羊飼喂撒料車的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷禾雨，李海軍，王利鶴

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特010018）

使用傳統(tǒng)方式飼喂存在飼料易污染、工作量大、飼喂不準(zhǔn)時(shí)等問(wèn)題，為保證飼喂環(huán)節(jié)的高效、安全、及時(shí)，以減少殘留損失為前提，可以采用遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)飼喂系統(tǒng)來(lái)保障飼喂的高效性和專業(yè)性，不僅可以釋放勞動(dòng)力，減少飼養(yǎng)成本，還可以使飼料不受污染，通過(guò)一系列傳感系統(tǒng)使得機(jī)器自行根據(jù)剩余飼料的多少進(jìn)行補(bǔ)充，及時(shí)促進(jìn)發(fā)展。無(wú)線通信的快速發(fā)展，可以隨時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源及實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)，在移動(dòng)裝置的研究領(lǐng)域方面，基于無(wú)線通信方式控制有著巨大的潛力和應(yīng)用。

1 研究?jī)?nèi)容

本課題研究的是適用于中小型牧場(chǎng)的羊只飼喂撒料車，該裝置分為兩部分組成：撒料車結(jié)構(gòu)和人機(jī)交互控制。操作系統(tǒng)體現(xiàn)于上位機(jī)組態(tài)，為工作人員提供飼喂撒料車的相關(guān)操作和信息如：每次飼料的使用情況、初始添加量以及切換控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，直流電機(jī)帶動(dòng)螺旋絞龍輸送飼料、4G-智能網(wǎng)關(guān)通信和人機(jī)交互界面組成。該飼喂裝置可以在中小型牧場(chǎng)中分為兩種行走方式：手動(dòng)和自動(dòng)。

2 控制系統(tǒng)

2.1 PLC的選擇設(shè)計(jì)中有壓力傳感器輸出通過(guò)模擬量輸入顯示，直流電機(jī)運(yùn)行速度用模擬量輸出控制。以技術(shù)參數(shù)和控制要求為依據(jù)，需要輸入端子22個(gè)和輸出端子5個(gè)進(jìn)行控制。因采用高速計(jì)數(shù)脈沖控制步進(jìn)電機(jī)，選擇晶體管輸出型，并且需要配有RS-232C和RS-422A/485兩個(gè)通訊口便于現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏和4G-智能網(wǎng)關(guān)相連。綜上考慮，本次設(shè)計(jì)的核心控制選擇OMRON CP1H-XA40DT-D控制器。

2.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使用48V鋰電池給直流電機(jī)控制器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電。PLC經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，由操作面板對(duì)PLC發(fā)出控制命令，通過(guò)輸出的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)傳送到驅(qū)動(dòng)器進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)器采用共陽(yáng)極接法，串聯(lián)2kΩ電阻起降壓作用，DUL-和DIR-控制方向和脈沖，PLC輸出端Q100.00和Q100.01分別與左右輪驅(qū)動(dòng)器的DUL-相連，Q100.04和Q100.05分別與左右輪驅(qū)動(dòng)器的DIR-相連。

2.3 出料速度控制PLC輸出控制繼電器（Q100.06連接KA），繼電器觸點(diǎn)接的電門鎖線控制直流電機(jī)的啟停。直流電機(jī)速度是PLC模擬量(0-5v)輸出控制的，通過(guò)端子連接控制器中手把調(diào)速的黑線和綠線進(jìn)而控制直流電機(jī)速度。使用SPED指令對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，SPED指令輸出的是可調(diào)頻率的脈沖，頻率脈沖通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器DIP開關(guān)設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)，此指令指定了輸出端口及輸出方式，用輸出頻率控制速度行駛。

3 遠(yuǎn)程通信

遠(yuǎn)程傳輸模塊作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)之間的連接中介者，有著承前啟后的作用。該模塊額定電壓DC24V，通過(guò)交換機(jī)和歐姆龍CP1H PLC實(shí)現(xiàn)通訊連接，通訊端口包括有1個(gè)RS485口、1個(gè)RS232口、1個(gè)WAN口和1個(gè)LAN口便于網(wǎng)線連接程序上傳下載，2路以太網(wǎng)，4G-智能網(wǎng)關(guān)模塊可放置于導(dǎo)軌上方便連線通信。工程建立和PLC通信設(shè)置成功后，為工程添加變量，設(shè)置變量的ID、名稱和地址等信息。將導(dǎo)入的變量參數(shù)下載到云盒子中和上傳至云端，即可完成遠(yuǎn)程通信的操作配置。

4 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)界面設(shè)計(jì)分為4個(gè)界面：主界面、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示和手動(dòng)操作界面。主界面：當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，避障感應(yīng)燈會(huì)變亮，遇到緊急情況或者機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，按下急停按鈕，機(jī)器停止運(yùn)行；自動(dòng)/手動(dòng)界面：小車行駛時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈隨著實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)變化；參數(shù)設(shè)置顯示界面：監(jiān)測(cè)料斗中飼料的變化量，同時(shí)可以設(shè)定直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。

5 結(jié)論

本文將4G通信技術(shù)和云數(shù)據(jù)平臺(tái)相結(jié)合，通過(guò)分析羊飼喂裝置的具體需求，設(shè)計(jì)了羊飼喂撒料車的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過(guò)硬件與軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和傳輸，得出數(shù)值在上位機(jī)界面顯示，并且可以使用上位機(jī)遠(yuǎn)程控制羊只飼喂撒料車行進(jìn)，從而減少勞動(dòng)力，提高飼喂效率，避免人畜共患病的風(fēng)險(xiǎn)。