家禽智能投料控制系统

胡文磊++莫琦

摘要：我国的家禽养殖业历史悠久，未来家禽养殖业的发展趋势必然是走适度规模化，现代化之路，目前我国的养殖系统中依旧是人工占的比例较高，机械化程度低，普遍存在对周围环境的监测力度不够，信息不共享等问题。针对这一现状，项目研发了一套集智能投料和养殖场环境参数采集共享的系统，可以实现大规模高效的养殖。

关键词：智能投料；定位；导航；信息共享

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0037-02

1 项目实施的目的、意义

近年来，随着国际市场对家禽及其副产品的需求量的不断增加，家禽养殖业已经成为国内外畜牧业发展的热点。随着家禽养殖产业的发展壮大，与之配套的产业技术越来越无法满足产业发展的要求。目前大多数家禽养殖场仍然使用人工喂养，效率低下，远不能满足家禽市场增加的需求，而且人工费用支出过高，家禽养殖场希望在规模不断扩大的同时逐步实现家禽的喂养自动化，提高养殖场的生产效率，减少人工支出成本，实现经济效益的进一步提升。当前国外饲养自动化技术应用十分成熟，若通过引进国外设备和技术则价格昂贵，投资成本过高，这必将增加企业的负担。因此，研发一套低成本高效率的自动化饲养管理设备，是非常必要的。为此，我们提出了一种面向大型家禽养殖场的智能投料控制系统，通过该系统的研发，可以实现养殖场投料智能控制的喂养模式，可以有效地提高养殖场自动化生产效率和喂养质量，减轻工人负担，降低生产成本。

2 项目基本功能及流程

2.1 智能投料装置示意结构

为了解决传统投料机械传动部件过大，安装、维护困难，而且一次性改造投入资金过大，电能损耗过大等问题，结合养殖场的实际环境和人工喂养习惯，本项目提出了一种利用超声波定位导航技术引导投料小车实现投料智能控制的解决方案。智能投料装置结构示意图如图1所示，该方案的优点是投料装置体积小，不用改变养殖场场地结构，小车采用蓄电池供电，不需要铺设轨道和电缆，安装维护简单。小车底部安装有圆盘清洁器，可在投料喂家禽的同时清洁路面，一辆投料小车每一次就可以同时对12个饲料槽的自动投料，工作效率高，电能损耗低，一次投入改造资金少，投资风险低，推广应用方便。

2.2 智能投料小车总体控制框图

投料小车总体控制由“MCU核心处理单元”、“导航、定位、车速信号检测单元”、“电源管理电机驱动控制单元”、“出料流量流速检测及闸门控制单元”、“饲料量检测控制单元”五大单元组成如图2所示。MCU核心处理单元通过导航、定位信号以及车辆速度反馈信号的判断和运算来控制两个电机的转速，实现车辆行车轨迹转向控制、前进、后退运动以及停车控制，确保自动投料小车的精确定位投料；MCU通过电源检测管理单元对蓄电池进行实时监控，当电量不足时及时进行自动补充充电，确保投料小车的动力输出；MCU核心处理单元通过出料流量速度检测信号和给定值的判断运算来控制出料闸门的开启和关闭，以确保投料量的精确控制；MCU核心处理单元通过饲料剩余量的检测判断，当饲料剩余量過少时会在投料小车停车休息期间自动补充加料，确保投料小车有充足的饲料供应。

2.3 电机驱动控制

投料小车采用四轮结构，四轮机构承载重量大，行车平衡稳定。投料小车驱动采用前轮无刷直流电机两轮驱动方式，由于无刷直流电机具有扭矩大、车速控制精确以及使用寿命长、维护方便等优点，而且是采用直流供电方式，为直流蓄电池供电提供便利。图3是无刷直流电动机用软件实现数字双闭环控制框图。给定转速与速度反馈量形成偏差，经速度调节后产生电流参考量，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，从而实现电动机的速度控制。

2.4 导航与定位

将养殖场分成若干个区域，每个区域的顶部安装三至四个超声波发射模块，车体上安装一个超声波接收模块，根据超声波测到的距离利用三角函数算出车体在空间中的坐标，算出坐标后，即可绘制出整个养殖场的地图，再利用无线测距加以修正，即可较为精确地确定车体的位置。在控制的过程中，只要输入坐标值，投料车即可自主移动到相应位置。

2.5 饲料出料及投料车加料控制

为了实现投料量的智能控制，自动投料小车在每一个出料口都独立安装有饲料流速流量检测传感器和控制闸门，核心处理器MCU根据给定出料量结合流量流速传感器信号综合运算来控制出口闸门的开与关，实现每一个出料口出料量的独立控制。每次在投料小车停车休息期间，核心处理器MCU都会检测剩余饲料量，如果饲料不足完成下一次投料任务时，会通知补充加料装置自动补充加料。

2.6 供电管理系统

由于投料小车工作时处于运动状态，处于满载饲料的情况下电机负荷也电流比较大，为了方便给运动状态的投料小车供电，本项目采用36V—48V直流蓄电池供电方式，并通过电源检测管理电路对蓄电池电压电量进行实时监测，当电量不足以完成下一次投料工作任务时，核心处理单元MCU会自动通知充电系统让投料小车在休息期间进入补充充电状态，当蓄电池充满电时会自动切断充电电源，防止过度充电缩短电池寿命。

2.7 环境监测系统

由于环境的变化对家禽的生长有很大影响，所以有必要进行环境监测。本项目用温度，适度，光强，等传感器来采集养殖场的环境状况，反馈到核心处理单元MCU，经处理后将这些值通过屏幕显示出来并通过网络共享出去。

3 结语

随着科技的发展，大规模、机械化、智能化的养殖模式将会取代小规模、人工化的养殖模式。因此，该智能化养殖系统的推出，深受养殖户的喜爱。家禽智能投料系统实现了养殖场投料智能化控制和环境信息共享监测功能。项目主要有以下创新点：（1）智能控制以及环境信息共享使养殖更加简便快捷。（2）饲料利用率高，喂养效果好，质量高，容易实现大规模的养殖。（3）降低人工劳动的强度，节省人工成本，使养殖户获得更大的利润。

参考文献

[1]高乐昌.家禽畜牧业环境智能控制系统研究[J].山东工业技术，2014，（13）：201.

[2]吕钊钦，蔡吉晨，周建军，王秀.肉鸽规模养殖自动化饲喂装置设计[J].农业工程学报，2014，（11）：30-36.