互联网+奶牛饲养控制系统设计

田思庆，张炳权，吴 迪，姜永成，曹 宇，杨贺腾山

(1.佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯 154007；2.信息电子技术学院，黑龙江佳木斯 154007)



互联网+奶牛饲养控制系统设计

田思庆1，2，张炳权1*，吴 迪2，姜永成1，曹 宇1，杨贺腾山2

(1.佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯 154007；2.信息电子技术学院，黑龙江佳木斯 154007)

将互联网引入奶牛基地，实现了线上产品交易、线下智能饲养的新模式。介绍了企业网站以及奶牛基地的智能饲养控制系统，基于PLC与HMI的饲养控制系统，提高了奶牛基地的自动化饲养水平，改善了饲养环境，提升了产品质量。

互联网+；PLC；HMI；饲养控制系统

“互联网+”是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进及其催生的经济社会发展新形态。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，推动经济形态不断地发生演变，从而带动社会经济实体的生命力，为改革、创新、发展提供广阔的网络平台[1]。将互联网引入畜牧业成为迎合现代经济发展的新模式。近几年我国经济的平稳增长，国家更加重视基础行业的发展，互联网+畜牧业这样的O2O(Online to Offline)线上到线下的销售模式也逐渐成为接受的新消费模式。

寻求优质的奶牛饲养牧场，引入优质的奶牛，或者与优秀的奶牛牧场合作得到优质的奶源，成为近几年一些中小型奶制品厂的选择。将互联网引入奶牛饲养企业，采用O2O模式，让一些中小型企业可以通过互联网找到合作伙伴，解决了奶牛饲养企业需要向外推广自己的奶牛，以及代理饲养奶牛没有合作伙伴的难题；同时也为一些中小型奶制品加工厂提供了可靠的奶牛与奶源进货渠道。这样的新模式使双方互利互惠，与此同时也推动了全民创业，冲击现有市场，促进国内农产品消费新平台的创建。

1　系统组成和总体设计

该系统的总体设计从2部分着手，一方面设计网站，主要包括介绍奶牛基地的状况，相关产品的介绍及销售，在线观看奶牛基地的实时状况等；另一方面是基地的智能防盗饲养系统，主要包括自动化饲养奶牛、对奶牛饲料的定时补给、饮水补给、环境温湿度恒定调节、消毒药物喷洒和基地的安防报警等。

线上借助网站，包括奶牛基地的整体概况、企业文化、行业动态、奶牛品种的展示、相关政府部门的许可证明以及联系地址和方式等，其中网站的特色在于在线观看奶牛基地实时的状况，让投资者和合作伙伴更加直观地看到该基地的奶牛是健康的，奶源是放心的。线下为奶牛基地从饲养奶牛到基地安防量身设计一套控制系统，使饲养人员更加方便地管理基地。总体设计见图1。

图1　互联网+奶牛饲养控制系统总体设计Fig.1　General design of internet+ cow feeding control system

2　网站的设计与制作

根据总体的网站设计思路，将网站大致分为6个页面：“首页”“公司简介”“行业动态”“产品中心”“服务承诺”和“联系我们”。在“首页”上主要表现企业LOGO、滚动海报、服务内容以及饲养奶牛品种的介绍；“公司简介”主要介绍公司发展历程以及公司文化；“行业动态”介绍奶牛饲养行业近年来的整体动态，分析现阶段和未来公司在行业领域中的目标和发展蓝图；“产品中心”主要介绍公司所养殖的各个品种的奶牛，以及在线查看奶牛基地的实时状况；“服务承诺”包括诚信的经营模式，相关政府颁布的营业许可证明等内容；“联系我们”提供了公司的地址和联系方式，方便有意向的合作者与公司联系[2]。在网站制作上，以phpstudy作为php+MySQL+Apache集成环境的搭建工具，后台服务器负责视频信息的处理与转发。用DREAMWEAVER设计的6个页面与后台进行关联，网站的部分页面如图2所示。

图2　佳木斯大学奶牛饲养控制系统网站页面示意Fig.2　Cow feeding control system web page of Jiamusi University

3　饲养系统整体设计与系统电路的搭建

3.1饲养系统整体设计饲养系统整体设计上选择台达PLC-EH32作为控制器，上位机采用MCGS TPC7062Ti触摸屏，控制系统整体结构如图3所示。PLC与HMI和温湿度测量模块采用RS-485通信，PLC的输入节点分别接水槽液位传感器、料槽低位接近开关、料槽高位接近开关、蓝牙开关、人体检测开关等。PLC的输出节点分别接料斗阀门开信号、料斗阀门关信号、补水电磁阀、热风扇、冷风扇、药物喷洒阀门、报警灯光和电铃等设备。

图3　奶牛饲养控制系统整体结构Fig.3　The general structure of cow feeding control system

3.2控制系统整体电路设计系统整体设计主要包括主电路设计和系统控制部分设计，整体电路设计接线图如图4所示。系统主电路设计中，主要连接的设备有热风扇、冷风扇、补料设备、补水电磁阀、药物喷洒电磁阀、报警灯光和电铃等电气设备。这些电气设备担负控制奶牛的饮食、饮水、所处的环境条件等任务。

系统的控制部分中，自主研发了3个小型控制器，以arduino控制器为核心板，开发了低成本的手机蓝牙解除报警控制器、非法人员进入检测控制器以及料斗阀门控制器。这3个控制器的研发，降低了整个系统的成本[3]。如图4所示，主控制器是Delta PLC-EH32，在其输入X0端子上连接水槽的液位开关，当水位低于水槽设定水位时，液位开关自动断开，此时控制器会收到水位过低的信号；端子X1连接料槽底部的接近开关，在设定的喂养时间段内，开关可以检测料槽内的料量，如果开关检测不到饲料则向控制器输入没有饲料的信号，控制器向补料控制器发出信号，对料槽进行供料；端子X2连接料槽顶端的接近开关，当料斗下放的饲料接近料槽顶部，此时高位的料槽接近开关检测到料量到位，向控制器发出料量到位的信号，此时控制器向补料控制器发出停止补料的信号，补料设备停止补料；X3连接蓝牙控制器，此控制器可以通过蓝牙与手机通信，手机客户端的软件可以发出信息来开启和关断此控制器的输入信号；端子X4连接人体检测控制器，此控制器可以检测到一定区域是否有人员闯入，如果有人员闯入就向控制器内发送信号，控制器接收到这样的信号就会开启报警模式，通过报警灯和报警铃提醒安保人员。控制器的输出Y0和Y1作为料斗控制器的开启和关闭信号；Y2、Y3、Y4、Y5分别作为补水电磁阀、热风扇、冷风扇、药物喷洒的通断信号；Y6作为报警的输出信号[4]。

图4　奶牛饲养控制系统整体电路设计接线Fig.4　Integrated circuit design of cow feeding control system

3.3控制系统软件设计该系统主要实现定时补料、恒温、补水、喷药以及自动报警等功能。

(1)补料功能。程序先检测是否到达系统设定的补料时间段，如果未到达补料时段，设备不动作继续等待；如果到达补料时段则检测料槽低位的接近开关，检测料槽内的料量，如果料不足则开启补料控制器开始补料，如检测料槽内还有料则不动作继续监测；当料量到达料槽顶部，则补料控制器关闭补料阀停止补料。

(2)补水功能。在水槽指定位置安装有液位开关，当水量不足时，开启补水阀进行补水，当水量到达水位后关闭补水阀。

(3)恒温系统。检测奶牛所处室内的温度，当温度高于设定值上限，开启冷风降温；当温度低于设定值下限，则开启热风升温。

(4)喷药功能。在HMI触摸屏中设计有喷药窗口，窗口包含有喷药时间和喷药启动和停止按钮，当药罐内放入相应的药物后，基地人员可以通过HMI对PLC下达喷药的指令。

(5)人性化的报警功能。当基地人员进入检测区域时，只需要通过手机的客户端软件对蓝牙控制器发出指令，就可暂时关闭报警功能，不会触发报警；如果基地以外人员进入，则会触发报警装置，提醒基地的安保人员有外人闯入等不安全因素，需要及时查看。整个系统主程序流程图见图5。

图5　奶牛饲养控制系统主程序流程Fig.5　Main program flow of cow feeding control system

4　饲养系统人机界面设计

在人机界面设计中，选用MCGS的HMI，型号为TPC7062Ti，此HMI与PLC以RS-485进行通信，将补料画面、补水画面、温度控制画面、喷药画面、防盗画面以及参数设定画面设计在HMI中，并关联相应的变量使其以动态效果呈现在管理人员的眼前，操作界面设计的简洁大方为最初的设计初衷，并能完成相应的功能，其实际画面效果如图6所示[5]。

以补料系统为例，当没到达设定的补料时间段且料槽内没有饲料，则左侧的2个指示灯显示红色，料斗指示灯显示为红色并且旁边有“停止”的字样；当到达补料时间时，料斗开始下料，画面中料斗指示灯显示绿色并且旁边有“下料”字样，左侧料量的2个指示灯底部的显示绿色顶部显示红色，料槽内料量从显示空到显示填满一半变化，当料槽顶部料量到位时，左侧的料量指示灯全部显示绿色，料斗指示灯显示红色并且傍边有“停止”字样。其他的画面也动态地显示了系统工作时的状态，因此基地人员对奶牛基地的饲养管理更

图6　奶牛饲养控制HMI界面Fig.6　HMI interface of cow feeding control

加直观方便。

5　结论

在国家大力发展互联网产业，并提出“互联网+”概念的宏观战略下，将互联网与畜牧业结合，对“互联网+”在我国各个行业的实践方面具有指导意义。以arduino pro mini模块为核心，自主研发的控制器，降低了系统研发成本，更适于在农场大力推广。该系统具有结构简单、操作方便、稳定性强等特点，具有较好的应用前景。

[1] 马化腾.“互联网+”激活更多信息能源[N].光明日报，2015-07-09.

[2] 张洁，赵英，余红.B2C电子商务网站用户体验评价研究[J].情报科学，2013(12)：84-89.

[3] 陈颖莹.Zigbee+Arduino+Android圆梦智能家庭[J].电子技术应用，2011(8)：2.

[4] 刘岩石.基于台达PLC的立体车库控制系统[J].变频器世界，2014(7)：96-99.

[5] 孙松丽，王荣林，张桂新，等.基于MCGS的PLC仿真实训系统设计[J].实验室研究与探索，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

佳木斯大学科技创新团队(Cxtd-2013-01)；佳木斯大学研究生科技创新项目(LZR2015_003)。

田思庆(1965- )，男，黑龙江佳木斯人，教授，硕士生导师，从事农业电气化研究。*通讯作者，硕士研究生，研究方向：农业电气化。

2016-06-28

S 818

A

0517-6611(2016)23-129-03