一种饲喂触发杆及下料触发控制方法与流程

1.本发明涉及养殖场自动饲喂技术领域，具体为一种饲喂触发杆及下料触发控制方法。


背景技术：

2.随着养猪技术的发展，现在已经开展了规模化养猪，称为现代化养猪场。传统的人工饲喂猪只的方式也逐渐被自动化下料系统所替代。虽然自动化下料系统实现了对动物的自动喂料，无需人看守和添料，但是不同猪只对饲料的需求不同，因此这种方式放料较为粗放，忽略了猪只的个体化差异，不利于动物的福利养殖，也容易造成饲料的浪费和不新鲜，而且清理残余饲料还是无法离开人工的参与。
3.为适应个体猪只的差异化喂料，又产生了另一种更加智能化的给料设备，例如中国专利公开号cn103947571b记载的一种智能母猪喂料系统，其包括控制器、送料管、与控制器连接的储料仓、出料单元和碰触传感器，其中储料仓与送料管连接，控制器包括主板控制模块、控制面板和下料电机，主板控制模块分别与碰触传感器、控制面板和下料电机连接，碰触传感器接收到输入信号后，传输给主板控制模块，控制下料电机下料，该系统减少人接触饲料的机会，进而减少细菌传染；本发明还公开了上述系统的控制方法，通过主板控制模块判断是否有键值，从而选择喂料模式和设置喂料参数，控制器从主板控制模块读取自动更新的当日母猪喂料的剩余料量，根据碰触传感器和主板控制模块的计数器的触发信号，主板控制模块启动关闭触发开关，进而实现限饲。
4.上述该类喂料系统通过采食动物拱动触发装置然后触发下料，顺应了动物本身的行为习惯以及个体差异需求，相关设备在市场运用上得到了广泛推广，代表性设备有佳饲达饲喂器。这类设备的其中一个关键部件在于触发装置，其触发装置的结构通常如附图1所示，触碰杆1内有磁簧开关，磁簧开关的两个簧片12、13处于电回路中，猪拱动触碰杆1外套设的套环11使其上下滑动，套环1沿经向开设有孔，孔内安装有一条形磁铁14，套环11滑动到磁簧开关的位置时，在条形磁铁14的磁场作用下，磁簧开关的两个簧片12、13吸合接触，电回路接通产生电信号，由此确认猪有拱食行为。
5.然而磁簧开关的结构属于机械式接触，养殖场内猪只拱动频繁，簧片吸合弹开的次数较多后，簧片会出现机械疲劳，导致无法吸合或弹开的情况，因此，其使用寿命较短，容易出现故障，其可靠性不够。同时套环11在同一水平面的不同位置时，磁铁12的磁场线与簧片夹角不同，存在磁铁12在某些位置因磁场与簧片的相对角度或方向，不能让簧片达到正确闭合或弹开的目的，导致拱食检测失效。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种饲喂触发杆，要解决现有技术中的触发杆寿命短、检测可靠性和准确性不足的问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为:
8.一种饲喂触发杆，其包括杆体，所述杆体的一端为触碰感应部，触碰感应部外活动套设有磁体组件，所述触碰感应部内置霍尔组件，在磁体组件沿触碰感应部轴向滑动的过程中，霍尔组件在磁体组件的磁场作用下产生霍尔效应并通过电回路输出电信号，该电信号从杆体的另一端引出。
9.霍尔组件作为一种电子式感应器，霍尔组件在磁场强度、穿过的磁通量足够的情况下，霍尔组件能有效输出电信号，其不存在机械疲劳的问题，使用寿命极长，更能适应高频次反复触发，感应的有效性得到极大提高。
10.进一步的，所述磁体组件包含半环为n极、半环为s极的磁环；所述霍尔组件包括至少两组霍尔元件，所述霍尔元件纵向设置且任意两组霍尔元件相交，使得磁环在磁感应区内沿轴向转动到任何位置，至少有一个霍尔元件输出有效的电信号。
11.磁环结构易于制作，成本较低，磁场理想，对稳定性和耐用性有利，同时多组霍尔元件相交的布置，保证感应触发无死角。
12.进一步的，所述霍尔组件为两组开关型霍尔元件，两组霍尔元件相垂直，每组霍尔元件包括两个重叠设置的霍尔片，使得磁环在同一位置时每组霍尔元件中至多有一个霍尔片输出开关电信号。
13.进一步的，所述霍尔元件之间并联且工作电源端均通过第一电容接地，霍尔元件的霍尔电压输出端与工作电源端之间连接有第一电阻，霍尔元件的霍尔电压输出端与地端之间连接有第二电容；霍尔元件的霍尔电压输出端接入信号处理电路。由此，确保磁环被拱到不同位置不受限，都能有效输出霍尔开关信号。
14.进一步的，所述信号处理电路包括型号为lm358dt的运算放大器，该运算放大器的管脚二通过第四十四电容接地且依次连接有第四十二电阻和二极管，该二极管的负极与霍尔元件的霍尔电压输出端相连，二极管的正极通过第四十电阻接工作电压源；运算放大器的管脚三通过第四十九电阻接地以及通过第四十八电阻接工作电压源；运算放大器的管脚八接工作电压源且通过第四十六电容接地；运算放大器的管脚四接地；运算放大器的管脚一与管脚三之间连接有第五十四电阻，管脚一连接第六十电阻后作为电平信号输出端接入饲喂系统的控制器中，该电平信号输出端通过第五十二电容接地，所述第五十二电容并联有第六十二电阻。
15.该信号处理电路能够过滤掉触发杆受到周围其他线路、器件的干扰，避免干扰波形造成后级控制单元进行信号采集时出错；以及调整霍尔信号的输出波形，使其能被饲喂系统的控制器所采集读取。
16.进一步的，所述杆体的外壳为不锈钢材质且中下部上设置有用于安装固定触发杆的连接板，所述触碰感应部与杆体之间的倾斜度范围是10
°
～30
°
，触碰感应部的上端外设有凸台，其下端为底部呈球面、顶部呈螺母结构的堵头，所述磁体组件限位活动于凸台与堵头之间，所述霍尔组件位于触碰感应部的中段内。触发杆通过保护外壳保护霍尔组件及其电回路，避免牲畜拱动啃咬对其的破坏。
17.本发明还提出了一种下料触发控制方法，用于判别是否存在采食拱动行为，从而按牲畜进食需求准确下料，避免牲畜戏耍时触发下料造成饲料的浪费问题。
18.本发明上述方法的技术方案包括如下步骤：
19.步骤a、触发杆感应牲畜的拱食行为，当触发杆的磁体组件受牲畜拱动时，磁体组
件上下滑动过程中处于磁感应区内时，霍尔组件输出电信号，进入步骤b；
20.步骤b、饲喂系统的控制器采集触发杆输出的电信号，并判断当前时刻是否处于控制器预先设置的投料时段内，若当前时刻处于投料时段内，则进入步骤c，否则返回步骤a；
21.步骤c、控制器记录当前时间t1，并在时间段[t1,t2]内持续采集触发杆输出的电信号，判断上述时间段内所述电信号是否持续产生，若是，则进入下料准备程序；否则判定为触发下料失败，返回步骤a。
[0022]
牲畜有没有拱食行为才是下料的先决条件，通过上述方法，能够有效避免部分猪舍临时空置、个别牲畜厌食等情况下料的浪费问题，并通过判断电信号是否持续产生来区分拱食和玩耍行为，实现精确饲喂的控制，从而影响动物养殖的经济效益最大化。
[0023]
进一步的，所述步骤c中判断电信号是否持续产生，采用的是统计电信号的电平数量，若时间段[t1,t2]内控制器采集到的电平数量大于或等于预设值n，则视为电信号是持续的。
[0024]
进一步的，所述步骤c中判断电信号是否持续产生，是将所述时间段[t1,t2]分为数个单位时间段，每个单位时间段内采集到有电平的，则记为一个有效拱动行为，统计时间段[t1,t2]内的有效拱动行为总数量，若该总数量大于或等于预设值m，则视为电信号是持续的。该方案在判断电信号是否持续产生时，更多地兼顾了拱动行为的均衡性，辨别准确度更高。
[0025]
进一步的，所述控制器对信号处理电路输出的电平信号进行采集处理，当相邻两电平的时间间隔小于预设值时，判断其中一个电平为处理电路的振荡结构产生的干扰电平，控制器排除计入该干扰电平。本方案避免了因滤波电容衍生出一个多余的干扰电平对电平计数的偏差影响，提高了电平计数的准确度。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：因为采用了霍尔组件作为拱动感应器件，保证了感应器件能有效输出电信号，不受机械疲劳的影响，使用寿命极长，更能适应高频次反复触发，可靠性高。还通过磁环的半环结构以及霍尔元件的空间相交设计，有效避免了磁场线与感应器件相对角度或方向不同时，存在感应死区，不能让簧片达到正确闭合或弹开的问题，本方案保证了拱食检测的有效性。本发明还通过下料触发控制方法来进行准确按需饲喂，实现牲畜个体的差异化精确喂养，避免了饲料浪费，保证养殖的经济效益最大化。
附图说明
[0027]
图1为现有技术中一种具体的触碰杆结构示意图。
[0028]
图2为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例的结构示意图。
[0029]
图3为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例中霍尔元件的电回路电路原理图。
[0030]
图4为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例中霍尔元件输出的电信号滤波处理前的信号波形图。
[0031]
图5为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例中信号处理电路的原理图。
[0032]
图6为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例中杆体的形状结构图。
[0033]
图7为图6中杆体的连接板结构示意图。
[0034]
图8为本发明一种饲喂触发杆的一种具体实施例中信号处理电路输出的信号波形
图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0036]
本发明所提出的触发杆，其包括杆体1，所述杆体1的一端为触碰感应部，触碰感应部外活动套设有磁体组件，所述触碰感应部内置霍尔组件，霍尔组件可以作为一种电子式感应器，霍尔组件在磁场强度、穿过的磁通量足够的情况下，霍尔组件能有效输出电信号，对比现有技术中例如磁簧开关类型的机械式感应器，其不存在簧片12、13机械疲劳的问题，使用寿命极长，更能适应高频次反复触发。
[0037]
猪等牲畜在需要进食时，会有本能自发拱动物件的习惯动作，或者是在驯化后容易形成进食拱动的条件反射。磁体组件是能在触碰感应部活动的，猪需要进食时，会习惯去拱动磁体组件，在磁体组件沿触碰感应部轴向上下滑动的过程中，进入霍尔组件的磁感应触发距离后，霍尔组件在磁体组件的磁场作用下产生霍尔效应并通过电回路输出电信号，该电信号从杆体1的另一端通过引线引出，引出后一般接入下料控制单元。霍尔组件的灵敏度依据磁体组件的磁场强度、感应距离等参数进行选取。显然地，为有效感应，霍尔组件的灵敏度一般较高，并且当选取全极型霍尔组件，只要磁体组件进入触发范围，且磁通量通过霍尔组件，不分磁极方向，都能实现感应输出。较磁簧开关只有在磁极方向正确朝向才能感应，磁极反向时不能感应的情况，本方案感应的有效性得到极大提高。
[0038]
为保证只要磁体组件进入触发范围，就能百分百触发感应输出，作为一种优选方案，将磁体组件的磁性件设计成半环为n极、半环为s极的磁环2结构，该种磁环结构易于制作，成本较低，磁场理想，对稳定性和耐用性有利。考虑磁环2在被拱动时受到的碰撞，可以将其封装到一个塑料减震保护壳内，以保护磁环2不受损。对应磁环2的磁场分布，霍尔组件选取至少两组霍尔元件，霍尔元件所在平面均为纵向设置且任意两组霍尔元件相交，使得磁环2在磁感应区内沿轴向转动到任何位置，至少有一个霍尔元件输出有效的电信号，由此保证感应触发无死角。显然的，更多组的霍尔元件也可以类推，如三组，两组之间间隔120
°
，这里不作更为复杂的阐述。
[0039]
在上述思路下，可以得到如图2所示的一种优选实施例，可以选用最简单的单极性霍尔元件来组成，此时，霍尔组件为两组开关型霍尔元件，两组霍尔元件相垂直，每组霍尔元件包括两个重叠设置的霍尔片，即图2中霍尔片31、32为一组，霍尔片33、34为一组，使得磁环2在同一位置时每组霍尔元件中至多有一个霍尔片输出开关电信号，也即是霍尔组件最多输出两个开关电信号，但至少输出一个开关电信号，如此霍尔组件的成本较低，输出的电信号不至于过多杂乱，更利于本方案推广运用。
[0040]
采用开关型霍尔元件，对应的电回路如图3所述，图3只给出了单个霍尔元件的电路结构图，所述霍尔元件之间并联，即是所有霍尔元件的工作电源端连接到同一供电源，所有霍尔元件的接地端连接到相同的地，所有霍尔元件的输出端连接到一起作为共同的霍尔电压输出端out1。霍尔元件之间的并联关系，实则是霍尔开关信号输出的或关系，只要存在触发，即有信号输出，不限于此刻是一个开关信号还是两个，比如霍尔元件处于磁环2中时，
磁环2的磁感线以45
°
角穿过霍尔片31、33，此时霍尔片31、33均导通输出开关信号，霍尔片32、34截止状态。由此，确保磁环2被拱到不同位置不受限，都能有效输出霍尔开关信号。
[0041]
各霍尔元件的工作电源端除连接12v的工作电压外，还均通过第一电容c1接地，霍尔元件的霍尔电压输出端与工作电源端之间连接有第一电阻r1，霍尔元件的霍尔电压输出端与地端之间连接有第二电容c2；霍尔元件的霍尔电压输出端接入信号处理电路。霍尔元件的霍尔电压输出端常态为12v，当发生霍尔效应导通时，霍尔电压输出端的电压被拉低为0v，产生电平信号。霍尔元件及其所在回路电路可以集中在一个电路板上，置于触碰感应部内，也可以将信号处理电路也一并集中到一起，对是否集中信号处理电路不作限定，霍尔组件输出的电信号经处理后方接入饲喂系统的控制单元中，作为下料的参考信号之一。
[0042]
本发明的触发杆在配合饲喂系统使用时，难免会受到周围其他线路、器件的干扰，这些干扰会伴随霍尔组件输出的电信号一起输出，直接运算放大处理得到的信号波形图如图4所示，会出现较多杂波40，后级控制单元进行信号采集时会出错。为解决该问题，如图5所示，所述信号处理电路包括型号为lm358dt的运算放大器u7a，该运算放大器u7a的管脚二通过第四十四电容c44接地且依次连接有第四十二电阻r42和二极管d20，该二极管d20的负极作为trigger端与霍尔元件的霍尔电压输出端相连，二极管d20的正极通过第四十电阻r40接工作电压源，二极管d20的正极与第四十二电阻r42相连。运算放大器u7a的管脚三通过第四十九电阻r49接地以及通过第四十八电阻r48接工作电压源。运算放大器u7a的管脚八接工作电压源且通过第四十六电容c46接地；运算放大器u7a的管脚四接地。运算放大器u7a的管脚一与管脚三之间连接有第五十四电阻r54，管脚一连接第六十电阻r60后作为电平信号输出端接入饲喂系统的控制器中，该电平信号输出端通过第五十二电容c52接地，所述第五十二电容c52并联有第六十二电阻r62，通过第六十电阻r60与第六十二电阻r62的电阻值设置，使信号输出端trigger_in输出的电平信号的高电平电压值为3.3v，能被饲喂系统的控制器所采集读取。第四十四电容c44和第五十二电容c52起到滤除杂波的作用。
[0043]
在制造使用时，触发杆应有坚固的保护外壳以应对牲畜拱动啃咬的破坏性，因此如图6、7所示，所述杆体1的外壳为不锈钢材质且中下部上设置有用于安装固定触发杆的连接板16，连接板16也为不锈钢，焊接固定在杆体1上，连接板16用于触发杆的现场安装固定。为便于牲畜拱动，所述触碰感应部与杆体1之间的倾斜度范围是10
°
～30
°
，触碰感应部的上端外设有凸台17，其下端为底部呈球面、顶部呈螺母结构的堵头18，所述磁体组件限位活动于凸台17与堵头18之间，所述霍尔组件位于触碰感应部的中段内。
[0044]
本发明基于上述触发杆方案，对应还提出了一种下料触发控制方法，作为对牲畜投放饲料的控制环节之一。该下料触发控制环节包括如下步骤：
[0045]
步骤a、触发杆感应牲畜的拱食行为，当触发杆的磁体组件受牲畜拱动时，磁体组件上下滑动过程中处于磁感应区内时，霍尔组件输出电信号，进入步骤b。
[0046]
步骤b、饲喂系统的控制器采集触发杆输出的电信号，并判断当前时刻是否处于控制器预先设置的投料时段内，若当前时刻处于投料时段内，则进入步骤c，否则返回步骤a。
[0047]
步骤c、控制器记录当前时间t1，并在时间段[t1,t2]内持续采集触发杆输出的电信号，判断上述时间段内所述电信号是否持续产生，若是，则进入下料准备程序；否则判定为触发下料失败，返回步骤a。
[0048]
从上述步骤可知，牲畜有没有拱食行为才是下料的先决条件，能够有效避免部分
猪舍临时空置、个别牲畜厌食等情况下料的浪费问题。只有在有采食且处于下料喂养时间段的饲喂，才是有效饲喂。
[0049]
然而牲畜受训化使得饲喂有迹可循，但其仍有独立的个体行为，如猪除了需要进食时会有拱动行为触发触发杆外，在玩耍时也会做出拱动行为进而触碰到触发杆，触发杆无法区分猪此时是采食行为还是玩耍行为，如果饲喂系统不加以区分就进行下料，势必会造成饲料的严重浪费，而且也无法实现精确饲喂的控制，从而影响动物养殖的经济效益最大化。因此，本发明提出了通过判断电信号是否持续产生来区分拱食和玩耍行为。
[0050]
而具体以何方法判定步骤c中电信号是否持续产生，具体可以是如下两种具体实施例。
[0051]
其中一种是采用的是统计电信号的电平数量，若霍尔组件输出的信号经运放处理，一般得到高电平信号，此时以控制器采集到的高电平数量为依据，若时间段[t1,t2]内控制器采集到的高电平数量大于或等于预设值n，则视为电信号是持续的。n值由养猪专家根据饲养经验设置。
[0052]
另一种是，是将所述时间段[t1,t2]分为数个单位时间段，每个单位时间段内采集到有电平的，则记为一个有效拱动行为，若霍尔组件输出的信号经运放处理，一般得到高电平信号，此时控制器采集的是高电平。统计时间段[t1,t2]内的有效拱动行为总数量，若该总数量大于或等于预设值m，则视为电信号是持续的。该实施例更多地考虑了个别情况，如猪飞快拱几秒钟后离开，按照上一实施例，则很可能被判断为持续的，与实际情况存在出入，因此本实施例更多地兼顾了拱动行为的均衡性，辨别准确度更高。m值由养猪专家根据饲养经验设置。可以将所述时间段[t1,t2]分为m个单位时间段，这时实际要求的是每个单位时间段内均有拱动，对拱动行为的持续性和均衡性要求更高；一般基于经验，可以采取m略小于单位时间段数量的设置。
[0053]
当信号处理电路存在如图5所示的滤波电容时，其处理后的信号可能会因电容的振荡特性出现如图8所示的波形，高电平紧跟着会衍生出一个多余的干扰电平50，而控制器一般采用32位的内部集成有高分辨率的采集模块，会将多余的高电平信号50也计入电平数，势必在判断电信号是否持续时产生不利影响，会导致高电平计数不准，因此所述控制器对信号处理电路输出的电平信号进行采集处理时，当相邻两电平的时间间隔小于预设值时，判断其中一个电平为处理电路的振荡结构产生的干扰电平，控制器排除计入该干扰电平。预设值可根据波形上的时间间隔获得。
[0054]
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。