Автоматизированная система подкормки микроэлементами и витаминами на ферме

Automated management system of dosing microelements and vitamins in farm

Grigory Volkov

student of the magistracy, physics and mathematics faculty, Mari State University, Russia, Yoshkar-Ola

Ksenia Nazarova

student of the magistracy, physics and mathematics faculty, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Vladimir Izikov

doctor of Technical Sciences, Professor, Volga State Technical University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Аннотация. В работе рассмотрены технологические особенности создания автоматизированной системы подкормки животных на ферме с максимальной доступностью устройства. Данная система необходима для того, чтобы животные получали необходимую норму микроэлементов и витаминов для поддержание здорового состояния особи. Также в статье рассмотрена замена дорогостоящим аналогичным устройствам на основе Arduino Mega 2560. Для проекта были выбраны идентификационные ушные бирки марки Zee Tags с антенной DAF206 и считывающее устройство модели ASR454. Подробно изложена структурная схема корпуса дозирующей системы и расположения системы дозирования.

Abstract: In work technological features of creation of the automated system of top dressing of animals on a farm with the maximal availability of the device are considered. This system is necessary in order that animals received necessary norm of minerals and vitamins for maintaining of a healthy condition of an individual. Also in article replacement to expensive similar devices on the basis of Arduino Mega 2560 is considered. For the project identification eartabs of the Zee Tags brand with the DAF206 antenna and the ASR454 model reader were chosen. Explicitly the block diagram of a housing of the dosing system and an arrangement of system of dispensing is explained.

Ключевые слова: автоматизированная система управления; подкормка; управляющее устройство; дозирующая система; насос; таймер; микросхема; чипирование.

Keywords: automated management system; dosing; controller; metering system; pump; timer; microcircuit; chipping.

В настоящее время в нашей стране актуален вопрос о повышении качества и снижении себестоимости продукции животноводческих комплексов. В центральной части России расположено множество ферм, большинство из которых не автоматизированы, поскольку такие системы управления, предлагаемые на рынке, в основном стоит дорого и являются импортными. В случае поломки такой системы ее ремонт может обойтись предприятию недешево. Следовательно, необходимо создать отечественную систему, которая сможет конкурировать с уже имеющимися. Также ее стоимость не должна быть высокой.

Целью статьи является изучение и разработка автоматизированного процесса индивидуальной подкормки микроэлементами и витаминами, основанная на чипировании животных, позволяющая повысить их продуктивность.

В данной статье поставлена задача разработать автоматизированную систему подкормки микроэлементами и витаминами в рамках единой системы управления фермой. Подкормка животных различными добавками очень необходима на фермах для того, чтобы они хорошо выполняли свои функции.

За основу проекта автоматизированной системы управления (АСУ) животноводческой фермы взят принцип модульности, что позволит упростить внедрение проекта, ввиду того что каждый модуль разрабатывается, калибруется и в дальнейшем, может быть модернизирован без нарушения работоспособности системы в целом. Одним из важных функциональных блоков АСУ является подкормка микроэлементами и витамина.

Чтобы получить подкорку определённой вязкости необходимо использовать дозирующую систему, состоящую из трех компонентов с пропорциональным соотношение 1:1:1. Данная системы должна удовлетворять пропускной способности доильного зала типа «карусель». Диапазон дозирования подкормки должен составлять от 50 до 350 мл. Точность дозирования не должна превышать  от объема подкормки. Необходимо применять способ измерения дозирование по таймеру. И себестоимость конечного продукта должна быть не более 50 000 рублей. Данный ценовой диапазон взят из средней стоимости аналогов. Автоматизированная система должна иметь возможность постоянного режим включения и выключения дозирования. И обязательным параметром для подкорки будет ручная регулировка производительности в районе 0÷100%.

В состав блока входят следующие элементы:

1) перистальтический (шланговый) насос серии B-V PER;

2) цифровой таймер ежедневного или недельного программирования (max 8 циклов), встроенные в пластиковый корпус GW PLAST;

3) дозирующая система с производительностью от 1 до 3 л/ч;

4) мембранный дозирующий насос класса защиты IP65 с микропроцессорным управлением, производительность которого будет от 1 до 80 л/ч, а противодавление – до 20 бар.

Для проекта были выбраны идентификационные ушные бирки марки Zee Tags, антенна для считывания номеров таких бирок модели DAF206 и считывающее устройство модели ASR454.

Дозирующая система, представленная на рисунке 1, устанавливается в доильном зале «карусель» шведской компании S. A. Christen производительностью 500 животных в час. По максимальный объем подкормки на одно животное составляет 350 мл. Общий объем дозируемой жидкости на систему в час составляет 175 л/ч. Необходимо помнить, что данная система дозирует три компонента в пропорции 1:1:1, следовательно, максимальный объем дозируемого компонента на один насос составляет 55 л/ч. Производительность выбранного насоса BH-65 составляет 65 л/ч, что полностью удовлетворяет поставленным требованиям.

Рисунок 1. Схемы корпуса дозирующей системы

Для построения схем контроля и управления электронными устройствами был выбран четырехканальный релейный модуль для Arduino. Он подходит для управления силовой нагрузки в 230В и может быть подключен ко всем микроконтроллерам. Также данный модуль легко контролируется микроконтроллерами Arduino, 8051, AVR, PIC, DSP, ARM. Оптоэлектронная развязка входов используется для защиты электроники при замыкании в нагрузке. Модуль оснащен сильноточным реле 30В/10A - AC 250В/10A

Для микроконтроллера была выбрана плата Arduino Mega 2560. Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор). Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере. Платы могут быть собраны пользователем самостоятельно или куплены в сборе. Среда разработки программ с открытым исходным текстом доступна для бесплатного скачивания. Еще одним плюсом данной платы будет является ее низкая стоимость. Она относительно дешевая по сравнению с другими платформами.

Рисунок 2. Схема расположения системы дозирования

Общий вид готовой системы представлен на рисунке 2, из которого хорошо видно, что устройство компактное. В системе дозирования использовано минимальное количество элементов с максимально производительностью, которою можно получить от них.