賈慧

摘 要：DHI為牛奶生產(chǎn)性能測定，在農(nóng)場中DHI非常重要。DHI檢測中，頻繁使用的采樣杯必須要在使用后進行清洗，本設(shè)計為DHI檢測中心采樣杯自動清洗，利用單片機作為處理器，實現(xiàn)對采樣杯的自動清洗，具有一定的實用價值和意義。

關(guān)鍵詞：DHI;采樣杯;單片機;自動清洗

到2017年底，上海DHI參測牧場數(shù)仍保留有160個，參測奶牛頭數(shù)仍達到7萬頭，而在DHI檢測中，采樣杯需要大量使用。在此背景下為保證DHI檢測的成本問題，需要循環(huán)使用采樣杯，在使用后進行清洗，而傳統(tǒng)的清洗工作一般使用人工，人工清洗占用大量人力資源，有時候還可能出現(xiàn)清洗不干凈等情況，大大影響了DHI中的奶質(zhì)檢測。

本課題設(shè)計一種DHI檢測中心采樣杯自動清洗系統(tǒng)，利用單片機作為處理器，實現(xiàn)對采樣杯的自動清洗。該項研究對于進行DHI檢測以及推廣有非常大的意義，從成本和效率上解決了奶質(zhì)檢測中采樣杯部分的問題。首先，節(jié)約了人力資源，節(jié)省了大量的人工以及對清洗人工培訓(xùn)的成本;其次，提高了采樣杯清洗效率，自動清洗實現(xiàn)了對采樣杯的快速高效的清洗，節(jié)省了大量的時間，自動清洗的清洗速度更加快速且能夠保證潔凈度。對于大型奶牛廠所進行的牛奶奶質(zhì)檢測，具有一定的實用價值和意義。

1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

首先，利用紅外對管，對放在清洗裝置上的采樣杯進行定位，檢測采樣杯是否在指定清洗位置，然后通過繼電器打開噴頭進行清洗，清洗模式可以分為浸泡，噴洗，通過按鍵設(shè)定清洗時間，噴洗完成后，利用加熱和吹風(fēng)設(shè)備進行對采樣杯干燥處理。本系統(tǒng)的硬件組成部分主要包括單片機主控制器，電源電路，晶振復(fù)位電路，紅外傳感器，液晶顯示電路，LED指示燈，蜂鳴器提示。

2硬件電路設(shè)計

2.1 單片機發(fā)展和應(yīng)用

采樣杯自動清洗選用的單片機型號為STC89C52，其系統(tǒng)的綜合能耗方面優(yōu)勢顯著，且單片機可以依靠代碼指令發(fā)送實現(xiàn)不同單片機之間的相互兼容。單片機的運算速率較高，可以設(shè)定相應(yīng)的周期時間，依照不同的使用要求，制定不同的周期值。單片機的電路圖結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.2晶振和復(fù)位電路

復(fù)位電路系統(tǒng)是保證單片機設(shè)備正常運行的關(guān)鍵，主要功能是滿足上電復(fù)位要求，單片機合理的電壓值應(yīng)介于4.5-5.2V范圍內(nèi)。本設(shè)計選用時鐘電路，晶振頻率為11.0592MHZ，電容器電容值為30pF，為了便于軟件設(shè)計及計算。單片機的復(fù)位及晶振電路結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.3 紅外傳感器電路

利用紅外傳感器，檢測杯子位置，采用E18-8MNK型號，這種基于反射式的傳感器一般都自帶光源和光的接受裝置，在設(shè)定的范圍內(nèi)射擊到采樣杯上，如果接收光的裝置能夠接收到紅外光線，則說明能夠檢測到當(dāng)前采樣杯。如果沒有采樣杯，則一定的時間內(nèi)不會接收到反射的光線，這樣的情況下，我們就認為沒有采樣杯的存在，其不僅僅依靠這個傳感器，同樣也需要我們的單片機在軟件的層面上進行判斷，以便達到更準(zhǔn)確的判斷是否有采樣杯放在指定位置。

2.4提示電路的設(shè)計

本設(shè)計利用單片機驅(qū)動蜂鳴器提示采樣杯自動清洗裝置的負載，電壓異常等情況，蜂鳴器工作原理是借助電磁效應(yīng)，在電流流經(jīng)蜂鳴器內(nèi)部時，電磁線圈產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，此外，電磁線圈在磁場的作用下將出現(xiàn)明顯的上下振動，并出現(xiàn)聲音。若流經(jīng)電流值較低，振動薄膜無法振動，導(dǎo)致蜂鳴器無法發(fā)音。由于單片機的I/O端口的電流驅(qū)動能力較差，可以借助三極管對其電流值進行擴大。具體結(jié)構(gòu)形式如下圖所示，蜂鳴器與三極管相連，最終連接至單片機的I/O端口位置，實現(xiàn)單片機蜂鳴器程控。若I/O端輸出為高電平時，三極管與蜂鳴器引腳截斷，尚未有電流流過，蜂鳴器未發(fā)聲，若I/O端口為低電平時，三極管連通，蜂鳴器報警。

2.5 顯示電路的設(shè)計

單片機檢測電機信息，采樣杯自動清洗裝置最終將結(jié)果通過顯示終端輸出。LCD液晶顯示器的應(yīng)用最為廣泛，通常情況下，LCD1602液晶顯示終端的引腳數(shù)量為16， LCD1602型常見的引腳有兩種，可以細分為背光和非背光，LCD1602型顯示器背光型可以在黑暗環(huán)境中直接觀察。

單片機可以將相關(guān)信息傳遞值液晶顯示終端，如果需要顯示相關(guān)符號等運算符，必須先將地址信息輸入以后，才能顯示信息。LCD 1602液晶的D0-D7接單片機的P0口，利用并口通信方式，VSS和VCC接地和電源，利用電阻調(diào)節(jié)亮度。下圖為LCD1602的電路圖：

2.6 按鍵電路設(shè)計

在本系統(tǒng)中，利用按鍵輸入采樣杯自動清洗裝置的運行報警值，在系統(tǒng)電路設(shè)計實踐中，按鈕是實現(xiàn)人機互動的重要途徑，本設(shè)計的采樣杯自動清洗裝置電子系統(tǒng)中，考慮到軟件編寫的難度等現(xiàn)實問題，擬選用獨立按鈕。獨立按鈕選用單片機的I/O端口連接方式，單片機在執(zhí)行相關(guān)指令時，可以自動判斷按鈕的電平高低。

3軟件設(shè)計

在單片機運行語言開發(fā)實踐中，常用的編寫語言有C語言和匯編語言，本設(shè)計選用C語言。匯編語言的是一種面向機器的編程語言，其優(yōu)勢是可以直接控制硬件，命令執(zhí)行效率高，指令固定性好，在采樣杯自動清洗裝置的延時語言編寫方面優(yōu)勢顯著。但相較于C語言，匯編語言入門難度大，編程語言形式及結(jié)構(gòu)方面難度較大，后期程序調(diào)試及優(yōu)化過程中難度也較大，不利于代碼開源和分享。相較于匯編語言，C語言編程技術(shù)是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，在編寫單片機程序時，層次清晰、邏輯性強，可讀性高，且C語言具備可遷移性，滿足代碼開源和共享的要求，從某種程度上講，也降低了代碼的編寫綜合成本。

4小結(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)中，效率是不可忽略的，實現(xiàn)采樣杯的自動清洗，不僅減少檢測環(huán)節(jié)的時間成本，也降低了人工等成本，提高整體的效率。對于大型的農(nóng)場具有十分重要的現(xiàn)實意義和推動力。

參考文獻：

[1]衛(wèi)喜明，甘文平.奶牛生產(chǎn)性能測定（DHI）要求及項目指標(biāo)解析[J].飼料博覽，2019（5）.

[2]楊帆，邱昌功.國內(nèi)外DHI發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].中國牛業(yè)科學(xué)，2015，3：94-96.

[3]龐力.國外工業(yè)清洗機的技術(shù)特點研究[J].機械制造，2018，56（12）：117-118.