互聯網+奶牛飼養控制系統設計

田思慶，張炳權，吳 迪，姜永成，曹 宇，楊賀騰山

(1.佳木斯大學機械工程學院，黑龍江佳木斯 154007；2.信息電子技術學院，黑龍江佳木斯 154007)

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互聯網+奶牛飼養控制系統設計

田思慶1，2，張炳權1*，吳 迪2，姜永成1，曹 宇1，楊賀騰山2

(1.佳木斯大學機械工程學院，黑龍江佳木斯 154007；2.信息電子技術學院，黑龍江佳木斯 154007)

將互聯網引入奶牛基地，實現了線上產品交易、線下智能飼養的新模式。介紹了企業網站以及奶牛基地的智能飼養控制系統，基于PLC與HMI的飼養控制系統，提高了奶牛基地的自動化飼養水平，改善了飼養環境，提升了產品質量。

互聯網+；PLC；HMI；飼養控制系統

“互聯網+”是知識社會創新2.0推動下的互聯網形態演進及其催生的經濟社會發展新形態。“互聯網+”是互聯網思維的進一步實踐成果，推動經濟形態不斷地發生演變，從而帶動社會經濟實體的生命力，為改革、創新、發展提供廣闊的網絡平臺[1]。將互聯網引入畜牧業成為迎合現代經濟發展的新模式。近幾年我國經濟的平穩增長，國家更加重視基礎行業的發展，互聯網+畜牧業這樣的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模式。

尋求優質的奶牛飼養牧場，引入優質的奶牛，或者與優秀的奶牛牧場合作得到優質的奶源，成為近幾年一些中小型奶制品廠的選擇。將互聯網引入奶牛飼養企業，采用O2O模式，讓一些中小型企業可以通過互聯網找到合作伙伴，解決了奶牛飼養企業需要向外推廣自己的奶牛，以及代理飼養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業，沖擊現有市場，促進國內農產品消費新平臺的創建。

1　系統組成和總體設計

該系統的總體設計從2部分著手，一方面設計網站，主要包括介紹奶牛基地的狀況，相關產品的介紹及銷售，在線觀看奶牛基地的實時狀況等；另一方面是基地的智能防盜飼養系統，主要包括自動化飼養奶牛、對奶牛飼料的定時補給、飲水補給、環境溫濕度恒定調節、消毒藥物噴灑和基地的安防報警等。

線上借助網站，包括奶牛基地的整體概況、企業文化、行業動態、奶牛品種的展示、相關政府部門的許可證明以及聯系地址和方式等，其中網站的特色在于在線觀看奶牛基地實時的狀況，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。線下為奶牛基地從飼養奶牛到基地安防量身設計一套控制系統，使飼養人員更加方便地管理基地。總體設計見圖1。

圖1　互聯網+奶牛飼養控制系統總體設計Fig.1　General design of internet+ cow feeding control system

2　網站的設計與制作

根據總體的網站設計思路，將網站大致分為6個頁面：“首頁”“公司簡介”“行業動態”“產品中心”“服務承諾”和“聯系我們”。在“首頁”上主要表現企業LOGO、滾動海報、服務內容以及飼養奶牛品種的介紹；“公司簡介”主要介紹公司發展歷程以及公司文化；“行業動態”介紹奶牛飼養行業近年來的整體動態，分析現階段和未來公司在行業領域中的目標和發展藍圖；“產品中心”主要介紹公司所養殖的各個品種的奶牛，以及在線查看奶牛基地的實時狀況；“服務承諾”包括誠信的經營模式，相關政府頒布的營業許可證明等內容；“聯系我們”提供了公司的地址和聯系方式，方便有意向的合作者與公司聯系[2]。在網站制作上，以phpstudy作為php+MySQL+Apache集成環境的搭建工具，后臺服務器負責視頻信息的處理與轉發。用DREAMWEAVER設計的6個頁面與后臺進行關聯，網站的部分頁面如圖2所示。

圖2　佳木斯大學奶牛飼養控制系統網站頁面示意Fig.2　Cow feeding control system web page of Jiamusi University

3　飼養系統整體設計與系統電路的搭建

3.1飼養系統整體設計飼養系統整體設計上選擇臺達PLC-EH32作為控制器，上位機采用MCGS TPC7062Ti觸摸屏，控制系統整體結構如圖3所示。PLC與HMI和溫濕度測量模塊采用RS-485通信，PLC的輸入節點分別接水槽液位傳感器、料槽低位接近開關、料槽高位接近開關、藍牙開關、人體檢測開關等。PLC的輸出節點分別接料斗閥門開信號、料斗閥門關信號、補水電磁閥、熱風扇、冷風扇、藥物噴灑閥門、報警燈光和電鈴等設備。

圖3　奶牛飼養控制系統整體結構Fig.3　The general structure of cow feeding control system

3.2控制系統整體電路設計系統整體設計主要包括主電路設計和系統控制部分設計，整體電路設計接線圖如圖4所示。系統主電路設計中，主要連接的設備有熱風扇、冷風扇、補料設備、補水電磁閥、藥物噴灑電磁閥、報警燈光和電鈴等電氣設備。這些電氣設備擔負控制奶牛的飲食、飲水、所處的環境條件等任務。

系統的控制部分中，自主研發了3個小型控制器，以arduino控制器為核心板，開發了低成本的手機藍牙解除報警控制器、非法人員進入檢測控制器以及料斗閥門控制器。這3個控制器的研發，降低了整個系統的成本[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，當水位低于水槽設定水位時，液位開關自動斷開，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，在設定的喂養時間段內，開關可以檢測料槽內的料量，如果開關檢測不到飼料則向控制器輸入沒有飼料的信號，控制器向補料控制器發出信號，對料槽進行供料；端子X2連接料槽頂端的接近開關，當料斗下放的飼料接近料槽頂部，此時高位的料槽接近開關檢測到料量到位，向控制器發出料量到位的信號，此時控制器向補料控制器發出停止補料的信號，補料設備停止補料；X3連接藍牙控制器，此控制器可以通過藍牙與手機通信，手機客戶端的軟件可以發出信息來開啟和關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域是否有人員闖入，如果有人員闖入就向控制器內發送信號，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。控制器的輸出Y0和Y1作為料斗控制器的開啟和關閉信號；Y2、Y3、Y4、Y5分別作為補水電磁閥、熱風扇、冷風扇、藥物噴灑的通斷信號；Y6作為報警的輸出信號[4]。

圖4　奶牛飼養控制系統整體電路設計接線Fig.4　Integrated circuit design of cow feeding control system

3.3控制系統軟件設計該系統主要實現定時補料、恒溫、補水、噴藥以及自動報警等功能。

(1)補料功能。程序先檢測是否到達系統設定的補料時間段，如果未到達補料時段，設備不動作繼續等待；如果到達補料時段則檢測料槽低位的接近開關，檢測料槽內的料量，如果料不足則開啟補料控制器開始補料，如檢測料槽內還有料則不動作繼續監測；當料量到達料槽頂部，則補料控制器關閉補料閥停止補料。

(2)補水功能。在水槽指定位置安裝有液位開關，當水量不足時，開啟補水閥進行補水，當水量到達水位后關閉補水閥。

(3)恒溫系統。檢測奶牛所處室內的溫度，當溫度高于設定值上限，開啟冷風降溫；當溫度低于設定值下限，則開啟熱風升溫。

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

(5)人性化的報警功能。當基地人員進入檢測區域時，只需要通過手機的客戶端軟件對藍牙控制器發出指令，就可暫時關閉報警功能，不會觸發報警；如果基地以外人員進入，則會觸發報警裝置，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。整個系統主程序流程圖見圖5。

圖5　奶牛飼養控制系統主程序流程Fig.5　Main program flow of cow feeding control system

4　飼養系統人機界面設計

在人機界面設計中，選用MCGS的HMI，型號為TPC7062Ti，此HMI與PLC以RS-485進行通信，將補料畫面、補水畫面、溫度控制畫面、噴藥畫面、防盜畫面以及參數設定畫面設計在HMI中，并關聯相應的變量使其以動態效果呈現在管理人員的眼前，操作界面設計的簡潔大方為最初的設計初衷，并能完成相應的功能，其實際畫面效果如圖6所示[5]。

以補料系統為例，當沒到達設定的補料時間段且料槽內沒有飼料，則左側的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；當到達補料時間時，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，左側料量的2個指示燈底部的顯示綠色頂部顯示紅色，料槽內料量從顯示空到顯示填滿一半變化，當料槽頂部料量到位時，左側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。其他的畫面也動態地顯示了系統工作時的狀態，因此基地人員對奶牛基地的飼養管理更

圖6　奶牛飼養控制HMI界面Fig.6　HMI interface of cow feeding control

加直觀方便。

5　結論

在國家大力發展互聯網產業，并提出“互聯網+”概念的宏觀戰略下，將互聯網與畜牧業結合，對“互聯網+”在我國各個行業的實踐方面具有指導意義。以arduino pro mini模塊為核心，自主研發的控制器，降低了系統研發成本，更適于在農場大力推廣。該系統具有結構簡單、操作方便、穩定性強等特點，具有較好的應用前景。

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

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

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

[4] 劉巖石.基于臺達PLC的立體車庫控制系統[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仿真實訓系統設計[J].實驗室研究與探索，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

佳木斯大學科技創新團隊(Cxtd-2013-01)；佳木斯大學研究生科技創新項目(LZR2015_003)。

田思慶(1965- )，男，黑龍江佳木斯人，教授，碩士生導師，從事農業電氣化研究。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：農業電氣化。

2016-06-28

S 818

A

0517-6611(2016)23-129-03