一种禽舍智能清洁自走小车的设计

2022-01-06谢佳伟张敬杨梁宇涛刘建勇李东明

河北农机 2021年12期

谢佳伟张敬杨梁宇涛刘建勇李东明

1、河北农业大学现代科技学院 2、河北农业大学机电工程学院 3、河北农业大学城乡建设学院

随着我国人们经济水平和生活消费水平的提升，中国农业渐渐地形成一定的集约化生产经营趋势。此外，我国现代畜禽养殖业正在形成一定的产业规模。但由于家禽养殖企业存在一定的不足，如养殖装备智能化水平低下、养殖人员技术水平不高等，也产生了一系列问题：养殖人员劳动强度大，人力成本高，生产效率低，企业效益差；养殖企业的养殖装备科技含量较低、智能化水平较差，且仍以人力为主，导致人禽接触过多，家禽染病概率增大；养殖场的养殖环境较差，禽舍粪污处理难度大，然而国家对养殖场环境的要求日渐严格，家禽养殖企业面临的生存压力日益增加。发展高端生猪养殖装备制造业，力求将自动化、数字化、智能化技术成功运用到生猪养殖机械设备中，从而实现科技兴畜的目的。

1 清洁自走小车的总体结构

禽舍智能清洁自走小车由电池驱动，以艾莫迅FX3U-16MR型三菱PLC 为控制核心，通讯模块为RS-485 网关。

（1）传感器组：一氧化碳( CO)、传感器、氨气( NH3 )、传感器、硫化氢( H2S) 传感器、超声波传感器、红外传感器和温湿度传感器。（2）电池组：4 块12V 38Ah 蓄电池。（3）行进结构：行进电机。（4）清扫结构：直流电机、滚筒毛刷、水箱、防水罩、紫外线消毒灯。

图1 小车的行进结构

图2 滚筒毛刷与防水罩

2 清洁自走小车的主要功能

（1）自动行进：小车通过前后红外传感器检测墙面，控制小车在漏缝地板上的运动。

（2）地面清扫：小车行走时, 直流电机通过齿轮带动滚筒毛刷转动，进行地面清扫工作。

（3）无伤驱禽：在小车正常清扫的过程中，如果超声波传感器检测到轨道上存在家禽，蜂鸣器就会发出声音，从而实现对禽的无伤驱赶。

（4）远程通讯：有害气体、温湿度传感器把检测到的气体浓度与温湿度远程传输到监控终端，并实现监控终端对小车的远程操控。

3 清洁自走小车的硬件设计

3.1 主控制器

主控制器为艾莫迅FX3U-16MR 型三菱PLC。该PLC 提供数字量16 入10 出、模拟量2 入2 出通道，此外还提供RS-485 MODBUS 串口。

3.2 传感器

温湿度传感器：选用RS485 型高精度温湿度变送器传感器，该传感器测量准确、抗干扰强、性能稳定。

有害气体传感器：实时监测舍内有害气体浓度, 并通过RS-485 远程通讯模块把气体浓度数据传送到终端。

超声波传感器：选用UB500-18GM45-E4-V15 超声波控制器，该传感器利用回波测距原理和时差测量技术，具有防水防油、感应灵敏、抗干扰强的特点。

红外传感器：选用漫反射红外线E18-D80NK 光电开关传感器，检测距离在80cm 内可调，该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、灵敏度较高、安装方便等特点。

3.3 通讯模块

采用智联物联ZP3000 系列远程控制网关实现无线485 通讯。该网关支持国际通用标准的FDD-LTE、TDD-LTE、WCDMA (HSPA+)、CDMA2000 (EV-DO)、TD-Scdma 3G/4G 移动宽带网络制式，为用户提供方便快速的高速网络传输功能。采用高性能的32位专业网络通信处理器, 以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，为用户提供安全、高速、稳定可靠的3G/4G 无线路由网络，并支持2 个以太网RJ45 接口和通信串口。

3.4 行进结构

行进电机采用直流电机，直流电机转速线电压由PLC 的DA通道给予，以控制小车行进速度。通过短接电机控制器倒车线实现直流电机正反转。

3.5 清扫结构

直流电机通过齿轮驱动滚筒毛刷转动，从而进行清扫工作。通过PLC 程序控制，当清洁小车正向行走时，滚筒毛刷的转动方向为正向滚动, 当清洁小车反向行走时, 滚筒毛刷的转动方向为反向滚动。此外，水箱中的水通过管道流到滚筒毛刷以便达到更好的清扫效果。当清洁小车停止工作时，主控制器自动切断清洁小车大部分供电，仅保留有害气体、温湿度传感器，从而达到节约用电的目的。

3.6 硬件电路

小车整体电气PLC 接线图如图3 所示。

图3 PLC 接线图

驱动器使用电池组24V 电源，电机控制器取用电池组48V电源。环境检测传感器接入FX3U-16MR 型PLC 中采集有害气体浓度。FX3U-16MR 型PLC 的X 输入口接入红外光电传感器、超声波传感器的信号线和手动按钮。此外，将检测信号或者手动控制作为后续各种设备的驱动条件。PLC 的Y 口接入直流电机、蜂鸣器。将电源负极接入FX3U-16MR 型PLC 的公共端C0 口，控制相应Y0、Y1、Y2 口，即可使所需电路构成回路。通过定时程序操作电机的正反转。清扫小车中的PLC 作为从机，从机需要被上位机控制，从机与上位主机的通讯由RS－485 远程控制网关实现。