CN114993430A - 一种无线实时的猪只动态称重方法及装置 - Google Patents

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刘得雄
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Abstract

本发明公开了一种无线实时的猪只动态称重方法及装置，涉及养猪称重技术领域。本发明步骤如下S1:通过远程指令对带有MCU以及压力传感器的体重秤进行标称物体标定；S2:运行时与上位机实时进行通信，保证及时上传体重信息与接收上位机命令。S2中的通信方式为ZigBee无线通信。S1中的称重步骤如下：A.称重方法启动时，首先检查MCU中指定地址FLASH内是否存有标定参数，若有则按照标定公式进行计算；若没有则按照初始化公式进行计算。本发明通过一系列的改进，使得猪在走过体重秤的同时能够高效准确的计算出其体重，并通过ZigBee通信将计算出的体重数据上传到后台服务器，便于存储与查询。

Description

一种无线实时的猪只动态称重方法及装置
技术领域
本发明属于养猪称重技术领域，特别是涉及一种无线实时的猪只动态称重方法及装置。
背景技术
目前国内猪场给猪只称重方法主要为，第一种：一般规模化猪场中会专门设有地磅，由相关饲喂人员将猪驱赶到设备上进行称重；第二点：规范化较差的猪场会直接将猪驱赶至普通的秤上进行称重；第三点：部分猪场采用了荷兰公司睿宝乐于2017年推出的一款动态称重单元，只需要猪走过即能计算出体重，但是整个功能单元独立于饲喂方法，属于分立式模块，还是属于无法实现全自动称重，一定程度上仍需占用人力资源，需要占据额外的饲喂空间，需要附加电子设施以记录每头猪的体重，或者由人工记录体重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线实时的猪只动态称重方法及装置，以解决了现有的问题：现有的称重方法无法实现全自动称重，一定程度上仍需占用人力资源，需要占据额外的饲喂空间，需要附加电子设施以记录每头猪的体重，或者由人工记录体重。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种无线实时的猪只动态称重方法。
本方法的步骤如下：
S1:通过远程指令对带有MCU以及压力传感器的体重秤进行标称物体标定
S2:运行时与上位机实时进行通信，保证及时上传体重信息与接收上位机命令。
进一步地，S2中的通信方式为ZigBee无线通信。
进一步地，S1中的称重步骤如下：
A.称重方法启动时，首先检查MCU中指定地址FLASH内是否存有标定参数，若有则根据相关标定参数得到计算公式y＝kx+b，并按照标定公式进行计算；
B.方法的主程序为死循环，重复将当前传感器所采集的信号转换成体重数据；程序中设有体重滤波阈值，当体重数据小于阈值时则一直返回至起始位置；当体重数据大于阈值则开始进行计算；
C.当计算完成后，会将当前猪的体重通过ZigBee无线传输及时上传给上位机。
进一步地，步骤B中的体重滤波在计算时经历两个阶段：
(1)体重首次上升，到达一个小高峰之后逐渐下降；
(2)在下降到最低点后重新攀升，一直到达最大值，然后缓慢下降，最后保持在真实体重附近上下波动。
进一步地，通过计算得到平均误差最小的Ebn对应的实时重量，即为猪的真实体重；用公式表达即：
G＝(g1+g2+g3)/3
E＝[|g1-G|+|g2-G|+|(g3-G)|]/3
Gmax2＝Gb
若有Ebn<Eb,Ebn<Eb-1……Ebn<Eb-6(b≥bn≥b-6)
那么猪体重则计数为bn时所对应的实时体重，即：
W＝gbn
其中，g为实时体重值；G为连续三个实时体重的平均重量；E为连续三个实时体重的平均误差；W为猪体重。
一种无线实时的猪只动态称重装置，用于如上任意一项。
包括称面，所述称面底部的一端固定有控制板安装盒，所述称面两端的内部都均布开设有流通槽，所述称面的顶部还设置有限卧杆，所述限卧杆两端内部的两侧均装配有定位钉，所述定位钉与流通槽滑动连接。
进一步地，所述定位钉的形状为U形。
进一步地，所述控制板安装盒的内部安装有控制板。
进一步地，所述称面的底部固定有第一支撑梁，所述称面底部还固定有第二支撑梁。
进一步地，所述称面底部的四个端角均设置有压力传感器，所述压力传感器的底部固定有称脚。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过一系列的改进，使得猪在走过体重秤的同时能够高效准确的计算出其体重，并通过ZigBee通信将计算出的体重数据上传到后台服务器，便于存储与查询。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明猪只动态称重方法流程图；
图2为本发明猪只走过体重秤的体重数据变化曲线示意图；
图3为本发明的装置结构示意图；
图4为本发明的第一支撑梁与第二支撑梁的连接结构示意图；
图5为本发明定位钉与限卧杆的连接结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、称面；2、限卧杆；3、流通槽；4、控制板安装盒；5、第一支撑梁；6、第二支撑梁；7、压力传感器；8、称脚；9、定位钉
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-2所示，本发明为一种无线实时的猪只动态称重方法。
本方法可以通过远程指令对体重秤进行标称物体标定，因此也能够适配相同MCU以及压力传感器的体重秤；
方法运行时与上位机实时进行通信，保证及时上传体重信息与接收上位机命令；
通信方式为ZigBee无线通信，通信协议自定义，按照上位机设定的不同方法共有四种不同的工作模式，具体参考下表格：
指令1 指令2 工作模式
0x0F 0x0F 上报当前实际重量，只上报一次
0x0F 0x7F 上报当前实际重量，周期性上报
0x7F 0x0F 上报算法计算后的重量，只上报一次
0x7F 0x7F 上报算法计算后的重量，周期性上报
方法以体重计算为主要工作，按照图1中所示流程持续重复运行：
(1)称重方法启动时，首先检查MCU中指定地址FLASH内是否存有标定参数，若有则按照标定公式进行计算；若没有则按照初始化公式进行计算；
其中，体重秤的标定是通过ZigBee指令进行现场标定，具体流程为：
①ZigBee网络拓扑中的上位机向体重秤发送标定指令，体重秤进入标定状态；
②秤面上无任何物体时，上位机发送0重量标定指令。即体重秤记录下当前所有传感器的AD值总和X1，对应重量为0(克)，并记入flash中；
③秤面上放置标称物(如砝码，秤砣等)，上位机发送指定重量标定指令。即体重秤记录下当前所有传感器的AD值总和X2，对应重量为Y2(克)，并记入flash中；
④通过(X1，0)和(X2，Y2)两点进行拟合，得到对应一次函数y＝kx+b，即体重计算公式(其中
Figure BDA0003686938940000051
)。
本实施例中，标定参数具体为两个坐标点(0，Y1)和(X2,Y2)，则
Figure BDA0003686938940000052
Figure BDA0003686938940000053
初始公式为实验室进行标定后所得出的计算参数k、b。
在每次开机时，都会检查flash中是否含有提供标定计算的两点坐标值。若有，则相应的标志量置1，表示此时体重结果根据标定后的公式进行计算；若没有，则相应的标志量置0，表示此时体重结果根据预先写入MCU的经验公式(即前面提到过的开发前期于实验室中标定后得到的公式)进行计算。
(2)方法的主程序为死循环，重复将当前传感器所采集的信号转换成体重数据；程序中设有体重滤波阈值，当体重数据小于阈值时则一直返回至起始位置；当体重数据大于阈值则开始进行计算；
(3)当计算完成后，会将当前猪的体重通过ZigBee无线传输及时上传给上位机；
对于体重滤波算法，以下进行详细说明：
如图2为实际试验中一头猪走过体重秤时，以20Hz频率采集到的实时体重数据；可以看到，猪从第一只脚踏上体重秤到全身站到秤上最后直至体重稳定于真实体重左右，一共经历了两个阶段：
(1)体重首次上升，到达一个小高峰之后逐渐下降；
(2)在下降到最低点后重新攀升，一直到达最大值，然后缓慢下降，最后保持在真实体重附近上下波动
算法的实际工作即寻找到两次波峰后的稳定体重值；程序首先设置两个数组记录连续三个实时体重数据的平均重量(记为G)以及平均误差之和(记为E)；根据曲线图，当平均重量G第一次达到最大值时视为第一个波峰出现，在此之后开始正式计算猪的实际体重；当平均重量G第二次达到最大值时视为第二个波峰出现，此时将第二个波峰所对应的实时体重计数记为b，通过比较Eb、Eb-1、Eb-2……Eb-6的大小，那么平均误差最小的Ebn对应的实时重量即为猪的真实体重；用公式表达即：
G＝(g1+g2+g3)/3
E＝[|g1-G|+|g2-G|+|(g3-G)|]/3
Gmax2＝Gb
若有Ebn<Eb,Ebn<Eb-1……Ebn<Eb-6(b≥bn≥b-6)
其中，g为实时体重值；G为连续三个实时体重的平均重量；E为连续三个实时体重的平均误差；
那么猪体重则计数为bn时所对应的实时体重，即：
W＝gbn
其中，g为实时体重值；W为猪体重。
使得方法以体重动态滤波为核心，通过ZigBee无线通信与上位机进行交互，借此将两者之间的连接去耦合化；称重结果会实时的上传给上位机并由其发送到后台服务器，并且整个称重方法是集成在猪饲喂方法中，无需再额外占据饲喂空间；相比于现有技术，本方法集成于一个完整的饲喂方法中，在对猪进行饲喂的同时即可将体重计算出并上传至云端，能够更加便捷的存储数据，方便相关人员管理。
实施例二：
请参考图3-图5，在上述实施例1的基础上，公开其应用装置。
包括称面1，称面1底部的一端固定有控制板安装盒4，控制板安装盒4的内部安装有控制板，称面1两端的内部都均布开设有流通槽3，且控制板安装盒4的顶部为实体，进而防止泄露的物体进入控制板安装盒4的顶部，称面1的顶部还设置有限卧杆2，且限卧杆2两端的底部均为平面，能够增加限卧杆2和称面1之间的接触，并能够通过限卧杆2防止猪在称面1上趴卧影响效率，限卧杆2两端内部的两侧均装配有定位钉9，且定位钉9的形状为U形，定位钉9与流通槽3滑动连接，进而能够将限卧杆2定位在称面1的顶部，并防止限卧杆2左右移动；
本实施例中，流通槽3的数量为四十五个，位于控制板安装盒4顶部的一端为二十一个，位于另一端的为二十四个；
称面1的底部固定有第一支撑梁5，且第一支撑梁5位于称面1底部的两端和中部，称面1底部还固定有第二支撑梁6，且第二支撑梁6与第一支撑梁5相互垂直，进而能够通过第一支撑梁5和第二支撑梁6对称面1增加稳固，减小受力变形，间接减少对于称面1的受力变形影响，称面1底部的四个端角均设置有压力传感器7，且压力传感器7与控制板通过导线电性连接，进而能够将信号输送给控制板，压力传感器7的底部固定有称脚8，从而能够通过称脚8对装置的高度进行支撑；
本实施例中，压力传感器7是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力压力使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。
本实施例的其中一个应用原理为：当猪在称重时走上称面1后，通过称面1底部四个端角的压力传感器7承受重力，同时通过外力压力使压力传感器7上薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号，然后将电信号输送给控制板，并通过控制板将信号传递给操作人员，同时当猪走上称面1后，通过限卧杆2防止猪在称面1上趴卧影响效率，并通过第一支撑梁5和第二支撑梁6增加称面1稳固，减小受力变形，间接减少对于称面1的受力变形影响，当猪在称面1的顶部***时，通过猪的踩踏等动作可以将粪便通过流通槽3挤压至称面1的下方，并通过装置底部另加的设备，在装置底部与液体混合后达到流动的效果进而借助相应管道排出饲喂站。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该本发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，步骤如下：
S1:通过远程指令对带有MCU以及压力传感器的体重秤进行标称物体标定；
S2:运行时与上位机实时进行通信，保证及时上传体重信息与接收上位机命令。
2.根据权利要求1所述的一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，S2中的通信方式为ZigBee无线通信。
3.根据权利要求1所述的一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，S1中的称重步骤如下：
A.称重方法启动时，首先检查MCU中指定地址FLASH内是否存有标定参数，若有则根据相关标定参数得到计算公式y＝kx+b，并按照标定公式进行计算；
B.方法的主程序为死循环，重复将当前传感器所采集的信号转换成体重数据；程序中设有体重滤波阈值，当体重数据小于阈值时则一直返回至起始位置；当体重数据大于阈值则开始进行计算；
C.当计算完成后，会将当前猪的体重通过ZigBee无线传输及时上传给上位机。
4.根据权利要求3所述的一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，步骤B中的体重滤波在计算时经历两个阶段：
(1)体重首次上升，到达一个小高峰之后逐渐下降；
(2)在下降到最低点后重新攀升，一直到达最大值，然后缓慢下降，最后保持在真实体重附近上下波动。
5.根据权利要求4所述的一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，通过计算得到平均误差最小的Ebn对应的实时重量，即为猪的真实体重；用公式表达即：
G＝(g1+g2+g3)/3
E＝[|g1-G|+|g2-G|+|(g3-G)|]/3
Gmax2＝Gb
若有Ebn<Eb,Ebn<Eb-1……Ebn<Eb-6(b≥bn≥b-6)
那么猪体重则计数为bn时所对应的实时体重，即：
W＝gbn
其中，g为实时体重值；G为连续三个实时体重的平均重量；E为连续三个实时体重的平均误差；W为猪体重。
6.一种无线实时的猪只动态称重装置，用于权利要求1-5任意一项的所述的一种无线实时的猪只动态称重方法，其特征在于，包括称面(1)，所述称面(1)底部的一端固定有控制板安装盒(4)，所述称面(1)两端的内部都均布开设有流通槽(3)，所述称面(1)的顶部还设置有限卧杆(2)，所述限卧杆(2)两端内部的两侧均装配有定位钉(9)，所述定位钉(9)与流通槽(3)滑动连接。
7.根据权利要求6所述的一种无线实时的猪只动态称重装置，其特征在于，所述定位钉(9)的形状为U形。
8.根据权利要求6所述的一种无线实时的猪只动态称重装置，其特征在于，所述控制板安装盒(4)的内部安装有控制板。
9.根据权利要求6所述的一种无线实时的猪只动态称重装置，其特征在于，所述称面(1)的底部固定有第一支撑梁(5)，所述称面(1)底部还固定有第二支撑梁(6)。
10.根据权利要求6所述的一种无线实时的猪只动态称重装置，其特征在于，所述称面(1)底部的四个端角均设置有压力传感器(7)，所述压力传感器(7)的底部固定有称脚(8)。
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