家禽自動(dòng)化喂食飼料設(shè)備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃曉君

（深圳市中輝電氣設(shè)備有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

在科學(xué)技術(shù)水平日新月異的形勢下，如何應(yīng)用各類傳感器+無線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行搭配，打造出智能化監(jiān)測、控制、管理系統(tǒng)于一體的家禽自動(dòng)化喂食飼料設(shè)備，已成為機(jī)電一體化專業(yè)工作者熱衷的話題。該家禽自動(dòng)投食系統(tǒng)不僅能夠節(jié)省飼料，自動(dòng)對(duì)家禽進(jìn)行投食并實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飼養(yǎng)、監(jiān)測等功能，也能夠減少人與家禽的接觸，有效防止病毒的傳播，滿足養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展需求[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

監(jiān)控系統(tǒng)是通過前置的麥克風(fēng)來捕獲家禽的特定頻率的聲音，這種智能自動(dòng)接收禽類饑餓的信號(hào)再基于Adobe Flash 平臺(tái)制作的應(yīng)用程序(Flash 應(yīng)用程序是基于ActionScript 3 語言創(chuàng)建的原生腳本)，該應(yīng)用程序模塊在能便捷生成家禽和游戲的模塊操作成功的情況下產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，生成具有唯一響應(yīng)的互動(dòng)游戲信號(hào)源，然后傳遞給系統(tǒng)硬件的電路，由電路驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)伺服電機(jī)給雞喂食[2]。同時(shí)，該應(yīng)用可以通過監(jiān)控探頭來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看家禽活動(dòng)和進(jìn)食情況，用餐時(shí)間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，記錄養(yǎng)殖動(dòng)物的狀態(tài)和養(yǎng)殖動(dòng)物的活動(dòng)軌跡再送達(dá)飼養(yǎng)者的手機(jī)。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 家禽自動(dòng)化喂食飼料設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件電路

2.1 伺服電動(dòng)機(jī)

伺服電機(jī)(servomotor)是間接變速的一種補(bǔ)進(jìn)型電機(jī)，也就是動(dòng)力機(jī)構(gòu)，主要作用是伺服系統(tǒng)控制中的機(jī)械部分的轉(zhuǎn)動(dòng)（操作者通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)喂食機(jī)前后左右四維的驅(qū)動(dòng)，其次是投料量的微動(dòng)操控）。該部分主要的工作原理是收集電信號(hào)，并將電控發(fā)動(dòng)機(jī)軸的輸出角位移或角速度變形。機(jī)電比擬步進(jìn)式接收伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度輸入信號(hào)的精度控制，反應(yīng)速度快，并有反饋機(jī)構(gòu)，通過感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)位置[3]。由于輸入信號(hào)可以準(zhǔn)確地控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，使食品位置被準(zhǔn)確地拋出，從而實(shí)現(xiàn)不浪費(fèi)。而投擲的是數(shù)字式伺服HS-5485-HB，驅(qū)動(dòng)力為6.4kg/cm，額定電壓為4.8V～6.0V，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為5.2kg/cm～6.4kg/cm，根據(jù)進(jìn)料情況選擇食物位置需求，該系統(tǒng)伺服電機(jī)型號(hào)為Hitec 投擲式，將食物在輸送帶上充分持續(xù)馴服家禽。其輸入控制信號(hào)可以通過硬件提供脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)整信號(hào)（PWM）、PWM 或軟件支撐[4]。

2.2 以高靈敏聲控設(shè)計(jì)LM556芯片為核心

設(shè)計(jì)有兩個(gè)公共電源端和地線端獨(dú)立的WEP2119芯片時(shí)間參考電路，由于核心是高靈敏聲控設(shè)計(jì)LM556 芯片（其物理性能見表1，圖2 為LM556 芯片接腳端說明）并有內(nèi)部配置的雙時(shí)集成電路，LM556 芯片實(shí)現(xiàn)高敏語音控制的集成電路。 在為家禽自動(dòng)投擲飼料的過程中，輸出PWM 信號(hào)控制LM556 芯片伺服電機(jī)。由于LM556 芯片中包含2個(gè)555 定時(shí)器，因此可能會(huì)產(chǎn)生PWM 信號(hào)，從而導(dǎo)致其采取多振蕩器。另外，根據(jù)芯片的不同，PWM 信號(hào)的占空比也會(huì)有所變化，本設(shè)計(jì)中，LM556 芯片的供電電壓范圍為4.5V～18V，選擇電池操作的電路中常用的5V系統(tǒng)硬件的電路供給[5]。

表1 LM556芯片物理性能

圖2 LM556芯片接腳端說明

2.3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

如圖3 所示，這是主電路系統(tǒng)的硬件部分的Lm556芯片在Flash應(yīng)用、語音信號(hào)和語音信號(hào)執(zhí)行等末端控制電路的接腳。LM556 芯片內(nèi)有兩個(gè)555計(jì)時(shí)器獨(dú)立芯片，分別發(fā)出音頻和PWM信號(hào)。該電路有1M 和2M 的電阻，與PWM 信號(hào)的所占空比約為67%。'右邊的輸出端采用555 芯片的輸入端口，左邊是可變占空比PWM信號(hào)，正向和反向占空比控制伺服電機(jī)。在LM 556 芯片的電路只能通過信號(hào)的占空比來改變變阻器的電路，由于是標(biāo)準(zhǔn)配置改變阻值，所以與之相連的自動(dòng)開關(guān)必須支持兩個(gè)不同阻值的寄存器，兩個(gè)占空比的PWM信號(hào)的占空比才能使用。為了解決這個(gè)問題，在555 芯片電路的右側(cè)輸出端連接一個(gè)47k?電阻。

圖3 系統(tǒng)主硬件Lm556芯片工作原理

圖4 電阻阻值控制電路

圖4所示為電阻控制電路的阻值，可以通過一個(gè)47k?電阻在驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)中檢查芯片的電源5 V，也可以省略直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電阻。47V～5 V電壓和時(shí)鐘信號(hào)所連接的寄存器中的電阻值為K歐姆，時(shí)鐘信號(hào)來自555 芯片組右側(cè)的時(shí)鐘信號(hào)。多諧振蕩器是一個(gè)芯片，作為方波信號(hào)的一部分。設(shè)置電阻和電容的值，方波信號(hào)的周期約為1 s。一個(gè)周期內(nèi)，輸出信號(hào)為3.9%、9.8%，PWM 占空比為3.9%、9.8%，使電流通過旁路或47k?電阻，控制伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)。它利用LM 556 芯片控制電路中的一組音頻信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)，而555芯片則是利用電路中的一個(gè)47k?電阻，改變PWM 信號(hào)的占空比，將其轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)。

3 語音+視頻數(shù)據(jù)采集

基于語音識(shí)別家禽求食的特性，系統(tǒng)會(huì)預(yù)先收集家禽求食聲音數(shù)據(jù)，再為Flash應(yīng)用建立Web服務(wù)器，利用PHP腳本準(zhǔn)備和采集數(shù)據(jù)庫中傳來的參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳遞給基于2.2 版本的Apache HTTP 服務(wù)器建立的Apache HTTP 服務(wù)器，見圖5-A。在任何時(shí)候或一定時(shí)間段內(nèi)，能夠在數(shù)據(jù)的傳遞中，對(duì)養(yǎng)殖的家禽進(jìn)食情況有完全的掌控。另外，通過在家禽自動(dòng)化喂食飼料設(shè)備結(jié)構(gòu)中設(shè)置的監(jiān)視探頭，飼養(yǎng)員可對(duì)養(yǎng)殖的家禽進(jìn)食情況、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)長等通過手機(jī)在線實(shí)時(shí)視頻作觀察，而相關(guān)的數(shù)據(jù)也會(huì)實(shí)時(shí)傳送到手機(jī)以便咨詢、討論和掌控。見圖5-B。

4 結(jié)論

基于上述家禽自動(dòng)化喂食飼料機(jī)分析，本設(shè)備以LM 556 芯片為核心，投入成本低，能及時(shí)收集信息，是一種靈敏的語音設(shè)計(jì)識(shí)別飼料喂食機(jī)，能通過監(jiān)控系統(tǒng)和服務(wù)器中設(shè)置實(shí)時(shí)自動(dòng)喂食家禽，并記錄數(shù)據(jù)，大大降低了飼養(yǎng)成本和時(shí)間；對(duì)所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和研究可知家禽進(jìn)食習(xí)慣。該系統(tǒng)還可以通過檢測整個(gè)飼養(yǎng)過程中的控制，如網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)(在疾病管理中的防疫成效)，體現(xiàn)了家禽喂食機(jī)易于維護(hù)和管理的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)具有良好的效益和效率，其應(yīng)用有一定的前景。

圖5 語音+視頻數(shù)據(jù)采集