家禽自动化喂食饲料设备的设计与应用

黄晓君

（深圳市中辉电气设备有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

在科学技术水平日新月异的形势下，如何应用各类传感器+无线互联网进行搭配，打造出智能化监测、控制、管理系统于一体的家禽自动化喂食饲料设备，已成为机电一体化专业工作者热衷的话题。该家禽自动投食系统不仅能够节省饲料，自动对家禽进行投食并实时记录数据，实现远距离饲养、监测等功能，也能够减少人与家禽的接触，有效防止病毒的传播，满足养殖业的发展需求[1]。

1 系统设计思路

监控系统是通过前置的麦克风来捕获家禽的特定频率的声音，这种智能自动接收禽类饥饿的信号再基于Adobe Flash 平台制作的应用程序(Flash 应用程序是基于ActionScript 3 语言创建的原生脚本)，该应用程序模块在能便捷生成家禽和游戏的模块操作成功的情况下产生数字信号，生成具有唯一响应的互动游戏信号源，然后传递给系统硬件的电路，由电路驱动启动伺服电机给鸡喂食[2]。同时，该应用可以通过监控探头来实现远程查看家禽活动和进食情况，用餐时间的对应数据，记录养殖动物的状态和养殖动物的活动轨迹再送达饲养者的手机。该设备的结构见图1。

图1 家禽自动化喂食饲料设备结构图

2 系统硬件电路

2.1 伺服电动机

伺服电机(servomotor)是间接变速的一种补进型电机，也就是动力机构，主要作用是伺服系统控制中的机械部分的转动（操作者通过手机实现喂食机前后左右四维的驱动，其次是投料量的微动操控）。该部分主要的工作原理是收集电信号，并将电控发动机轴的输出角位移或角速度变形。机电比拟步进式接收伺服电机旋转速度输入信号的精度控制，反应速度快，并有反馈机构，通过感应转动位置[3]。由于输入信号可以准确地控制电机的旋转角度，使食品位置被准确地抛出，从而实现不浪费。而投掷的是数字式伺服HS-5485-HB，驱动力为6.4kg/cm，额定电压为4.8V～6.0V，对应的转矩为5.2kg/cm～6.4kg/cm，根据进料情况选择食物位置需求，该系统伺服电机型号为Hitec 投掷式，将食物在输送带上充分持续驯服家禽。其输入控制信号可以通过硬件提供脉冲持续时间调整信号（PWM）、PWM 或软件支撑[4]。

2.2 以高灵敏声控设计LM556芯片为核心

设计有两个公共电源端和地线端独立的WEP2119芯片时间参考电路，由于核心是高灵敏声控设计LM556 芯片（其物理性能见表1，图2 为LM556 芯片接脚端说明）并有内部配置的双时集成电路，LM556 芯片实现高敏语音控制的集成电路。 在为家禽自动投掷饲料的过程中，输出PWM 信号控制LM556 芯片伺服电机。由于LM556 芯片中包含2个555 定时器，因此可能会产生PWM 信号，从而导致其采取多振荡器。另外，根据芯片的不同，PWM 信号的占空比也会有所变化，本设计中，LM556 芯片的供电电压范围为4.5V～18V，选择电池操作的电路中常用的5V系统硬件的电路供给[5]。

表1 LM556芯片物理性能

图2 LM556芯片接脚端说明

2.3 系统硬件电路设计

如图3 所示，这是主电路系统的硬件部分的Lm556芯片在Flash应用、语音信号和语音信号执行等末端控制电路的接脚。LM556 芯片内有两个555计时器独立芯片，分别发出音频和PWM信号。该电路有1M 和2M 的电阻，与PWM 信号的所占空比约为67%。'右边的输出端采用555 芯片的输入端口，左边是可变占空比PWM信号，正向和反向占空比控制伺服电机。在LM 556 芯片的电路只能通过信号的占空比来改变变阻器的电路，由于是标准配置改变阻值，所以与之相连的自动开关必须支持两个不同阻值的寄存器，两个占空比的PWM信号的占空比才能使用。为了解决这个问题，在555 芯片电路的右侧输出端连接一个47kΩ电阻。

图3 系统主硬件Lm556芯片工作原理

图4 电阻阻值控制电路

图4所示为电阻控制电路的阻值，可以通过一个47kΩ电阻在驱动伺服电机中检查芯片的电源5 V，也可以省略直接驱动电机的电阻。47V～5 V电压和时钟信号所连接的寄存器中的电阻值为K欧姆，时钟信号来自555 芯片组右侧的时钟信号。多谐振荡器是一个芯片，作为方波信号的一部分。设置电阻和电容的值，方波信号的周期约为1 s。一个周期内，输出信号为3.9%、9.8%，PWM 占空比为3.9%、9.8%，使电流通过旁路或47kΩ电阻，控制伺服电机正反转。它利用LM 556 芯片控制电路中的一组音频信号，将其转换为PWM信号，而555芯片则是利用电路中的一个47kΩ电阻，改变PWM 信号的占空比，将其转换为PWM信号。

3 语音+视频数据采集

基于语音识别家禽求食的特性，系统会预先收集家禽求食声音数据，再为Flash应用建立Web服务器，利用PHP脚本准备和采集数据库中传来的参数，将数据传递给基于2.2 版本的Apache HTTP 服务器建立的Apache HTTP 服务器，见图5-A。在任何时候或一定时间段内，能够在数据的传递中，对养殖的家禽进食情况有完全的掌控。另外，通过在家禽自动化喂食饲料设备结构中设置的监视探头，饲养员可对养殖的家禽进食情况、实时数据、时长等通过手机在线实时视频作观察，而相关的数据也会实时传送到手机以便咨询、讨论和掌控。见图5-B。

4 结论

基于上述家禽自动化喂食饲料机分析，本设备以LM 556 芯片为核心，投入成本低，能及时收集信息，是一种灵敏的语音设计识别饲料喂食机，能通过监控系统和服务器中设置实时自动喂食家禽，并记录数据，大大降低了饲养成本和时间；对所提供的数据进行监测和研究可知家禽进食习惯。该系统还可以通过检测整个饲养过程中的控制，如网络视频监控系统、环境控制系统、智能管理系统(在疾病管理中的防疫成效)，体现了家禽喂食机易于维护和管理的智能养殖系统具有良好的效益和效率，其应用有一定的前景。

图5 语音+视频数据采集