机械毕业设计598动物分食机构设计说明书.docx
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机械毕业设计598动物分食机构设计说明书
本科毕业论文(设计)
题目:
动物分食机构
学院:
工学院
姓名:
学号:
专业:
农业机械化及其自动化
班级:
指导教师:
二014年5月
摘要
生猪生长性能的测定是生猪养殖过程中最关键的环节,在大多数的养猪场都是采用电子称或者磅秤对生猪的生长的性能指标进行简单的测量,而且这种人工方式对生猪生长性能的测量的准确度很难实际反映生猪的生长速度、饲料的利用率等重要的性能指标,更无法对生猪的生长状况做出有效的监控和数据信息的统计分析。
设计出一套能准确测定生猪生长性能的系统对提高我国的生猪养殖水平有着十分重要的意义。
本研究将结合RFID(RadioFrequencyIdentification)射频识别技术、单片机自动控制技术、数据库和上位机管理软件技术设计出一套准确测定生猪生长性能的测定系统,使生猪生长性能测定实现自动化、智能化。
通过上位机的软件对生猪生长性能的数据的分析更好的了解的生猪的生长状况,有利于健康养殖。
系统是由下位机单片机自动控制系统和上位机管理软件两个重要部分组成。
主要是以AT89S52单片机为核心构成整个下位机自动控制系统,其主要功能模块包括:
电子耳标射频识别模块、生猪个体体重称重模块、喂料饲料称重模块、加料电机驱动控制模块、采食数据的采集、存储、处理、显示、发送模块、时间显示等。
上位机管理软件是基于SQLServer2005和可视化集成开发软件DelphiXE为平台开发的,主要功能包括:
接收下位机发送的数据、发送控制命令、保存下位机发送数据、处理数据、图表显示并查询、打印报表等功能,更重要的通过数据分析是可以生成生猪生长的健康曲线,更好的指导生猪的健康养殖。
系统有以下的特点:
(1)利用射频识别技术(RFID)对生猪个体的识别;
(2)采用高精度采集模块采集压力传感器的信号;(3)实现了自动化、智能化对生猪个体的饲喂,自动采集生猪生长性能,并能够自动分析和处理数据,生成生猪健康生长曲线。
系统的设计采用的是模块化设计的原则,而且采用了开发环境很成熟、价格便宜的单片机AT89S52作为主控制器的硬件核心,使成本很低、可靠性大大提高。
试验表明:
压力传感器的静态称量误差小于0.2%;射频识别系统的读卡器灵敏度高,读卡时间小于15ms,识别距离达到8cm;软硬件系统能够稳定运行。
该系统已经到达了设计的要求,对生猪养殖提高具有一定的意义。
ABSTRACT
Thepiggrowthperformancedeterminationisakeylinkinthepig-breedingproduction.Platformscaleandelectronicscaleareusuallyappliedforpiggrowthperformanceoftestingworkbysimplereckoninginmostoffarms.Performancetestingwiththeartificialmethod,whichisreluctanttoreflectthekeyperformanceindexofgrowingspeedandfeedconversionefficienciesaccurately,thatcannotmakeaneffectiveconditionmonitoringandstatisticalanalysisofdataforpiggrowth.Thereforeitisurgentandimportanttodevelopaccuratetestingequipmenttoworkforpigbreedinginchina.
RFID(RadioFrequencyIdentification)technology,single-chipautomaticcontroltechnology,DatabaseandPCmanagementsoftwaretechnologywillbeappliedinperformancetestingofbreedingpiginthisstudy,tomakedeterminationtoachieveintelligentautomation.TheresultofanalyzingdataofpiggrowthperformancebythePCmanagementsoftwareisabletounderstandpiggrowthsituationandisconducivetoculturehealthily.
Thissystemiscomposedofdeterminationstationswithsingle-chipautomaticcontrolsystemandaPCHostmachine.AutomaticcontrolsystemtakesAT89S52single-chipasthecore,whichisresponsibletoidentifytheelectroniceartag,toweighthepigandfeedwiththeelectronicscale,tocontrolthefeedingmotor,tocollect,tomemory,todispose,timedisplayandtransmitthefeeddata.PCmanagementsoftwareisbasedonSQLServer2005andvisualintegrateddevelopmentsoftwareplatformofDelphiXE,whichisresponsibletoreceiveandtosavethedatawhichthesingle-chipautomaticcontrolsystemsends,itwillsendcontrolcommands,itwillanalyze,summarizeanddisposethedata.Thegraphandtheanalysiswouldbedisplayedonthemonitororbeprintedwiththeprinter.Moreimportantly,thosedatacangeneratethepiggrowthofhealthycurvebydataanalysistoguidancebreedingpigeffectively.
Thispig-determinationintelligentsystemhasfollowingcharacteristic:
(1)usesofradiofrequencyidentification(RFID)technologyfortheidentificationofindividualpigs;
(2)usinghigh-precisionacquisitionmoduleforgettingpressuresensorsignal;(3)achievingthatitisautomaticandintelligenttofeedindividualpig,itcanIIautomaticallygetpiggrowthperformanceanditisabletoautomaticallyanalyzeandprocessdataandgeneratehealthygrowthcurveofpigs.
Thissystemofdesignmethodusesamodulardesignprinciple;thedevelopmentenvironmenttakesAT89S52whichisverymatureandinexpensivemicrocontrollerasthemastercontrollercore.Thereforeitmakesthecostbelow,andmakereliabilitybeincreased.
Experimentsshowthatpressuresensorhasahighprecision,staticerroris0.2%;RFIDreaderishighsensitive,readingtimeconsumptionislessthan15ms,readingdistancecanreach8cm;theoperationofhardandsoftwarearestable.Thissystemhasreachedthedesignrequirementsofthepigbreedingandhasimprovedgreatsignificance.
Keywords:
RFID;Single-chipcontroller;Electroniceartag;Delphi;Dataacquisition;Determinationofgrowthperformance
目录
中文摘要
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.1.1研究背景1
1.1.2研究意义2
1.2国内外的发展状况..................................................21.3研究的主要内容………………………………………………………………….4
1.4本论文章节安排……………………………………………………………………4
1.5本章小结……………………………………………………………………………5
2系统的总体设计…………………………………………………………………………6
2.1系统的功能介绍6
2.2采食量记录系统(F.I.R.E)测定饲料转化率…...6
2.3采食量记录系统(F.I.R.E)描述采食行为7
2.4系统的整体框架结构设计系统9
3采配料称重系统………………………………………………………………………10
3.1简介10
3.2系统称重方法的研究10
3.2.1动态称重的解决方案11
3.2.2动态定量称重的关键问题11
4零部件的设计14
4.1称重传感器14
4.1.1称重传感器的测试原理……………………………………………………14
4.1.2称重传感器检测数据分析 …………………………………………………14
4.2拉压式传感器15
4.3流量传感器……………………………………………………………………………………16
4.3.1基本原理 16
4.4猪用饮水器16
4.4.1猪用饮水器的行业作用16
4.5漏粪地板17
4.5.1漏粪地板的类型17
4.5.2漏粪地板的运用17
参考文献18
致谢23
第一章绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
随着社会的不断发展,普通的民众的生活水平不断提高,消费者对食品的健康越来越关注,其中食品安全也越来越受到消费者的重视,同时最近几年频繁出现的猪肉的安全事故在不断的引起消费者对猪肉是否健康的担心,从而促使人们对猪肉产品信息的追溯技术有着迫切要求的愿望。
猪肉产品信息追溯技术的出现和提高与扩大猪肉消费者对猪肉产品和提供猪肉相关产品的企业的信任不断的动摇着猪肉市场的稳定与提高猪肉相关产品的企业的发展状况。
过去频繁发生的猪肉质量的事故消弱了广大消费者对猪肉产品和提供猪肉相关产品的部分企业的信任,直接加剧了猪肉消费的波动,甚至是大规模的动荡。
近年来,猪肉产品信息追溯技术的提出,成为解决这一问题的一个很好的技术解决方案,而且该技术的不断发展为生猪的育种、饲养、屠宰、加工、流通分销和终端销售等环节提供了一套有效的科学管理的新方法,间接的促进了生猪养殖和加工销售企业提高工作效率、提高管理水平、塑造品牌、不断赢得消费者信赖。
未来能够在猪肉消费市场生存下来并且不断发展壮大的与猪肉相关的企业将是严格实施产品追溯技术的企业[“。
可以预见,猪肉产品追溯技术将在未来的几年内会出现快速的发展,而对生猪养殖业的来说,最重要的环节就是饲养的过程「2]。
其中发展生猪生长性能的测定技术必将会对猪肉产品追溯技术和提高生猪养殖业的水平起着重要的作用。
1.1.2研究意义
对于我国目前生猪养殖水平,制约着提高的的关键因素之一是生猪养殖设备的落后。
使用生猪采食自动记录设备可以准确记录自由采食情况下群养猪的个体采食量、重量,料槽内的电子测量系统可以使猪的采食量精确到克。
随着测定时间的推移,测定生猪在每一天或者整个测定周期内的采食量、采食持续时间、采食次数、采食前后体重、喂料量等被记录。
然后,测定站的计算机根据数据自动计算,分析形成测定生猪生长期的日增重、日采食量、词料转化率等数据报表。
养殖设备的技术水平也是体现一个国家生猪养殖业发展水平的重要标志之一,国内外十分重视生猪养殖业设备的研发和使用。
每一个猪场都必须向客户提供生猪的一些性能参数,比如:
生猪的生长速度、体重的R增重、饲料利用率等指标,而测定生猪生长性能指标的设备和相关技术是提供这些准确数据的有了保证。
所以大力研究生猪生长性能测定的设备,以计算机技术、射频技术、传感器技术、控制技术、通信技术和软件技术为特征的现代化技术,应用于养猪业生猪测定中,研制出符合我国国情的生猪生长性能自动测定系统对我国的生猪养殖业有重要的意义。
1.2国内外的发展状况
上个世纪50年代,美国、德国、丹麦等欧美发达国家出现小规模的工厂化养猪,而且其发展很迅速,慢慢的形成了一整套比较完善的养猪工艺模式、配套设备以及一些比较成熟的词养管理技术。
上个世纪70年代后期,一些欧美发达国家自己开发的牛场管理信息系统已得到成功应用。
上个世纪80年代后期这些欧美发达的国家开始开展了对种猪性能自动化测定系统的研究,在自动给料站,当耳朵上装有电子感应耳标的猪进入给料站的时候,射频接收器就会立即识别出猪的耳标号,同时记录下猪的耳标号并传送到计算机上,记录每次的釆食量,每次的采食时间、每次采食前后的体重、每天的采食次数等重要的数据信息,由单片机完成初步的统计数据的工作,然后上传到计算机。
上个世纪90年代以来,在电子信息技术不断进步的基础上拓宽的高新技术及其应用领域,如:
采用机器视觉分析技术应用于动物行为分析与监视、识别;基于个体体形图像分析优良品种选育与动物体重评估;动物词养管理多媒体知识咨询系统等都已慢慢地实用化。
BigDuctchman公司研制的一套控制管理系统,实现的功能包括温度、湿度、氨气浓度等气体环境参数的自动获取,饮水量和采食量数据信息的自动采集、栏舍的通风、温度、喂料量的自动控制[6]。
几十年来,不管是发达国家还是发展中国家,现代化养猪都得到迅速发展。
大规模现代化养猪场越来越多,有些养猪企业已达几十万头规模,甚至有的超过一百万头规模。
发达国家一般现代化养猪场提供的猪肉约占全国产量的80%,其猪场的机械化、自动化程度较高,计算机等高科技设备被广泛应用。
尤其是全自动化的生猪生长性能测定系统的应用,保证了欧美国家养猪事业的快速发展。
近几年来,美国奥斯本工业公司、法国兴业公司、德国必达公司等少数公司设计生产了全自动化的测定系统。
该系统技术先进,全自动化,准确率高,大大提高了生猪养殖水平的发展,从而推动了整个养猪业的进步。
在国外,世界上较大的生猪养殖公司大多选择了美国奥斯本工业公司的生猪生长性能测定系统作为他们的育种工具,部分种猪场使用了法国或德国生产的全自动化测定系统,借此提高生长性能测定的准确性,提高生长性能测定的水平。
目前,我国的生猪养殖设备基本上很落后,传统的生猪生长性能测定的模式是:
一般是实行单栏喂养或者是2?
5头生猪在一个大栏中饲养,而且每头生猪通过习惯性训练后有个体固定的采食位置。
通常记录员采集测定猪每天的采食重量或者是由饲料体积转换为饲料重量的数据,并定期对测定猪体重(通常是每隔一个月或仅仅是测定开始和结束时)进行测量以获得测定猪生长速度的数据信息。
这种人工的测量过程的不足之处是:
(1)在测定的过程中很容易发生人为的主观性的错误,如饲料重量或对生猪重量的测量不准确(通常误差都在5%以上)或测定记录出错等,这样的导致的结果是影响测定的精确性,数据的可靠性不是很高;
(2)由于人工手工测量对生猪体重测量的烦琐和费力过程的复杂性导致了不能对测定猪生长速度进行连续记录,每次称重的过程必定会对测定猪造成不同程度的应激并对测定猪生长发育造成了一定的不利影响。
因此不可能对测定猪每天进行体重的测量从而取得其每天的生长速度的连续数据;(3)主要以手工测定的模式决定了测定数据的存在着客观偏差。
比如手工测定过程中,而测定猪必须采取定时定量的采食方式,其采食过程中的采食方式、采食时间以及采食量与实际喂养自然状况下的自由采食模式肯定会有一定的偏差;小群体喂养的固定采食栏位虽然间接地消除了个体测定猪之间的自由采食的竞争,但是这与实际喂养的状况是完全不太相符的,而且更重要的是某些生产性能指标表现很好的生猪并不能代表该生猪个体具有良好的竞争性,而其后代在实际自由的喂养环境中或许会有不佳的表现;小群体的喂养生猪(2?
5头)与实际中的大群体的喂养(10?
30头)的对个体生长速度和采食量的测定也会出现一定的偏差”。
所以目前国内基本上还是要借助人工经验来判断其优劣,缺乏科学准确地依据进行判断,从而严重阻碍了我国养猪业的发展。
如果采用自动化设备进行生猪的性能测定,上述问题就会迎刃而解。
但直接大量进口国外的生猪生长性能测定系统设备不太现实,整套设备比较昂贵,加上服务和维护还没有到位,软件没汉化操作不便,使许多国内猪场望而却步。
在我国只有少数一些政府的测试中心、有实力的大型企业引入国外的种猪生长性能测定系统设备,如北京养猪育种中心、北京市顺义种猪性能测定站、农业部种猪质量监督检验测试中心(武汉)等引入法国ACEMO公司的ACEMA64系统;深圳光明猪育种中心于2001年、农业部种猪质量监督检验测试中心(广州)于2006年、广东温氏集团于2008年引入美国奥斯本工业公司的FIRE也系统在研究国外先进技术基础上,加以优化,研制出符合我国国情的高性能、低价格的生猪生长性能测定系统设备,是一条切实可行的路子,可大大提高我国养猪生产水平。
1.3研究的主要内容
本文将结合射频识别、计算机控制和远程通信、数据库管理、上位机软件开发技术等技术提供了生猪个体的自动识别、采食量和体重的数据信息的采集、以及其他的数据的自动记录,并上传到上位机数据库进行数据的存储和处理,自动形成按照需求的各种测定报告的设计方案。
所做的工作有以下几个方面:
(1)系统的总体方案的设计;
(2)主要的硬件模块的设计:
计算机化的全自动种猪性能测系统(FeedIntakeRecordingEquipment,简称F.I.R.E)主要是针对30~150kg阶段的生长期猪只而研制开发的,它包含数个饲喂站和一台收集贮存采食信息的计算机,其中,饲喂站设有电子感应装置和天线,能识别猪只个体所携带的电子耳牌,测定站保证在任何时候只容许1头猪进入采食。
只要猪一进入测定站采食,测定站将记录猪的电子耳牌号码、采食时间、采食量以及猪体重。
随着测定时间的推移,测试猪群中的每头猪在每一天或整个测定期的饲料采食行为,如饲料采食量、采食持续时间和日体重等均被记录。
然后,测定站计算机自动计算、分析形成测定猪生长期的日增重、饲料采食量、饲料报酬等数据报表。
(3)各个模块的功能调试试验。
(5)数据的功能测试。
1.4本论文章节安排
基于本人所做的主要工作,本文的章节安排如下:
(1)第一章绪论。
主要介绍课题的研究背景及意义、国内外动态及发展趋势和研究的主要内容。
(2)第二章系统全自动种猪性能测定系统的总体设计。
主要介绍的是设计框图。
(3)第三章系统的设计。
主要介绍的是传感器的设计,包括饮水系统的设计、重量采集模块的设计、系统显示模块的设计
(5)第五章系统的调试。
主要介绍了下位机的主要模块调试、上位机和下位机4式是:
一般是实行单栏喂养或者是2?
5头生猪在一个大栏中饲养,而且每头生猪通过习惯性训练后有个体固定的采食位置。
通常记录员采集测定猪每天的采食重量或者是由饲料体积转换为饲料重量的数据,并定期对测定猪体重(通常是每隔一个月或仅仅是测定开始和结束时)进行测量以获得测定猪生长速度的数据信息。
这种人工的测量过程的不足之处是:
(1)在测定的过程中很容易发生人为的主观性的错误,如饲料重量或对生猪重量的测量不准确(通常误差都在5%以上)或测定记录出错等,这样的导致的结果是影响测定的精确性,数据的可靠性不是很高;
(2)由于人工手工测量对生猪体重测量的烦琐和费力过程的复杂性导致了不能对测定猪生长速度进行连续记录,每次称重的过程必定会对测定猪造成不同程度的应激并对测定猪生长发育造成了一定的不利影响。
因此不可能对测定猪每天进行体重的测量从而取得其每天的生长速度的连续数据;(3)主要以手工测定的模式决定了测定数据的存在着客观偏差。
比如手工测定过程中,而测定猪必须采取定时定量的采食方式,其采食过程中的采食方式、采食时间以及采食量与实际喂养自然状况下的自由采食模式肯定会有一定的偏差;小群体喂养的固定采食栏位虽然间接地消除了个体测定猪之间的自由采食的竞争,但是这与实际喂养的状况是完全不太相符的,而且更重要的是某些生产性能指标表现很好的生猪并不能代表该生猪个体具有良好的竞争性,而其后代在实际自由的喂养环境中或许会有不佳的表现;小群体的喂养生猪(2-5头)与实际中的大群体的喂养(10-30头)的对个体生长速度和采食量的测定也会出现一定的偏差。
所以目前国内基本上还是要借助人工经验来判断其优劣,缺乏科学准确地依据进行判断,从而严重阻碍了我国养猪业的发展。
如果采用自动化设备进行生猪的性能测定,上述问题就会迎刃而解。
但直接大量进口国外的生猪生长性能测定系统设备不太现实,整套设备比较昂贵,加上服务和维护还没有到位,软件没汉化操作不便,使许多国内猪场望而却步。
在我国只有少数一些政府的测试中心、有实力的大型企业引入国外的种猪生长性能测定系统设备,如北京养猪育种中心、北京市顺义种猪性能测定站、农业部种猪质量监督检验测试中心(武汉)等引入法国ACEMO公司的ACEMA64系统;深圳光明猪育种中心于2001年、农业部种猪质量监督检验测试中心(广州)于2006年、广东温氏集团于2008年引入美国奥斯本工业公司的FIRE也系统在研究国外先进技术基础上,加以优化,研制出符合我国国情的高性能、低价格的生猪生长性能测定系统设备,是一条切实可行的路子,可大大提高我国养猪生产水平?
。
1.5本章小结
本章首先讲了本研究的背景和意义,然后讲了本研究国内外的发展状况,最后讲述了研究的主要内容和本论文的章节安排。
第2章系统的总体设计
2.1系统的功能介绍
生猪生长性能自动测定系统,利用RFI
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