CN106508706B - 一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置，所述的饮水装置包括红外感应***、饮水控制***、直接供水***，所述的红外感应***为热释电红外感应器，所述的饮水控制***包括总控制器、电磁阀、水箱、温度控制开关、加热器、水泵、进水管、出水管，所述的直接供水***包括水槽、水位探测器、垫块。本发明利用红外感应原理实现对为动物提供饮水，水温可控，余量可回收，为动物的健康提供了保障，同时实现了畜牧养殖的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及畜牧养殖技术领域，具体来讲是一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置。
背景技术
改革开放以来，我国畜牧业的发展取得了举世瞩目的成就。从现代农业发展的方向来看，畜牧业是衡量一个国家和地区农业发展水平的重要标志，从农业结构调整和综合效益看，畜牧业的发展是推动农村经济结构调整的重要环节。我国牧区主要分布在内蒙古、新疆、西藏等地区，共有266个牧区、半农半牧区，面积占全国总面积的50％以上。
传统畜牧养殖规模小、品种杂、人畜混居、散放散养、粗放经营，而中国的畜牧业传统养殖方式和现代养殖方式并存，并且传统养殖方式占支配地位。随着畜牧业的生产规模不断扩大，养畜产品总量大幅增加，畜牧业的发展暴露出一系列问题，传统的养殖方式将不能满足现代的发展趋势。因此畜牧业生产方式需要积极转变，随着现代科技的不断进步，我们正在寻求一种规模化、标准化、产业化和区域化的现代化养殖的养殖方式，适用于大规模的养殖，而自动化形式也成为畜牧养殖的必然趋势。
另一方面，在畜牧场养殖露天环境居多，养殖时气温不一，特别在寒冷的北方，十月往后天气及其寒冷，过多的饮用温度较低的水会导致饲养的动物免疫力下降，出现生长缓慢、发育不良、甚至影响受孕，为了缓解以上问题，有些牧场采取持续对水加热的方法，而持续加热会造成能源浪费且会造成饮用水的污染，以上问题的出现，使发展我国草原畜牧业设备成了当务之急，只有设备上的不断创新，才能使我国畜牧业的发展实现现代化管理，同时实现资源高效、可持续利用，促进草原牧业增产增效，使国民经济更加健康、持续的发展。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置，根据动物的饮水需求，自动供水，水温可控，随后将水回收，节约水资源，为牧场动物的健康提供了一定的保障。
本发明的技术方案如下：
一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置，所述的装置包括红外感应***、饮水控制***、直接供水***，所述的红外感应***为热释电红外感应器，所述的饮水控制***包括总控制器、电磁阀、水箱、温度控制开关、加热器、水泵、进水管、出水管，所述的直接供水***包括水槽、水位探测器、垫块，所述的热释电红外感应器置于水槽外侧的正前方，通过螺钉与水槽连接，所述的热释电红外感应器通过导线连接总控制器，所述的总控制器通过螺钉固定于水槽外侧的底部，所述的总控制器通过导线连接电磁阀、温度控制开关和水泵，所述的电磁阀通过螺钉固定于水槽外侧的底部，并与出水管一端螺纹连接，出水管另一端与水箱底部通过法兰盘连接，所述的温度控制开关控制加热器工作状态，所述的水泵通过螺钉固定于水箱外侧底部，并与进水管一端螺纹连接，进水管另一端与水槽外侧的正后方上部通过法兰盘连接，所述的水位探测器通过螺钉固定在水槽内侧壁，所述的水槽和水箱之间有一垫块，厚度可调节。
进一步的，所述的热释电红外感应器包括菲涅耳滤光片、热释电元件和信号处理电路，所述的菲涅耳滤光片为6um多层膜干涉滤波片，有一定的聚焦作用，大大提高了热释电红外感应器的灵敏度，同时滤除太阳光短波，所述的热释电元件的材料为高分子有机聚合物复合材料，将接收到的光信号转化成电信号，热释电红外感应器的探测元件反应速度快、灵敏度高、准确度高、测量范围广、使用方便，所述的信号处理电路包括滤波放大器、窗口比较器、噪声抑制器，所述的滤波放大器增益60-80dB，带通0.3-7Hz，所述的窗口比较器将模拟信号转变为数字脉冲信号。
进一步的，所述的高分子有机聚合物复合材料为PZT/PVDF复合材料，其制备方法为：
(1)将氧化铅、环烷酸锰、二氧化钛和二氧化锆粉末按照质量比例10：0.4：4.5：5.7的混合，并在球磨机上球磨15h，将混合均匀的粉末混合物在150MPa的压力下预制成饼状坯体，接着将坯体转至高温炉中预烧，温度为600℃和800℃，分别预烧2-3h，冷却后粉碎过200目筛，获得初步PZT颗粒，然后将颗粒球磨20h并在150MPa压力下预制成饼状坯体，坯体转至高温炉中保温2-3h，保温温度为1200℃，再次粉碎坯体，并过400目筛备用；
(2)将步骤(1)制备的PZT颗粒与PVDF按体积分数7:3的比例放入DMF溶剂，加热搅拌至PVDF完全溶解，然后倒在光滑平整的铝板上，并置于200-300℃的恒温箱中20-30h，取出并水冷，形成30-50um的薄膜；
(3)膜片在专用拉伸机上单向拉伸4-6倍，拉伸速率为6-10cm/min；
(4)将步骤(3)拉伸后的膜片硅油中极化0.5-1h，完成PZT_PVDF复合薄膜的制备。
进一步的，所述的热释电红外感应器的工作波长7-14um，作用距离为5-8m，视场为135°，工作温度为-10-55℃。
进一步的，所述的总控制器是一个微型处理器，所述的微型处理器采用AVR系列单片机，所述的AVR系列单片机存储有控制电磁阀开/关、加热器开/关和水泵开/关的编程程序，指令精简，可靠性高，抗干扰能力强。
进一步的，所述的AVR系列单片机是atmega16、atmega32、atmega64、atmega128、atmega323、atmega162、atmega165中的一种。
进一步的，所述的水位探测器包括水位感应探头、水位感应控制电路，所述的水位控制电路内灌环氧树脂，起到一定的防水作用，所述的环氧树脂的灌法为：将电路进行除灰尘，将固化剂加入环氧树脂中，质量比为1:1，用电钻进行搅拌，搅拌均匀后倒在电路上，密封起来。
进一步的，所述的水槽采用304不锈钢钢板材料，厚度为1-2mm，水槽内边角为100-108度，规格为1.2m×0.8m×0.3m，侧面底部有一直径4-5cm的圆孔，用以连接出水管。
进一步的，所述的水箱采用无氧铜材料，厚度2-4mm，外形规格为1.5m×0.8m×0.4m，所述的进水管、出水管均是采用普通PVC管，管径2-3cm。
进一步的，所述的水箱内的水温是通过总控制器进行调节范围，所述的总控制器通过温度控制开关的mos管控制加热器进行温度的控制，然后通过数字PID算法，实现水温在15-25℃量程范围内对每一点温度的自动控制，所述的加热器包括温度控制器和集热体，所述的集热体为鳍片状结构，主要采用碳化硅材料，用于直接对水箱内水进行加热。
进一步的，所述的畜牧场地有供电装置，采用220V交流供电。
与现有技术相比，本发明优势在于：
1.本发明的一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置采用热释电红外感应器探测家畜是否接近，进而控制饮水槽是否进水，达到家畜来则进水、离则回水的状态，可以保持家畜饮水的清洁卫生，保证其健康安全。
2.本发明的一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置中热释电红外感应器的感应元件材料为制备的PZT/PVDF复合材料，其兼具热释电陶瓷材料和高分子有机聚合物材料二者的优点，热释电优值和探测优值得到极大提高，且制备工艺简单，成本低。
附图说明
图1、图2是本发明所述的一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置结构示意图；
其中，1-热释电红外感应器、2-总控制器、3-电磁阀、4-水箱、5-温度控制开关、6-加热器、7-水泵、8-进水管、9-出水管，10-水槽、11-水位探测器、12-垫块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1、图2与实施例对本发明作进一步详细描述。
一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置，所述的装置包括红外感应***、饮水控制***、直接供水***，所述的红外感应***为热释电红外感应器1，所述的饮水控制***包括总控制器2、电磁阀3、水箱4、温度控制开关5、加热器6、水泵7、进水管8、出水管9，所述的直接供水***包括水槽10、水位探测器11、垫块12，所述的热释电红外感应器1置于水槽10外侧的正前方，通过螺钉与水槽连接，所述的热释电红外感应器1通过导线连接总控制器2，所述的总控制器2通过螺钉固定于水槽10外侧的底部，所述的总控制器2通过导线连接电磁阀3、温度控制开关5和水泵7，所述的电磁阀3通过螺钉固定于水槽10外侧的底部，并与出水管9一端螺纹连接，出水管9另一端与水箱4底部通过法兰盘连接，所述的温度控制开关控制加热器6工作状态，所述的水泵7通过螺钉固定于水箱4外侧底部，并与进水管8一端螺纹连接，进水管8另一端与水槽10外侧的正后方上部通过法兰盘连接，所述的水位探测器11通过螺钉固定在水槽10内侧壁，所述的水槽10和水箱4之间有一垫块12，厚度可调节。
其中，所述的热释电红外感应器1包括菲涅耳滤光片、热释电元件和信号处理电路，所述的菲涅耳滤光片为6um多层膜干涉滤波片，所述的热释电元件的材料为高分子有机聚合物复合材料，所述的信号处理电路包括滤波放大器、窗口比较器、噪声抑制器，所述的滤波放大器增益72.5dB，带通2Hz。
高分子有机聚合物复合材料为PZT/PVDF复合材料，其制备方法为：
(1)将氧化铅、环烷酸锰、二氧化钛和二氧化锆粉末按照质量比例10：0.4：4.5：5.7的混合，并在球磨机上球磨15h，将混合均匀的粉末混合物在150MPa的压力下预制成饼状坯体，接着将坯体转至高温炉中预烧，温度为600℃和800℃，分别预烧3h，冷却后粉碎过200目筛，获得初步PZT颗粒，然后将颗粒球磨20h并在150MPa压力下预制成饼状坯体，坯体转至高温炉中保温2.5h，保温温度为1200℃，再次粉碎坯体，并过400目筛备用；
(2)将步骤(1)制备的PZT颗粒与PVDF按体积分数7:3的比例放入DMF溶剂，加热搅拌至PVDF完全溶解，然后倒在光滑平整的铝板上，并置于200℃的恒温箱中25h，取出并水冷，形成40um的薄膜；
(3)膜片在专用拉伸机上单向拉伸6倍，拉伸速率为10cm/min；
(4)将步骤(3)拉伸后的膜片硅油中极化0.5h，完成PZT_PVDF复合薄膜的制备。
所述的热释电红外感应器1的工作波长10um，作用距离为6m，视场为135°，工作温度为10℃。所述的总控制器2是一个微型处理器，所述的微型处理器采用AVR系列单片机atmega48，所述的AVR系列单片机存储有控制电磁阀3开/关、加热器6开/关和水泵7开/关的编程程序。所述的水位探测器11包括水位感应探头、水位感应控制电路，所述的水位控制电路内灌环氧树脂。所述的水槽10采用304不锈钢钢板材料，厚度为2mm，水槽内边角为108度，规格为1.2m×0.8m×0.3m，侧面底部有一直径4-5cm的圆孔，用以连接出水管。所述的水箱4采用无氧铜材料，厚度2-4mm，外形规格为1.5m×0.8m×0.4m，所述的进水管8、出水管9均是采用普通PVC管，管径2.5cm。
下面将结合呼伦贝尔草原上养殖的白山羊饮水过程对本发明的使用方法作进一步说明。
首先调解温度控制器设置温度15℃，白山羊走近饮水装置6m时，热释电红外感应器接收到白山羊反射的红外光线，传递给信号处理单元，信号处理单元将红外光信号转化为模拟信号，再经放大、过滤并将模拟信号转化为数字信号，随后将接收到的数字信号传递给总控制器2，总控制器2将发出指令打开水泵7，水箱4内的水将进入水槽，当水位达到水位探测器位置，水位探测器将信息传递给总控制器2，通过总控制器2关闭水泵7，当白山羊饮水完成离去后，热释电红外感应器将接收不到白山羊发射的红外光线，则总控制器2将发射指令打开电磁阀，使水槽内都的水通过出水管进入水箱。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种用于畜牧养殖的智能红外感应饮水装置，其特征在于，所述的装置包括红外感应***、饮水控制***、直接供水***，所述的红外感应***为热释电红外感应器(1)，所述的饮水控制***包括总控制器(2)、电磁阀(3)、水箱(4)、温度控制开关(5)、加热器(6)、水泵(7)、进水管(8)、出水管(9)，所述的直接供水***包括水槽(10)、水位探测器(11)、垫块(12)，所述的热释电红外感应器(1)置于水槽(10)外侧的正前方，通过螺钉与水槽连接，所述的热释电红外感应器(1)通过导线连接总控制器(2)，所述的总控制器(2)通过螺钉固定于水槽(10)外部的右侧方，所述的总控制器(2)通过导线连接电磁阀(3)、温度控制开关(5)和水泵(7)，所述的电磁阀(3)通过螺钉固定于水槽(10)底部外侧，并与出水管(9)一端螺纹连接，出水管(9)另一端与水箱(4)顶部通过法兰盘连接，所述的温度控制开关控制加热器(6)工作状态，所述的水泵(7)通过螺钉固定于水箱(4)外侧底部，并与进水管(8)一端螺纹连接，进水管(8)另一端与水槽(10)外侧的正后方通过法兰盘连接，所述的水位探测器(11)通过螺钉固定在水槽(10)内侧壁，所述的水槽(10)和水箱(4)之间有一垫块(12)，厚度可调节；
所述的热释电红外感应器(1)包括菲涅耳滤光片、热释电元件和信号处理电路，所述的菲涅耳滤光片为6um多层膜干涉滤波片，所述的热释电元件的材料为高分子有机聚合物复合材料，所述的信号处理电路包括滤波放大器、窗口比较器、噪声抑制器，所述的滤波放大器增益60-80dB，带通0.3-7Hz；
所述的高分子有机聚合物复合材料为PZT-PVDF复合薄膜，其制备方法为：
(1)将氧化铅、环烷酸锰、二氧化钛和二氧化锆粉末按照质量比例10：0.4：4.5：5.7的比例混合，并在球磨机上球磨15h，将混合均匀的粉末混合物在150MPa的压力下预制成饼状坯体，接着将坯体转至高温炉中预烧，温度为600℃和800℃，分别预烧2-3h，冷却后粉碎过200目筛，获得初步PZT颗粒，然后将颗粒球磨20h并在150MPa压力下预制成饼状坯体，坯体转至高温炉中保温2-3h，保温温度为1200℃，再次粉碎坯体，并过400目筛备用；
(2)将步骤(1)制备的PZT颗粒与PVDF按体积分数7:3的比例放入DMF溶剂，加热搅拌至PVDF完全溶解，然后倒在光滑平整的铝板上，并置于200-300℃的恒温箱中20-30h，取出并水冷，形成30-50um的薄膜；
(3)膜片在专用拉伸机上单向拉伸4-6倍，拉伸速率为6-10cm/min；
(4)将步骤(3)拉伸后的膜片放入硅油中极化0.5-1h，完成PZT-PVDF复合薄膜的制备；
所述的热释电红外感应器(1)感应红外线波长7-14um，作用距离为5-8m，视场为135°，工作温度为-10-55℃；
所述的总控制器(2)是一个微型处理器，所述的微型处理器采用AVR系列单片机，所述的AVR系列单片机存储有控制电磁阀(3)开/关、加热器(6)开/关和水泵(7)开/关的编程程序；
所述的AVR系列单片机是atmega16、atmega32、atmega64、atmega128、atmega323、atmega162、atmega165中的一种；
所述的水位探测器(11)包括水位感应探头、水位感应控制电路，所述的水位感应控制电路内灌环氧树脂；
所述的水槽(10)采用304不锈钢钢板材料，厚度为1-2mm，水槽内边角为100-108度，规格为1.2m×0.8m×0.3m，侧面底部有一直径4-5cm的圆孔，用以连接出水管；
所述的水箱(4)采用无氧铜材料，厚度2-4mm，外形规格为1.5m×0.8m×0.4m，所述的进水管(8)、出水管(9)均是采用普通PVC管，管径4-5cm。
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