猪舍消杀巡检机器人系统设计与试验

针对规模化猪舍人工劳动强度大、重复作业多、疫病传播与防控形势严峻等问题,设计了猪舍消杀巡检机器人系统。该系统融合基于2D激光雷达的即时定位与建图(Simultaneous localization and mapping, SLAM)和超宽带(Ultra wide band, UWB)技术,实现舍内地图构建和系统实时定位;在确定热红外模组安装高度为125cm和安装倾角水平向下夹角5°的基础上,运用Jetson Xavier NX边缘计算单元进行视觉处理与识别算法的部署,完成在线猪只体温巡检;边缘计算单元依据终端指令对消杀模块中超声波雾化单元、紫外线辐射单元等进行决策控制,实现多模式舍内环境消杀;通过传感器技术对舍内环境参数进行实时监测;并搭建人机交互界面,实现监测信息的显示、报警、存储等。测试结果表明,该系统可完成地图构建、自动导航、猪只体温检测,记录异常猪只热红外图像及圈舍所在位置;依据设定的消杀模式,在目标点开启相应消杀功能的准确率为100%;机器人在巡检状态和静止状态下,舍内CO2浓度、温度、相对湿度的相对误差分别为0.04%、3.00%、2.10%。本研究可为疫情形势下猪舍巡检消杀少人化/无人化作业提供技术装备参考。     

猪舍自动清粪控制系统设计与实现

本文设计了一种猪舍自动清粪控制系统,主要包括刮粪板和保温隔热门、猪舍内外环境数据采集、清粪设备运行状态监测、主控制单元、自动清粪控制APP五个主要部分,并在云服务器的模型对接上传数据以及下达控制指令.通过传感器采集环境数据定时上传云服务器,经模型计算后得到控制指令,发送给舍内主控制单元,进而控制刮粪板及保温门的协同工作...     

猪舍环境无线多点多源远程监测系统设计与试验

为及时掌握猪舍内主要环境参数的时空分布特性,设计了猪舍环境无线多点多源远程监测系统。采用ZigBee网状拓扑结构进行无线分布式组网,节点设备以一主多从的形式实现多点监测。从节点以STM32嵌入式控制芯片为核心,搭载温度、相对湿度、氨气浓度、二氧化碳浓度等多种传感器。各从节点将实时采集的数据通过主节点上传至服务器,最终在Web端实现系统远程监测的功能。在广东省某规模化种猪场进行系统测试,并分析了分娩舍内各环境参数的时空分布特性。试验结果表明:分娩舍各区域温湿度变化呈负相关性,相对湿度较高;舍内氨气浓度及二氧化碳浓度变化差异性极显著(P 0. 01);系统运行稳定,锂电池可持续工作170 h,平均丢包率2. 39%,各环境参数监测量准确可靠,区域性差别显著。该系统有利于快速感知猪舍环境参数分布特性,可为猪舍环境控制优化提供参考。     

规模化猪舍废气复合净化系统设计与试验

为解决规模化猪舍废气排放造成的环境污染问题,设计了一种猪舍废气复合净化系统。该系统采用化学法与水洗法相结合,通过PLC（可编程逻辑控制器）控制系统实时采集净化系统内的pH值、电导率、液位和压差等动态环境数据,智能控制洗涤泵启停和电磁阀通断,自动完成供水、加酸、喷淋和排废4个工作环节。同时,控制系统采用MCGS触摸屏与PLC建立通讯,通过创建人机交互界面实现系统环境数据监测、运行状态流动显示、按需配置系统参数和报警信息输出等多种功能,实现了系统操作的人性化和过程的可视化。系统可根据实际应用中对净化效率和运行成本的要求,实现多种控制模式,均有效抑制了猪舍废气排放。试验结果表明,系统对主要污染成分氨气的平均去除率可达到85%,整体运行可靠、控制简单,经济成本量化清晰。该系统在江西某种猪场实施应用,成效显著,可为畜禽养殖环境废气净化处理的工程应用提供参考。     

水貂养殖轨道式双排自动饲喂车设计与试验

针对水貂饲喂环节劳动强度大、环境差,水貂饲喂机械化水平不高的问题,设计了一种水貂养殖轨道式双排自动饲喂车,该饲喂车主要包括控制系统、行走系统、输料饲喂系统、饲喂支撑架收展系统。详细分析了饲喂过程中控制系统的控制要求,研究了控制实现方法和动作过程,通过光电传感器与PLC准确控制所有电机的工作状态定位转换,实现饲喂电机工作参数的人机交互调整;设计了导向轮定轨结构,优化缩短了饲料输送管路;模仿人工饲喂时手与手臂的动作形式,设计了自动饲喂投食结构,并进行了机构运动学分析,确定了具体结构及运动参数;设计了饲喂车收展结构,并通过作业条件分析确定了结构参数。样机试验结果表明,自动饲喂车以0.6 m/s速度行进,以预设的200、400、600 g为投喂量,饲喂车实际投喂质量变化范围分别为165～210 g、355～427 g、567～622 g,饲料堆放质量变异系数分别为6.53%、3.78%、2.74%,漏喂率均为0%,满足实际饲喂要求。该自动饲喂车提高了饲喂效率,节约了劳动成本,增加了饲喂车载料量。     

自动移栽机工况信息监测系统设计与试验

针对自动移栽机工作状况信息的实时监测问题,使操作人员在作业过程中直观的监控移栽机作业情况,设计一种移栽机工况信息监测系统.以自动穴盘苗移栽机为基础,将工控一体机作为上位机设备,与PLC和GNSS接收器进行信息交互,通过对数据的计算分析,以不同形式展示至监测界面.采用PYQT完成对工况信息监测系统软件的开发,将工况信息实...     

轨道式水稻秧苗运输车的设计与仿真

插秧是水稻种植体系中的重要环节之一.近年来,人工插秧与运输秧苗等作业环节易造成劳动强度大、效率低等问题,使得人们对这些环节高效率、智能化的需求愈加迫切.为此,设计了一种结构简单、操作简便、能快速变轨且性价比高的轨道式水稻秧苗运输车.运输车采用SMC薄型液压缸,主要作用是升降轨道;采用奥普特SCI-Q 2视觉控制器,可对...     

奶牛体温植入式传感器与实时监测系统设计与试验

针对接触式奶牛体温检测方法测量精度低、实时性差,且易引起交叉感染等问题,设计了奶牛体温植入式传感器,并开发了相应的体温实时监测系统,利用无线传感网络实现奶牛体温信号的智能化监测。奶牛体温植入式传感器利用PT1000铂电阻作为温度测量探头,综合利用ADS1256模数转换器、MSP430控制芯片,对采集到的电压进行滤波处理,提高了测量精度。结合433M无线信号模块与ZigBee网络设计了项圈节点,作为将奶牛的体温数据从体内传到体外的中继节点,其中从奶牛体内传输到项圈节点使用433M无线信号模块,项圈节点再到远程监控中心使用2.4GHz的ZigBee网络,从而达到稳定、可靠传输的效果,实现了奶牛体温的高精度实时监测。分别对传感器准确性、稳定性、反应速度、传输性能及系统丢包率进行试验,结果表明,传感器温度测量误差在0.05℃以内,12h内温度最大波动为0.02℃,在15s内稳定,植入式传感器射频（RF）信息能有效传输至项圈节点,单个牛场内,整体系统的丢包率不超过1.2%,可高精度、实时检测奶牛的体温变化。     

在线近红外饲料品质监测平台设计与试验

为实现在线近红外技术在饲料生产线上的有效应用,设计了一种针对非接触式近红外探头的在线饲料监测平台,该平台安装于斗式提升机与旋转分配器之间的下料溜管处,通过平台内部加入挡板结构、形成集料空间,影响饲料颗粒的运动轨迹,降低料流速度,提高料流的均匀稳定性。基于平台的几何结构参数构建了EDEMRecurdyn耦合仿真模型,以在线近红外饲料监测平台的方管长度、方管宽度、固定挡板角、固定挡板长度为试验因素,以饲料颗粒在平台内的平均速度和变异系数为评价指标,进行了四因素三水平正交试验。试验和极差分析表明,方管宽度对饲料料流速度和均匀度特性的影响最显著;平台结构参数的最优方案为:方管长度850 mm、方管宽度250 mm、固定挡板角20°、固定挡板长度180 mm,此时饲料颗粒的平均速度为0.87 m/s,变异系数为5.32%。通过样机试验验证了仿真优化结果的有效性,该平台可持续获得满足在线分析要求的近红外光谱曲线。     

仔猪自动精细饲喂系统设计与试验

针对目前仔猪养殖成本高、自动化程度低的问题,设计了仔猪自动精细饲喂系统。系统包括机械本体和控制系统两部分,机械本体主要由下料电动机及下料螺旋装置、搅拌电动机及搅拌刀片和供水系统组成;控制系统主要由移动控制终端、控制器控制面板及控制器组成。系统控制部分可根据液位传感器、光电传感器和电动机编码器信号对自动精细饲喂装置的下料电动机、搅拌电动机和上水水泵进行实时控制,实现仔猪饲喂过程中的配料、搅拌、喂料、冲洗料桶和食槽的自动化。系统测试结果表明:系统运行稳定可靠,能够实现干湿料的精细混合和均匀搅拌;以电动机转速为150 r/min为例进行试验,自动精细饲喂系统的落料量与电动机的运行时间成正比关系(r~2=0.999 4),实际落料量与理论计算的落料量一致,其误差小于5%;测量饲喂系统螺旋装置转速分别为50、100、150、200、250 r/min时的下料量,结果表明下料量不随旋转输送装置转速的增加而无限增加,在转速为200 r/min时达到最大值,为0.133 t/h;该自动精细饲喂系统现场试验表明第2周与第3周喂养仔猪平均日增长量约为人工喂养的2倍。     

母猪精确饲喂系统的结构设计与优化

为实现母猪饲喂合理化,采用模块化设计方法,开发了新型母猪精确饲喂设备。其主要结构包括进出口门及其控制机构、下料的精确计量以及控制机构、饲喂通道的框架结构及材料和称重机构。实际应用表明,饲喂设备下料准确度得到了提高,进出口门的耐冲击力和设备的抗腐蚀能力有了增强,设备的整体性能明显改善。     

种子重力分选机预分层喂料系统设计与试验

为了提高种子重力分选机分选性能,降低设备使用调节难度,提出了种子进入分选台面的预分层工艺,设计了配套的分层喂料系统,计算确定了结构参数。在SolidWorks中建立了系统模型,采用SolidWorks-Simulation对模型工作应力和位移进行分析。采用SolidWorks-Flow Simulation对流场进行仿真和系统结构参数优化。在5TZX-50型重力分选机上进行试验,利用Design Expert 软件进行Box-Behnken响应面分析,建立了性能指标与影响因素的数学回归模型,选出了气流速度为3.40m/s、振动频率为9.75Hz、导流板倾角为29.65°的最佳组合,该组合下除轻杂率和除重杂率试验值为95.12%和96.37%。试验表明,除杂率与目标优化预测值的误差不大于1.36%,分层喂料系统满足设计要求。     

种猪自动精细饲喂系统设计与试验

设计了可用于种猪自动供料的精细饲喂系统。系统主要由可编程控制器、步进电动机及驱动器、卸料器组成,软件应用程序由组态王开发完成,主要由精细饲喂主界面和料量添加界面组成。系统运行结果表明,该系统运行稳定可靠,实现了自动精确的投放饲料,在一定的范围内投放饲料,其最大误差不超过±2%。     

精准配比料药一体化生猪饲喂器设计与试验

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析,得出转速为40～60 r/min时排料槽轮的稳定性较好,根据(100～250)∶1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10～20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况,可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力,两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内,可实现的料药质量配比范围为(93.4～251.8)∶1,给定的料药质量配比在此范围内;进行料药配比混合台架试验,试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药,解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。     

设施猪场生猪体温红外巡检系统设计与试验

针对规模化生猪养殖过程中难以及时获取猪只体温的问题,设计了基于红外技术的生猪体温巡检系统,以实现对设施猪场生猪体温的快速监测。硬件包括红外移动采集装置、系统控制装置和电源3部分。其中红外移动采集装置包括滑轨、移动小车、红外热像仪和保护壳;系统控制装置包括惠普MINI微型计算机、XP2-18R/RT型整体式控制器和DM542型数字式步进电机驱动器;电源包括电缆线和电缆滑车。控制系统集成红外图像的采集、存储控制,移动小车的运行控制及与远程服务器的数据通信等功能。在限位栏猪舍安装该装备,并进行了28 d的测试试验,试验表明:系统工作稳定,巡检过程中红外图像平均缺失率为1. 12%,能有效采集限位栏生猪红外图像。试验选择耳根区域作为生猪体温敏感区域,通过统计得到猪只耳根区域周期性巡检精度在90%以上,能有效监测猪只耳根区域温度情况。试验连续5 d对3～6号猪只耳根区域温度最大值进行监测,并统计其日均值,通过分析验证了温度数值的科学性,可为养殖人员提供有效的监测信息,对生猪的健康监测和疫情防治具有重要意义。     

池塘河蟹养殖精准投饵系统设计与试验

传统池塘河蟹养殖主要依靠渔民根据经验来估算投饵量,通过人工撑船投喂饵料,饵料利用率低且劳动强度大。由于河蟹具有领地意识且移动范围较小,池塘各处河蟹分布不均匀,因此河蟹养殖需要科学精准投饵。现有河蟹养殖投饵作业方式粗放,无法满足河蟹高效生态养殖需求。为了掌握河蟹生长规律,更加科学高效地投饵喂料,本文设计基于河蟹生长模型的精准投饵系统。利用灰色关联度分析法确定对河蟹生长发育影响最大的环境因子。在传统水产生物生长模型基础上,加入环境因子进行改进,从线性和指数两个角度对河蟹生长模型进行优化拟合。利用遗传算法（GA）-反向反馈神经网络（BP神经网络）(GA-BP神经网络)对精准投饵预测模型进行训练,通过输入水温、溶解氧含量、pH值等环境参数,推算出最佳环境影响因子数值。根据河蟹生长模型、养殖密度、养殖面积得出河蟹总质量,结合河蟹生长期存活率与投喂率便可得出总投饵量。根据池塘河蟹实际分布密度和水质参数,确定池塘各区域的饵料分配系数,将总投饵量科学地分配到池塘各个区域。通过仿真得出预测投饵量决定系数R²为0.990,预测模型具有较好的拟合效果。池塘投饵试验结果表明,基于河蟹生长...     

基于Arduino和NB-IoT的棉田环境监测系统设计

针对传统的棉田环境监测监测系统网络中传输距离短、功耗高、网络结构复杂、信号在传输过程中易受干扰等缺点,以Arduino开发板和NB-IoT无线传输技术为核心技术,设计了一种基于高度集成化、广覆盖、低功耗的棉田环境监测监测系统.系统以ATmega 328 P嵌入式芯片为主控制器,感知层通过终端节点采集温湿度及氮磷钾、电导...