田思慶，張炳權(quán)，吳 迪，姜永成，曹 宇，楊賀騰山

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007；2.信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007)

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互聯(lián)網(wǎng)+奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計

田思慶1，2，張炳權(quán)1*，吳 迪2，姜永成1，曹 宇1，楊賀騰山2

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007；2.信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007)

將互聯(lián)網(wǎng)引入奶牛基地，實(shí)現(xiàn)了線上產(chǎn)品交易、線下智能飼養(yǎng)的新模式。介紹了企業(yè)網(wǎng)站以及奶?；氐闹悄茱曫B(yǎng)控制系統(tǒng)，基于PLC與HMI的飼養(yǎng)控制系統(tǒng)，提高了奶牛基地的自動化飼養(yǎng)水平，改善了飼養(yǎng)環(huán)境，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

互聯(lián)網(wǎng)+；PLC；HMI；飼養(yǎng)控制系統(tǒng)

“互聯(lián)網(wǎng)+”是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)及其催生的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果，推動經(jīng)濟(jì)形態(tài)不斷地發(fā)生演變，從而帶動社會經(jīng)濟(jì)實(shí)體的生命力，為改革、創(chuàng)新、發(fā)展提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺[1]。將互聯(lián)網(wǎng)引入畜牧業(yè)成為迎合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新模式。近幾年我國經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)增長，國家更加重視基礎(chǔ)行業(yè)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+畜牧業(yè)這樣的O2O(Online to Offline)線上到線下的銷售模式也逐漸成為接受的新消費(fèi)模式。

尋求優(yōu)質(zhì)的奶牛飼養(yǎng)牧場，引入優(yōu)質(zhì)的奶牛，或者與優(yōu)秀的奶牛牧場合作得到優(yōu)質(zhì)的奶源，成為近幾年一些中小型奶制品廠的選擇。將互聯(lián)網(wǎng)引入奶牛飼養(yǎng)企業(yè)，采用O2O模式，讓一些中小型企業(yè)可以通過互聯(lián)網(wǎng)找到合作伙伴，解決了奶牛飼養(yǎng)企業(yè)需要向外推廣自己的奶牛，以及代理飼養(yǎng)奶牛沒有合作伙伴的難題；同時也為一些中小型奶制品加工廠提供了可靠的奶牛與奶源進(jìn)貨渠道。這樣的新模式使雙方互利互惠，與此同時也推動了全民創(chuàng)業(yè)，沖擊現(xiàn)有市場，促進(jìn)國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)新平臺的創(chuàng)建。

1　系統(tǒng)組成和總體設(shè)計

該系統(tǒng)的總體設(shè)計從2部分著手，一方面設(shè)計網(wǎng)站，主要包括介紹奶?；氐臓顩r，相關(guān)產(chǎn)品的介紹及銷售，在線觀看奶?；氐膶?shí)時狀況等；另一方面是基地的智能防盜飼養(yǎng)系統(tǒng)，主要包括自動化飼養(yǎng)奶牛、對奶牛飼料的定時補(bǔ)給、飲水補(bǔ)給、環(huán)境溫濕度恒定調(diào)節(jié)、消毒藥物噴灑和基地的安防報警等。

線上借助網(wǎng)站，包括奶牛基地的整體概況、企業(yè)文化、行業(yè)動態(tài)、奶牛品種的展示、相關(guān)政府部門的許可證明以及聯(lián)系地址和方式等，其中網(wǎng)站的特色在于在線觀看奶?；貙?shí)時的狀況，讓投資者和合作伙伴更加直觀地看到該基地的奶牛是健康的，奶源是放心的。線下為奶?；貜娘曫B(yǎng)奶牛到基地安防量身設(shè)計一套控制系統(tǒng)，使飼養(yǎng)人員更加方便地管理基地?？傮w設(shè)計見圖1。

圖1　互聯(lián)網(wǎng)+奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計Fig.1　General design of internet+ cow feeding control system

2　網(wǎng)站的設(shè)計與制作

根據(jù)總體的網(wǎng)站設(shè)計思路，將網(wǎng)站大致分為6個頁面：“首頁”“公司簡介”“行業(yè)動態(tài)”“產(chǎn)品中心”“服務(wù)承諾”和“聯(lián)系我們”。在“首頁”上主要表現(xiàn)企業(yè)LOGO、滾動海報、服務(wù)內(nèi)容以及飼養(yǎng)奶牛品種的介紹；“公司簡介”主要介紹公司發(fā)展歷程以及公司文化；“行業(yè)動態(tài)”介紹奶牛飼養(yǎng)行業(yè)近年來的整體動態(tài)，分析現(xiàn)階段和未來公司在行業(yè)領(lǐng)域中的目標(biāo)和發(fā)展藍(lán)圖；“產(chǎn)品中心”主要介紹公司所養(yǎng)殖的各個品種的奶牛，以及在線查看奶?；氐膶?shí)時狀況；“服務(wù)承諾”包括誠信的經(jīng)營模式，相關(guān)政府頒布的營業(yè)許可證明等內(nèi)容；“聯(lián)系我們”提供了公司的地址和聯(lián)系方式，方便有意向的合作者與公司聯(lián)系[2]。在網(wǎng)站制作上，以phpstudy作為php+MySQL+Apache集成環(huán)境的搭建工具，后臺服務(wù)器負(fù)責(zé)視頻信息的處理與轉(zhuǎn)發(fā)。用DREAMWEAVER設(shè)計的6個頁面與后臺進(jìn)行關(guān)聯(lián)，網(wǎng)站的部分頁面如圖2所示。

圖2　佳木斯大學(xué)奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)網(wǎng)站頁面示意Fig.2　Cow feeding control system web page of Jiamusi University

3　飼養(yǎng)系統(tǒng)整體設(shè)計與系統(tǒng)電路的搭建

3.1飼養(yǎng)系統(tǒng)整體設(shè)計飼養(yǎng)系統(tǒng)整體設(shè)計上選擇臺達(dá)PLC-EH32作為控制器，上位機(jī)采用MCGS TPC7062Ti觸摸屏，控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。PLC與HMI和溫濕度測量模塊采用RS-485通信，PLC的輸入節(jié)點(diǎn)分別接水槽液位傳感器、料槽低位接近開關(guān)、料槽高位接近開關(guān)、藍(lán)牙開關(guān)、人體檢測開關(guān)等。PLC的輸出節(jié)點(diǎn)分別接料斗閥門開信號、料斗閥門關(guān)信號、補(bǔ)水電磁閥、熱風(fēng)扇、冷風(fēng)扇、藥物噴灑閥門、報警燈光和電鈴等設(shè)備。

圖3　奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.3　The general structure of cow feeding control system

3.2控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計系統(tǒng)整體設(shè)計主要包括主電路設(shè)計和系統(tǒng)控制部分設(shè)計，整體電路設(shè)計接線圖如圖4所示。系統(tǒng)主電路設(shè)計中，主要連接的設(shè)備有熱風(fēng)扇、冷風(fēng)扇、補(bǔ)料設(shè)備、補(bǔ)水電磁閥、藥物噴灑電磁閥、報警燈光和電鈴等電氣設(shè)備。這些電氣設(shè)備擔(dān)負(fù)控制奶牛的飲食、飲水、所處的環(huán)境條件等任務(wù)。

系統(tǒng)的控制部分中，自主研發(fā)了3個小型控制器，以arduino控制器為核心板，開發(fā)了低成本的手機(jī)藍(lán)牙解除報警控制器、非法人員進(jìn)入檢測控制器以及料斗閥門控制器。這3個控制器的研發(fā)，降低了整個系統(tǒng)的成本[3]。如圖4所示，主控制器是Delta PLC-EH32，在其輸入X0端子上連接水槽的液位開關(guān)，當(dāng)水位低于水槽設(shè)定水位時，液位開關(guān)自動斷開，此時控制器會收到水位過低的信號；端子X1連接料槽底部的接近開關(guān)，在設(shè)定的喂養(yǎng)時間段內(nèi)，開關(guān)可以檢測料槽內(nèi)的料量，如果開關(guān)檢測不到飼料則向控制器輸入沒有飼料的信號，控制器向補(bǔ)料控制器發(fā)出信號，對料槽進(jìn)行供料；端子X2連接料槽頂端的接近開關(guān)，當(dāng)料斗下放的飼料接近料槽頂部，此時高位的料槽接近開關(guān)檢測到料量到位，向控制器發(fā)出料量到位的信號，此時控制器向補(bǔ)料控制器發(fā)出停止補(bǔ)料的信號，補(bǔ)料設(shè)備停止補(bǔ)料；X3連接藍(lán)牙控制器，此控制器可以通過藍(lán)牙與手機(jī)通信，手機(jī)客戶端的軟件可以發(fā)出信息來開啟和關(guān)斷此控制器的輸入信號；端子X4連接人體檢測控制器，此控制器可以檢測到一定區(qū)域是否有人員闖入，如果有人員闖入就向控制器內(nèi)發(fā)送信號，控制器接收到這樣的信號就會開啟報警模式，通過報警燈和報警鈴提醒安保人員?？刂破鞯妮敵鯵0和Y1作為料斗控制器的開啟和關(guān)閉信號；Y2、Y3、Y4、Y5分別作為補(bǔ)水電磁閥、熱風(fēng)扇、冷風(fēng)扇、藥物噴灑的通斷信號；Y6作為報警的輸出信號[4]。

圖4　奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計接線Fig.4　Integrated circuit design of cow feeding control system

3.3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)定時補(bǔ)料、恒溫、補(bǔ)水、噴藥以及自動報警等功能。

(1)補(bǔ)料功能。程序先檢測是否到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定的補(bǔ)料時間段，如果未到達(dá)補(bǔ)料時段，設(shè)備不動作繼續(xù)等待；如果到達(dá)補(bǔ)料時段則檢測料槽低位的接近開關(guān)，檢測料槽內(nèi)的料量，如果料不足則開啟補(bǔ)料控制器開始補(bǔ)料，如檢測料槽內(nèi)還有料則不動作繼續(xù)監(jiān)測；當(dāng)料量到達(dá)料槽頂部，則補(bǔ)料控制器關(guān)閉補(bǔ)料閥停止補(bǔ)料。

(2)補(bǔ)水功能。在水槽指定位置安裝有液位開關(guān)，當(dāng)水量不足時，開啟補(bǔ)水閥進(jìn)行補(bǔ)水，當(dāng)水量到達(dá)水位后關(guān)閉補(bǔ)水閥。

(3)恒溫系統(tǒng)。檢測奶牛所處室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值上限，開啟冷風(fēng)降溫；當(dāng)溫度低于設(shè)定值下限，則開啟熱風(fēng)升溫。

(4)噴藥功能。在HMI觸摸屏中設(shè)計有噴藥窗口，窗口包含有噴藥時間和噴藥啟動和停止按鈕，當(dāng)藥罐內(nèi)放入相應(yīng)的藥物后，基地人員可以通過HMI對PLC下達(dá)噴藥的指令。

(5)人性化的報警功能。當(dāng)基地人員進(jìn)入檢測區(qū)域時，只需要通過手機(jī)的客戶端軟件對藍(lán)牙控制器發(fā)出指令，就可暫時關(guān)閉報警功能，不會觸發(fā)報警；如果基地以外人員進(jìn)入，則會觸發(fā)報警裝置，提醒基地的安保人員有外人闖入等不安全因素，需要及時查看。整個系統(tǒng)主程序流程圖見圖5。

圖5　奶牛飼養(yǎng)控制系統(tǒng)主程序流程Fig.5　Main program flow of cow feeding control system

4　飼養(yǎng)系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計

在人機(jī)界面設(shè)計中，選用MCGS的HMI，型號為TPC7062Ti，此HMI與PLC以RS-485進(jìn)行通信，將補(bǔ)料畫面、補(bǔ)水畫面、溫度控制畫面、噴藥畫面、防盜畫面以及參數(shù)設(shè)定畫面設(shè)計在HMI中，并關(guān)聯(lián)相應(yīng)的變量使其以動態(tài)效果呈現(xiàn)在管理人員的眼前，操作界面設(shè)計的簡潔大方為最初的設(shè)計初衷，并能完成相應(yīng)的功能，其實(shí)際畫面效果如圖6所示[5]。

以補(bǔ)料系統(tǒng)為例，當(dāng)沒到達(dá)設(shè)定的補(bǔ)料時間段且料槽內(nèi)沒有飼料，則左側(cè)的2個指示燈顯示紅色，料斗指示燈顯示為紅色并且旁邊有“停止”的字樣；當(dāng)?shù)竭_(dá)補(bǔ)料時間時，料斗開始下料，畫面中料斗指示燈顯示綠色并且旁邊有“下料”字樣，左側(cè)料量的2個指示燈底部的顯示綠色頂部顯示紅色，料槽內(nèi)料量從顯示空到顯示填滿一半變化，當(dāng)料槽頂部料量到位時，左側(cè)的料量指示燈全部顯示綠色，料斗指示燈顯示紅色并且傍邊有“停止”字樣。其他的畫面也動態(tài)地顯示了系統(tǒng)工作時的狀態(tài)，因此基地人員對奶?；氐娘曫B(yǎng)管理更

圖6　奶牛飼養(yǎng)控制HMI界面Fig.6　HMI interface of cow feeding control

加直觀方便。

5　結(jié)論

在國家大力發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，并提出“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的宏觀戰(zhàn)略下，將互聯(lián)網(wǎng)與畜牧業(yè)結(jié)合，對“互聯(lián)網(wǎng)+”在我國各個行業(yè)的實(shí)踐方面具有指導(dǎo)意義。以arduino pro mini模塊為核心，自主研發(fā)的控制器，降低了系統(tǒng)研發(fā)成本，更適于在農(nóng)場大力推廣。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。

[1] 馬化騰.“互聯(lián)網(wǎng)+”激活更多信息能源[N].光明日報，2015-07-09.

[2] 張潔，趙英，余紅.B2C電子商務(wù)網(wǎng)站用戶體驗評價研究[J].情報科學(xué)，2013(12)：84-89.

[3] 陳穎瑩.Zigbee+Arduino+Android圓夢智能家庭[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011(8)：2.

[4] 劉巖石.基于臺達(dá)PLC的立體車庫控制系統(tǒng)[J].變頻器世界，2014(7)：96-99.

[5] 孫松麗，王榮林，張桂新，等.基于MCGS的PLC仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計[J].實(shí)驗室研究與探索，2015(34)：87-91.

Internet+ Cow Feeding Control System Design

TIAN Si-qing1,2, ZHANG Bing-quan1*, WU Di2et al

(1. College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi, Heilongjiang 154007; 2. College of Information Science & Electronic Technology, Jiamusi University, Jiamusi, Heilongjiang 154007)

Internet was introduced into cow base, which has realized the new pattern of products transaction online and intelligent breeding offline. Enterprise website and intelligent feeding control system for cow base was introduced, based on PLC and HMI feeding control system, automatic feeding level of cow base was improved, feeding environment and products quality was also perfected.

Internet+; PLC; HMI; Feeding control system

佳木斯大學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(Cxtd-2013-01)；佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項目(LZR2015_003)。

田思慶(1965- )，男，黑龍江佳木斯人，教授，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)電氣化研究。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)電氣化。

2016-06-28

S 818

A

0517-6611(2016)23-129-03