母猪自动精量饲喂控制系统设计

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随着现代化信息技术涌入农业生产,大量的智能设备被应用于植物种植、禽畜养殖行业中。而猪肉在我国总体肉类消耗中占比较大,为提高养殖效率,生猪养殖业也正在积极引入高新技术。母猪饲喂作为生猪养殖的动力来源,其生产质量对猪肉价格的影响举足轻重。目前在提高规模化母猪养殖场的生产效益上智能母猪饲喂控制系统有着重要的作用,然而该类设备在我国的普及率较低。另外由于国产饲喂控制系统技术水平要落后于国外,因此国内大部分的猪场仍靠进口来获取。鉴于我国中小型养殖户在猪肉流通中占比较大,并且由于进口设备比较昂贵而鲜有中小规模猪场使用的基本国情,本研究基于物联网开发了一款集成测温、称重、下水下料以及动作监测等多种功能的母猪饲喂控制系统,能够在精确下料的同时对母猪体征状态进行检测,并在饲喂完成后及时上传相关数据到后台方便管理人员的查看,实现对人力资源的解放。研究的主要工作内容如下:(1)控制系统的总体框架设计。通过分析群养母猪饲喂的功能需求和性能要求,选择了专用型较强的ARM硬件平台并制定软件实现方案。另外,考虑到猪场的环境等因素影响将各模块之间通信方式确定为Zig Bee无线传输。(2)控制电路的设计、绘制与调试。针对不同控制器的功能需求,选择了Exynos4412和STM32F103CBT6分别作为主控制器和分立单元的MCU。并根据系统需求向外引出对应的资源引脚,实现了下水下料、进门控制、饲喂相关信号采集以及母猪体表温度采集等功能。(3)控制系统主控制器底层硬件驱动及应用层软件开发。基于Linux内核完成了下水系统、投料系统以及测温模块的底层驱动编写,通过定标实验建立了函数关系,实现了对下水、下料量的精确控制;遵循事件驱动的编程思想,在Linux应用层通过多线程编程、epoll高并发、POSIX定时器、信号量和缓存池等方法实现了整个母猪饲喂的饲喂逻辑。(4)进口门自动开关门逻辑设计以及母猪体重的动态滤波算法开发。开发了独立的进门控制单元,能够通过多个传感器的监测准确判断母猪的当前位置,并根据母猪的生活习性以及本饲喂控制系统的饲喂逻辑自动控制开关门时间;通过多次采集母猪走过秤时的重量变化,拟合出对应曲线。根据曲线上升、下降以及拐点位置,以滑动平均算法为核心编写了一套体重的动态滤波算法,实现了对母猪的动态称重。(5)实际饲喂场景饲喂试验验证。于重庆市合川区两处猪场中进行了实际饲喂试验,采集相关数据并进行分析,进一步验证了研究所使用饲喂逻辑的可行性。最终从试验结果可以看到:系统下水最大误差不超过5%,平均误差低于2%;下料平均误差低于1.5%,动作触发率为100%;称重性能在静态、动态两种测量方式下误差均不超过2%,测温误差小于±0.2℃;Zig Bee丢包率最大不超过0.5%,并且Zig Bee和Socket连接均能在较短时间内实现断线重连。实际使用过程中,系统在无人值守的条件下持续工作最长时间接近一个月。总体实现了现代化母猪饲喂控制系统的基本要求,有一定的应用价值。
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