犢牛飼喂管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郝峰　謝明亮　艾翔　馮迪

摘 要：隨著農(nóng)牧業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加速，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，全國(guó)各地養(yǎng)牛場(chǎng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大。為了實(shí)現(xiàn)犢牛的健康生長(zhǎng)，提高犢牛成活率和飼養(yǎng)管理的有效性，我們對(duì)飼喂管理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，采用信息化、智能化手段，充分考慮飼喂管理中提高科學(xué)性、舒適性和疾病防控等方面問(wèn)題，探討了犢牛飼養(yǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，為犢牛健康成長(zhǎng)提供了整體的解決方案。

關(guān)鍵詞：犢牛 飼養(yǎng) 管理 技術(shù)

犢牛是指3～6月齡之內(nèi)以乳汁為主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的初生小牛。犢牛是農(nóng)場(chǎng)的未來(lái)，犢牛的發(fā)育狀況將直接影響農(nóng)場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展。為了給犢牛健康的生長(zhǎng)環(huán)境，此階段的小牛被安放在犢牛島“一圈一牛”進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理?？茖W(xué)研究表明，犢牛的飼喂要做到“四定”，即定人、定時(shí)、定量、定溫，可以有效提高犢牛的體質(zhì)。

一、犢牛飼喂自動(dòng)化管理改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)科學(xué)化自動(dòng)化管理，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)上述飼喂方式做進(jìn)一步改進(jìn)：建立有上位機(jī)、單片機(jī)處理系統(tǒng)、傳感器等組成自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、分析、處理系統(tǒng)。從犢牛出生開始，利用RFID技術(shù)，從出生開始，對(duì)每頭小牛的出生日期、父母、體質(zhì)等做一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，之后對(duì)犢牛進(jìn)行數(shù)據(jù)采集補(bǔ)充。所有工作人員都可以根據(jù)讀取耳標(biāo)和后臺(tái)數(shù)據(jù)，對(duì)該牛情況進(jìn)行充分了解;還可以根據(jù)進(jìn)食記錄，規(guī)劃奶牛進(jìn)行進(jìn)食時(shí)間。

設(shè)計(jì)專用運(yùn)奶車，采用水浴加溫的方式，控制犢牛食用牛奶的溫度，并通過(guò)溫度檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)奶溫，并設(shè)計(jì)清洗消毒方案，確保犢牛吃到適宜溫度且放心的奶。

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)奶牛的牛齡、體重、體質(zhì)等分析，通過(guò)犢牛牛奶飼喂公式計(jì)算出奶牛的飼喂量，并將奶牛飼喂量轉(zhuǎn)化為奶箱中所需要的牛奶高度，上位機(jī)將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)，精準(zhǔn)控制運(yùn)奶車的出奶量。

二、犢牛飼喂自動(dòng)化管理系統(tǒng)總體功能流程

犢牛飼喂系統(tǒng)的主要功能有兩個(gè)：1.精準(zhǔn)科學(xué)地為犢牛及時(shí)提供適溫、適量的牛奶;2.采集犢牛日常數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，為工作人員科學(xué)管理提供依據(jù)。

犢牛飼喂系統(tǒng)主要由一臺(tái)上位機(jī)、移動(dòng)飼喂站和通訊系統(tǒng)等構(gòu)成。總體設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

具體工作狀態(tài)如下：

①工作人員使用耳標(biāo)讀寫器讀取耳標(biāo)，將牛的ID號(hào)上傳上位機(jī);②同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)時(shí)刻對(duì)奶溫檢測(cè)傳感器、奶量檢測(cè)傳感器、體重檢測(cè)傳感器的采集數(shù)據(jù)處理和加熱器進(jìn)行控制;③上位機(jī)通過(guò)ID號(hào)調(diào)出犢牛資料，同時(shí)根據(jù)體重傳感器的數(shù)據(jù)，利用犢牛飼喂公式計(jì)算出奶牛的飼喂量，并將奶牛飼喂量轉(zhuǎn)化為奶箱中所需要的牛奶高度，并將該數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理系統(tǒng)，上位機(jī)記錄放奶量;④單片機(jī)處理系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，控制電磁閥放奶。

三、犢牛飼喂管理系統(tǒng)部分功能介紹

（一）軟件系統(tǒng)構(gòu)成

上位機(jī)主要部分是電腦軟件系統(tǒng)構(gòu)成。軟件系統(tǒng)是整個(gè)犢牛飼喂系統(tǒng)的大腦。主要功能包括：

1.建立奶牛信息庫(kù)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。通過(guò)下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和工作人員的人工操作等，建立所有犢牛牛生信息庫(kù)，包括出生日期、父母、體重、每日進(jìn)食情況、生病情況及用藥處理等，并能夠根據(jù)下位機(jī)的上床數(shù)據(jù)自動(dòng)更新備份數(shù)據(jù)。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)生成每頭牛各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析圖表和牛場(chǎng)總體犢牛各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析圖表。工作人員可以翻閱每頭犢牛的具體信息，既有利于對(duì)每頭犢牛的具體管理和整個(gè)牛場(chǎng)的綜合管理，也可以對(duì)各項(xiàng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)養(yǎng)牛經(jīng)驗(yàn)。

2.軟件系統(tǒng)還有一項(xiàng)重要功能就是根據(jù)耳標(biāo)讀寫器讀到犢牛標(biāo)號(hào)，同時(shí)根據(jù)稱重傳感器上傳的該牛體重，利用犢牛牛奶飼喂公式計(jì)算出牛奶的飼喂量，并將奶牛飼喂量轉(zhuǎn)化為奶箱中所需要的牛奶高度，并將該數(shù)據(jù)傳送給下位機(jī)。

（二）硬件系統(tǒng)的分析介紹

單片機(jī)處理系統(tǒng)是下位機(jī)的控制核心，控制著犢牛飼喂系統(tǒng)的全部工作過(guò)程。他的應(yīng)用領(lǐng)域、自帶資源、可擴(kuò)展性、成本和開發(fā)環(huán)境等是選擇過(guò)程中必須要考慮的幾個(gè)條件。處理器主要分為三種，即：MPU、MCU和DSP。

單片機(jī)處理系統(tǒng)的主要工作流程為：將奶溫檢測(cè)傳感器、奶量檢測(cè)傳感器、體重檢測(cè)傳感器的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)加熱器進(jìn)行控制，并將體重測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞缴蟼鹘oPC機(jī)（奶溫、奶量、加熱器的數(shù)據(jù)不需要上傳，單片機(jī)系統(tǒng)可以自行處理），之后接收PC機(jī)下發(fā)的指令，控制上述傳感器做出相應(yīng)的反應(yīng)。

（三）耳標(biāo)識(shí)別和稱重系統(tǒng)

耳標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)主要是由耳標(biāo)和耳標(biāo)讀寫器組成的。稱重系統(tǒng)的主要目的是對(duì)犢牛進(jìn)行稱重，并將數(shù)據(jù)上傳到單片機(jī)系統(tǒng)，安裝于犢牛飲奶口處，稱重系統(tǒng)與單片機(jī)系統(tǒng)間采用了藍(lán)牙通訊。

（四）奶量檢測(cè)及加熱系統(tǒng)

奶量檢測(cè)的目的是實(shí)現(xiàn)犢牛飼喂的定量控制。本系統(tǒng)利用紅外線測(cè)距原理進(jìn)行測(cè)距，測(cè)距精度高，不與奶接觸不會(huì)污染奶源。奶箱為估計(jì)的長(zhǎng)方體，單位下降水位是相同的，下降體積是可計(jì)算的，在長(zhǎng)、寬和奶的密度固定的情況下，通過(guò)測(cè)量奶位，即可控制奶排出的質(zhì)量。

犢牛飼喂過(guò)程中奶溫、飼喂量和飼喂次數(shù)是三個(gè)最為關(guān)鍵的因素，它們對(duì)犢牛成長(zhǎng)的日增重和發(fā)病、死淘率起著關(guān)鍵性作用。所有溫度控制系統(tǒng)在犢牛的飼喂系統(tǒng)中是必須有的環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]羅國(guó)成.哺乳期犢牛飼養(yǎng)管理[J].世界熱帶農(nóng)業(yè)信息，2019（8）：42—43.