不共享等問題。針對這一現狀，項目研發了一套集智能投料和養殖場環境參數采集共享的系統，可以實現大規模高效的養殖。

關鍵詞：智能投料；定位；導航；信息共享

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）02-0037-02

1 項目實施的目的、意義

近年來，隨著國際市場對家禽及其副產品的需求量的不斷增加，家禽養殖業已經成為國內外畜牧業發展的熱點。隨著家禽養殖產業的發展壯大，與之配套的產業技術越來越無法滿足產業發展的要求。目前大多數家禽養殖場仍然使用人工喂養，效率低下，遠不能滿足家禽市場增加的需求，而且人工費用支出過高，家禽養殖場希望在規模不斷擴大的同時逐步實現家禽的喂養自動化，提高養殖場的生產效率，減少人工支出成本，實現經濟效益的進一步提升。當前國外飼養自動化技術應用十分成熟，若通過引進國外設備和技術則價格昂貴，投資成本過高，這必將增加企業的負擔。因此，研發一套低成本高效率的自動化飼養管理設備，是非常必要的。為此，我們提出了一種面向大型家禽養殖場的智能投料控制系統，通過該系統的研發，可以實現養殖場投料智能控制的喂養模式，可以有效地提高養殖場自動化生產效率和喂養質量，減輕工人負擔，降低生產成本。

2 項目基本功能及流程

2.1 智能投料裝置示意結構

為了解決傳統投料機械傳動部件過大，安裝、維護困難，而且一次性改造投入資金過大，電能損耗過大等問題，結合養殖場的實際環境和人工喂養習慣，本項目提出了一種利用超聲波定位導航技術引導投料小車實現投料智能控制的解決方案。智能投料裝置結構示意圖如圖1所示，該方案的優點是投料裝置體積小，不用改變養殖場場地結構，小車采用蓄電池供電，不需要鋪設軌道和電纜，安裝維護簡單。小車底部安裝有圓盤清潔器，可在投料喂家禽的同時清潔路面，一輛投料小車每一次就可以同時對12個飼料槽的自動投料，工作效率高，電能損耗低，一次投入改造資金少，投資風險低，推廣應用方便。

2.2 智能投料小車總體控制框圖

投料小車總體控制由“MCU核心處理單元”、“導航、定位、車速信號檢測單元”、“電源管理電機驅動控制單元”、“出料流量流速檢測及閘門控制單元”、“飼料量檢測控制單元”五大單元組成如圖2所示。MCU核心處理單元通過導航、定位信號以及車輛速度反饋信號的判斷和運算來控制兩個電機的轉速，實現車輛行車軌跡轉向控制、前進、后退運動以及停車控制，確保自動投料小車的精確定位投料；MCU通過電源檢測管理單元對蓄電池進行實時監控，當電量不足時及時進行自動補充充電，確保投料小車的動力輸出；MCU核心處理單元通過出料流量速度檢測信號和給定值的判斷運算來控制出料閘門的開啟和關閉，以確保投料量的精確控制；MCU核心處理單元通過飼料剩余量的檢測判斷，當飼料剩余量過少時會在投料小車停車休息期間自動補充加料，確保投料小車有充足的飼料供應。

2.3 電機驅動控制

投料小車采用四輪結構，四輪機構承載重量大，行車平衡穩定。投料小車驅動采用前輪無刷直流電機兩輪驅動方式，由于無刷直流電機具有扭矩大、車速控制精確以及使用壽命長、維護方便等優點，而且是采用直流供電方式，為直流蓄電池供電提供便利。圖3是無刷直流電動機用軟件實現數字雙閉環控制框圖。給定轉速與速度反饋量形成偏差，經速度調節后產生電流參考量，它與電流反饋量的偏差經電流調節后形成PWM占空比的控制量，從而實現電動機的速度控制。

2.4 導航與定位

將養殖場分成若干個區域，每個區域的頂部安裝三至四個超聲波發射模塊，車體上安裝一個超聲波接收模塊，根據超聲波測到的距離利用三角函數算出車體在空間中的坐標，算出坐標后，即可繪制出整個養殖場的地圖，再利用無線測距加以修正，即可較為精確地確定車體的位置。在控制的過程中，只要輸入坐標值，投料車即可自主移動到相應位置。

2.5 飼料出料及投料車加料控制

為了實現投料量的智能控制，自動投料小車在每一個出料口都獨立安裝有飼料流速流量檢測傳感器和控制閘門，核心處理器MCU根據給定出料量結合流量流速傳感器信號綜合運算來控制出口閘門的開與關，實現每一個出料口出料量的獨立控制。每次在投料小車停車休息期間，核心處理器MCU都會檢測剩余飼料量，如果飼料不足完成下一次投料任務時，會通知補充加料裝置自動補充加料。

2.6 供電管理系統

由于投料小車工作時處于運動狀態，處于滿載飼料的情況下電機負荷也電流比較大，為了方便給運動狀態的投料小車供電，本項目采用36V—48V直流蓄電池供電方式，并通過電源檢測管理電路對蓄電池電壓電量進行實時監測，當電量不足以完成下一次投料工作任務時，核心處理單元MCU會自動通知充電系統讓投料小車在休息期間進入補充充電狀態，當蓄電池充滿電時會自動切斷充電電源，防止過度充電縮短電池壽命。

2.7 環境監測系統

由于環境的變化對家禽的生長有很大影響，所以有必要進行環境監測。本項目用溫度，適度，光強，等傳感器來采集養殖場的環境狀況，反饋到核心處理單元MCU，經處理后將這些值通過屏幕顯示出來并通過網絡共享出去。

3 結語

隨著科技的發展，大規模、機械化、智能化的養殖模式將會取代小規模、人工化的養殖模式。因此，該智能化養殖系統的推出，深受養殖戶的喜愛。家禽智能投料系統實現了養殖場投料智能化控制和環境信息共享監測功能。項目主要有以下創新點：（1）智能控制以及環境信息共享使養殖更加簡便快捷。（2）飼料利用率高，喂養效果好，質量高，容易實現大規模的養殖。（3）降低人工勞動的強度，節省人工成本，使養殖戶獲得更大的利潤。

參考文獻

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