羊饲喂撒料车的远程监控系统设计

雷禾雨，李海军，王利鹤

（内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特010018）

使用传统方式饲喂存在饲料易污染、工作量大、饲喂不准时等问题，为保证饲喂环节的高效、安全、及时，以减少残留损失为前提，可以采用远程监控自动饲喂系统来保障饲喂的高效性和专业性，不仅可以释放劳动力，减少饲养成本，还可以使饲料不受污染，通过一系列传感系统使得机器自行根据剩余饲料的多少进行补充，及时促进发展。无线通信的快速发展，可以随时访问网络资源及实现无线网络设备之间的互联，在移动装置的研究领域方面，基于无线通信方式控制有着巨大的潜力和应用。

1 研究内容

本课题研究的是适用于中小型牧场的羊只饲喂撒料车，该装置分为两部分组成：撒料车结构和人机交互控制。操作系统体现于上位机组态，为工作人员提供饲喂撒料车的相关操作和信息如：每次饲料的使用情况、初始添加量以及切换控制。步进电机驱动行驶，直流电机带动螺旋绞龙输送饲料、4G-智能网关通信和人机交互界面组成。该饲喂装置可以在中小型牧场中分为两种行走方式：手动和自动。

2 控制系统

2.1 PLC的选择设计中有压力传感器输出通过模拟量输入显示，直流电机运行速度用模拟量输出控制。以技术参数和控制要求为依据，需要输入端子22个和输出端子5个进行控制。因采用高速计数脉冲控制步进电机，选择晶体管输出型，并且需要配有RS-232C和RS-422A/485两个通讯口便于现场的触摸屏和4G-智能网关相连。综上考虑，本次设计的核心控制选择OMRON CP1H-XA40DT-D控制器。

2.2 步进电机的驱动使用48V锂电池给直流电机控制器、直流电机、步进电机和步进电机驱动器供电。PLC经步进电机驱动器控制步进电机动作，由操作面板对PLC发出控制命令，通过输出的脉冲信号和方向信号传送到驱动器进而控制步进电机。驱动器采用共阳极接法，串联2kΩ电阻起降压作用，DUL-和DIR-控制方向和脉冲，PLC输出端Q100.00和Q100.01分别与左右轮驱动器的DUL-相连，Q100.04和Q100.05分别与左右轮驱动器的DIR-相连。

2.3 出料速度控制PLC输出控制继电器（Q100.06连接KA），继电器触点接的电门锁线控制直流电机的启停。直流电机速度是PLC模拟量(0-5v)输出控制的，通过端子连接控制器中手把调速的黑线和绿线进而控制直流电机速度。使用SPED指令对步进电机的速度进行控制，SPED指令输出的是可调频率的脉冲，频率脉冲通过步进驱动器DIP开关设置进行调节，此指令指定了输出端口及输出方式，用输出频率控制速度行驶。

3 远程通信

远程传输模块作为现场监控和远程控制平台之间的连接中介者，有着承前启后的作用。该模块额定电压DC24V，通过交换机和欧姆龙CP1H PLC实现通讯连接，通讯端口包括有1个RS485口、1个RS232口、1个WAN口和1个LAN口便于网线连接程序上传下载，2路以太网，4G-智能网关模块可放置于导轨上方便连线通信。工程建立和PLC通信设置成功后，为工程添加变量，设置变量的ID、名称和地址等信息。将导入的变量参数下载到云盒子中和上传至云端，即可完成远程通信的操作配置。

4 上位机界面设计

上位机界面设计分为4个界面：主界面、参数设置、参数显示和手动操作界面。主界面：当检测到障碍物时，避障感应灯会变亮，遇到紧急情况或者机器出现故障时，按下急停按钮，机器停止运行；自动/手动界面：小车行驶时对应的指示灯随着实际运行状态变化；参数设置显示界面：监测料斗中饲料的变化量，同时可以设定直流电机和步进电机的运行速度。

5 结论

本文将4G通信技术和云数据平台相结合，通过分析羊饲喂装置的具体需求，设计了羊饲喂撒料车的远程控制系统，通过硬件与软件的设计实现了数据的自动采集和传输，得出数值在上位机界面显示，并且可以使用上位机远程控制羊只饲喂撒料车行进，从而减少劳动力，提高饲喂效率，避免人畜共患病的风险。