【正文】 個(gè)月，出生時(shí)一般在 3kg 左右， 28日齡可達(dá)到 15kg，一般在 21~28 日之間斷奶；然后，通過(guò)飼料進(jìn)行喂食，宰殺重量大約在 95~110kg[43]。生豬在不同體重階段飼料配比和采食量不同，飼養(yǎng)人員若不能按照飼養(yǎng)階段正確的選擇飼料配比和投放飼料，不僅大大增加了單頭豬的飼養(yǎng)成本，還會(huì)造成豬的肉質(zhì)會(huì)變差。因此，需要及時(shí)的了解每天生豬的體重狀況，建立詳細(xì)數(shù)據(jù)報(bào)告，幫助飼養(yǎng)員喂食時(shí) 及時(shí)調(diào)整飼料配比和 增減飼料 用量 ，使生豬 在最佳喂食狀態(tài)下 增重， 達(dá)標(biāo)后 及時(shí)的出欄， 可以 更好的控制生豬飼養(yǎng) 過(guò)程的 成本。而目前，我國(guó)的生豬稱重方式多采用將多頭豬驅(qū)趕到帶欄桿的磅稱上或懸掛的稱重方式，這些稱重方式 不 僅不便于對(duì)單頭豬的育肥監(jiān)控，還 會(huì) 在稱重過(guò)程中 對(duì) 生 豬產(chǎn)生應(yīng)激，嚴(yán)重影響 其快速 生長(zhǎng)。 因此， 生豬的育肥過(guò)程中，需要 通過(guò)每天稱重 以 隨時(shí)了解生豬的體重 變化 情況，并且 稱重過(guò)程 不影響生豬的正常生長(zhǎng)。 溯源系統(tǒng) 需求 近年來(lái)，食品問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，豬肉質(zhì)量和安全越來(lái)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注和擔(dān)憂 [44]。生豬體重是肉品供應(yīng)鏈全程質(zhì)量溯源系統(tǒng)需要記錄的重要數(shù)據(jù)之一 [4]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，不少科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者提出了肉品全程質(zhì)量安全溯源和監(jiān)管的現(xiàn)代化養(yǎng)殖模式 ，利用射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID）實(shí)現(xiàn)肉品供應(yīng)鏈的全程監(jiān)控 [4546]。 國(guó)外開始射頻識(shí)別技術(shù) 在肉品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)中的研究比較早，且已開始應(yīng)用。隨著我國(guó)人民對(duì)食品安全問(wèn)題的重視，政府也在積極推動(dòng)利用 RFID 技術(shù)建立肉品溯源系統(tǒng)的研究項(xiàng)目。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 12 準(zhǔn)確稱重和記錄生豬的體重，不僅是生豬養(yǎng)殖的內(nèi)在需求，而且也是建立肉品供應(yīng)鏈全程質(zhì)量溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而生豬體重?cái)?shù)據(jù)的不詳細(xì)且記錄 方式 為人工記錄，容易受到計(jì) 量人員主觀因素的影響，準(zhǔn)確率和效率都比較低，信息錄入不方便。 肉品溯源 系統(tǒng)需要采集和記錄生豬養(yǎng)殖過(guò)程中的全部生長(zhǎng)記錄，其中包括生豬的增重記錄。 因此，為了滿足肉品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)的需求，需要一個(gè)現(xiàn)代化體重采集 傳輸 設(shè)備，且所采集的信息 具有 準(zhǔn)確可靠、 易于與 溯源系統(tǒng)對(duì)接、易于管理 等特點(diǎn) 。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 由于傳統(tǒng)的生豬體重?cái)?shù)據(jù)的獲取、記錄和管理方式， 不能滿 足現(xiàn)代化和規(guī)?；B(yǎng)殖的需要，因此需要 一種新型的生豬稱重系統(tǒng) 。要求該系統(tǒng) 能夠在生豬 的生長(zhǎng)各個(gè)階段定期、準(zhǔn)確、快速采集生豬的體重，不對(duì)豬產(chǎn)生應(yīng)激 ，數(shù)據(jù)的采集過(guò)程無(wú) 需人工干涉，且方便溯源系統(tǒng)錄入采集的體重信息。因此，需要一套集生豬體重采集、傳輸、保存于一體的生豬體重 采集 傳輸系統(tǒng)。本文提出具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1） 自動(dòng)稱重，稱重過(guò)程中不對(duì)豬產(chǎn)生應(yīng)激，影響其生長(zhǎng)； （ 2） 每天采集和記錄生豬體重，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管； （ 3） 體重?cái)?shù)據(jù)采集真實(shí)可靠； （ 4） 擁有一定的能數(shù)據(jù)管理 能力 且易于與溯源系統(tǒng)對(duì)接。 技術(shù)路線 本課題以 實(shí)際 工程設(shè)計(jì)為主， 首先對(duì)現(xiàn)代化養(yǎng)殖和規(guī)模化養(yǎng)殖的需求進(jìn)行分析 ， 提出設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后 設(shè)計(jì)生豬 體重采集 傳輸?shù)恼w方案， 其次 對(duì) 系統(tǒng) 的軟硬件進(jìn)行開發(fā) ，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳 輸?shù)膮f(xié)議和確定數(shù)據(jù)的處理算法， 最 后 測(cè)試 稱重 系統(tǒng)的性能 ， 具體研究路線如 圖 21 所示。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 （學(xué)術(shù)型） 13 下 位 機(jī) 控 制 軟 件測(cè) 試 稱 重 系 統(tǒng)采 集 （ 匯 聚 ） 節(jié) 點(diǎn)養(yǎng) 殖 場(chǎng) 試 用方 案 設(shè) 計(jì)提 出 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo)需 求 分 析R F I D 閱 讀 器紅 外 探 測(cè) 器稱 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)修 正 測(cè) 試 中 發(fā) 現(xiàn) 的 問(wèn) 題是 否 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求上 位 機(jī) 管 理 軟 件生 豬 體 重 采 集 傳 輸 系 統(tǒng)數(shù) 據(jù) 傳 輸 協(xié) 議閘 門 控 制豬 舍 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)調(diào) 試 程 序傳 感 器 系 統(tǒng)（ 稱 臺(tái) ）調(diào) 試 程 序硬 件 開 發(fā)YN 圖 21 技術(shù)路線圖 方案設(shè)計(jì) 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)選擇 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（ Automatic Identify Technology， AIT） ，是 20 世紀(jì) 70 年代后迅猛發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用的一組自動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以快 速、準(zhǔn)確地識(shí)別信息，然后將識(shí)別的信息自動(dòng)輸入信息管理系統(tǒng)，無(wú)需 者 只需 很小的人工干預(yù)，它主要包括磁條（卡）、條形碼、射頻識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別 、聲音識(shí)別、視覺(jué)識(shí)別技術(shù) [47]。生豬的個(gè)體標(biāo)識(shí)和識(shí)別通常要求低成本、使用方便、融入管理程序簡(jiǎn)單、保留率較高、在屠宰場(chǎng)收集方便、不得有碎片進(jìn)入肉品或血液中、易在市場(chǎng)與屠宰場(chǎng)識(shí)別、易將標(biāo)識(shí)信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)和可重復(fù)利用等要求 [48]。 雖然 ， 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)選擇比較多，但是從成本考慮以及技術(shù)成熟度上講，選擇二維第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 14 條碼和無(wú)線射頻識(shí)別（ RFID） 比較合適。顯然，二維條碼具有信息容量大、成本低，易制作、可用多種閱讀設(shè)備閱讀等特點(diǎn) 。 目前 ， 很多的豬只個(gè)體和胴體的標(biāo)識(shí)采用了一維條碼或二維條碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，歐盟的經(jīng)驗(yàn)表明，要求對(duì)食品的相關(guān)信息的可追溯性，條形碼實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能相對(duì)比較困難，因?yàn)樵谑称饭?yīng)鏈的每個(gè)接口環(huán)節(jié)都需要重新掃描[49]。根據(jù) 2021 年農(nóng)業(yè)部 頒布的 《動(dòng)物免疫標(biāo)識(shí)管理辦法》，研究基于 RFID 技術(shù)的豬只個(gè)體、胴體標(biāo)識(shí)數(shù)字化產(chǎn)品可以利用 RFID 這種信息載體所具 有的便捷性、安全性、可存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，取代原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式（手工填寫或條碼），從而 提高工作效率 ，也實(shí)現(xiàn) 保證 系統(tǒng) 安全性和可靠性 的目的 。 因此，本系統(tǒng)綜合考慮生豬稱重環(huán)境比較惡劣以及養(yǎng)殖業(yè)生豬標(biāo)識(shí)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，采用了 RFID 動(dòng)物耳標(biāo)作為生豬個(gè)體的標(biāo)識(shí)。 表 21 RFID 與條形碼的比較 信息 載體 信息量 讀 /寫性 讀取 方式 讀取 距離 批量 讀取 環(huán)境適應(yīng)能力 使用 壽命 條形碼 紙 小 只讀 光電轉(zhuǎn)換 短 不能 差 較短 RFID 芯片 大 讀 /寫 無(wú)線通信 長(zhǎng) 能 好 (防水防磁等 ) 長(zhǎng) RFID 技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以在一定距離內(nèi)識(shí)別標(biāo)識(shí)的物體。其識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、天線和閱讀器三部分組成，有的閱讀器和天線合為一體，用標(biāo)簽對(duì)識(shí)別的物體進(jìn)行編號(hào)，這樣閱讀器讀取標(biāo)號(hào)后，系統(tǒng)便知道識(shí)別物體的信息 [50]。和傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比，利用 RFID 技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行標(biāo)識(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)，如表 21 所列。 RFID 這種信息載體所具有的便捷性、安全性、可存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)，取代原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式（手工填寫或條碼），從而實(shí)現(xiàn) 提高工作效率、保證系統(tǒng)可靠性和安全性的目的。雖然， RFID 開始的一次性投資比較大，但是芯片可以重復(fù)讀取， 能夠使可追溯變得更加高效并且能夠提高數(shù)據(jù)獲取和管理的可靠性 [51]。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)講，相對(duì)于二維條形碼等標(biāo)識(shí)產(chǎn)品來(lái)講其成本增加不多。 RFID 具有多個(gè)頻率，選擇不同的頻段信號(hào)傳輸?shù)木嚯x、速度不同 ，本文采用超高頻 LJYZN102 系列閱讀器，其參數(shù)如表 22 所列，對(duì)應(yīng) RFID 標(biāo)簽采用動(dòng)物耳標(biāo) ZYABS30，可以滿足生豬 標(biāo)識(shí)的要求。 表 22 選用的 RFID 閱讀器 技術(shù) 參數(shù) 參 數(shù) 描 述 工作電壓 ＋ 8V~+12V 支持標(biāo)準(zhǔn) ISO180006B、 EPC CLASS1 G2（ ISO180006C） 工作模式 自動(dòng)方式、交互應(yīng)答方式、觸發(fā)方式 工作頻率 FCC 902～ 928MHz 或 CE 865～ 868MHz(可調(diào)整 ) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 （學(xué)術(shù)型） 15 發(fā)射工作 廣譜跳頻 (FHSS)或定頻發(fā)射 典型讀取距離 1~15 米 接 口 RS23 RS48韋根 根據(jù)國(guó)標(biāo) ISO 和 GB/T 20563—2021 動(dòng)物射頻識(shí)別代碼結(jié)構(gòu)的規(guī)定 [53]， 對(duì)生豬 耳標(biāo)的編碼方式采用 64 位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行全球唯一性標(biāo)識(shí)， 由控制代碼、國(guó)家或地區(qū)代碼、國(guó)家動(dòng)物代碼三部分組成。為了 存儲(chǔ) 的方便， 在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中在 將 二進(jìn)制位 的 代碼轉(zhuǎn)換成 23 位的十進(jìn) 代 碼 進(jìn)行存儲(chǔ) [53]， 如 圖 22 所示 ， 其十進(jìn)制編碼含義 為：應(yīng)用標(biāo)識(shí) （ 23位 ） ，只 取值 為 0 或 1，“ 0” 代表 非動(dòng)物標(biāo)簽 ， “ 1” 代表 動(dòng)物標(biāo)簽 ； 標(biāo)簽重置計(jì)數(shù) （ 22位 ） ， 取值范圍為 0～ 7，首次安裝的標(biāo)簽時(shí)，取值為“ 0” ； 畜禽種類 （ 21～ 20 位 ）， 取值范圍為 00～ 31， 豬的代碼是 “ 01” ； 省市代碼 （ 19～ 18 位 ） ， 取值范圍為 00～ 63； 鏈接標(biāo)志 （ 17 位 ） ， 取值 為 “ 0” 或 “ 1” ； 國(guó)家 (地區(qū) )代碼 （ 16～ 13 位 ） ， 取值范圍為 0000～1023， 中國(guó)的代碼是 “ 0156” ； 豬只編碼 （ 12～ 1 位 ） ， 取值范圍為 ）（ 12~0 38 。 圖 22 豬射頻識(shí)別代碼結(jié)構(gòu) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的生豬體重 自動(dòng) 采集傳輸系統(tǒng)集 生豬體重采集、傳輸、 保存于一體 ，采用一機(jī)多稱的連接模式 ， 即每個(gè)豬舍里放置一個(gè)生豬 體重采集 裝置，然后多個(gè) 體重采集 裝置將采集到的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)?服務(wù)器和 數(shù)據(jù)中心， 實(shí)現(xiàn)溯源生豬體重信息的溯源， 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 如圖 23所示 。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 16 N豬 舍1豬 舍2豬 舍N + 1豬 舍? ?豬 舍3豬 舍采 集 節(jié) 點(diǎn)匯 聚 節(jié) 點(diǎn)監(jiān) 控 計(jì) 算 機(jī)W E B 服 務(wù) 器中 心 數(shù) 據(jù) 庫(kù)遠(yuǎn) 程 監(jiān) 控 中 心R S 4 8 5I N T E R N E T 圖 23 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng) 按 功能可以分為上位機(jī)和下位機(jī)，上位機(jī) 由 普通 PC 機(jī)擔(dān)當(dāng) ， PC 上 連有匯聚節(jié)點(diǎn)， 下位機(jī) （體重采集裝置）由 采集 節(jié)點(diǎn)和外圍設(shè)備 構(gòu)成 。 每個(gè)豬 舍 里均有一個(gè) 體重采集裝置，可以實(shí)現(xiàn)生豬體重采集和 RFID 耳標(biāo)信息讀 取， 然后采集節(jié)點(diǎn)將采集 到 數(shù)據(jù)發(fā)送 至 匯聚節(jié)點(diǎn) ， 匯聚節(jié)點(diǎn) 在 通過(guò) RS485 將 采集的 數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī) 。 上位機(jī)開發(fā) 了相應(yīng)的管理軟件，管理軟件的后臺(tái)軟件可以對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、算法處理、保存和顯示。上位機(jī) 管理 軟件可以管理 連接在其上的多個(gè)下 位機(jī)，也可以在上位機(jī)監(jiān)測(cè) 生豬體重采集的 整個(gè)過(guò)程。 在夜間休閑時(shí) ，上位機(jī)會(huì) 將 當(dāng)天采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng) 從本地 同步到服務(wù) 器 和數(shù)據(jù)中心。 豬 舍 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于生豬 體重采集 時(shí)，不僅不能對(duì)生豬產(chǎn)生應(yīng)激，影響其正常采食和生長(zhǎng)，還需要保證每次采 集的是單頭豬的體重， 因此 參照國(guó)外現(xiàn)代化養(yǎng)殖場(chǎng) 的 一些 設(shè)計(jì) [5456]， 設(shè)計(jì)了一種豬 舍 結(jié)構(gòu)，如圖 24 所示。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 （學(xué)術(shù)型） 17 圖 24 豬圈結(jié)構(gòu)示意圖 豬舍 分為三個(gè)區(qū)：活動(dòng)區(qū)、進(jìn)食區(qū)和飲水區(qū)。生豬可以 在活動(dòng)區(qū) 和飲水區(qū)自由走動(dòng)，在 進(jìn)食區(qū) 的走動(dòng)是單向的 ， 即 進(jìn)食區(qū)的通道是單向的， 其 進(jìn)口和出口分別設(shè)有閘門 1 和閘門 2， 生豬只能從進(jìn)食區(qū)進(jìn)口進(jìn)入、出口走出。在進(jìn)食區(qū)的過(guò)道上，放置一個(gè)體重采集裝置，從而可以 在 生豬 進(jìn)食 時(shí) 完成生豬體重的自動(dòng)采集。生 豬進(jìn)食區(qū) 的 閘門 1 處于常開狀態(tài)，閘門 2 處于常閉狀態(tài)。稱臺(tái)放在生豬進(jìn)食區(qū)的閘門 1 處。這樣，每次只能一頭生豬且單向通過(guò)稱臺(tái)。 稱體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 等人通過(guò)稱量生豬前蹄的方式計(jì)算出生豬體重 [57]，這種稱量方式雖然可以減少稱臺(tái)面積，但是不能保證稱量的精度。為了提高稱重的精度，采用整頭豬在稱臺(tái)上稱量的方式。根據(jù)生豬的形態(tài)特征將稱臺(tái)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形平臺(tái)（樣機(jī)的大小為），如圖 25 所示（為了便于圖中只畫出稱臺(tái)上的護(hù)欄）。稱臺(tái)的主要受力部位為底部鋼架結(jié)構(gòu)，用于安裝稱重傳感器；鋼架結(jié)構(gòu)上有稱臺(tái)護(hù)罩，用于沖洗和稱重時(shí)保護(hù)稱重 傳感器和電線以及均分受力；稱臺(tái)進(jìn)口處護(hù)欄上裝有紅外光柵 1，稱臺(tái)出口處護(hù)欄上裝有紅外光柵 2，在稱臺(tái)出口處裝有 RFID 閱讀器。生豬進(jìn)食區(qū)的出口處，裝有紅外光柵 3。 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 18 圖 25 稱臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)有生豬進(jìn)食從閘門 1 進(jìn)入進(jìn)食區(qū)時(shí)，進(jìn)口處的紅外光柵 1 探測(cè)到生豬全部走上稱臺(tái)后，閘門 1 自動(dòng)關(guān)閉，稱重設(shè)備開始采集生豬體重并讀取生豬的耳標(biāo)號(hào)，稱臺(tái)上的紅外光柵 2 探測(cè)生豬走出稱臺(tái)的時(shí)間。生豬進(jìn)食完后，由于過(guò)道狹窄，生豬無(wú)法轉(zhuǎn)向，繼續(xù)往前，當(dāng)走至出口位置時(shí)，出口處的紅外光柵 3 探測(cè)到生豬，閘門 2 打開，當(dāng)生豬走出進(jìn)食區(qū)后閘門 2 關(guān) 閉，閘門 1 打開。從而，完成了一頭的體重信息的采集。 本章小結(jié) 本章從 養(yǎng)殖場(chǎng) 生豬 育肥過(guò)程 監(jiān)測(cè) 以及 肉品供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng) 建立對(duì)生豬體重 采集 的 需求 分析 出發(fā) ，提出了生豬 體重 自動(dòng) 采集傳輸 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) ，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線，并完成了 生豬體重 自動(dòng) 采集傳輸系統(tǒng)的總體方案 設(shè)計(jì) 。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 （學(xué)術(shù)型） 19 第 3 章 系統(tǒng) 的總體 硬件設(shè)計(jì) 上一章完成了總 體方案 設(shè)計(jì) ，本章在上一章的基礎(chǔ)上完成 系統(tǒng)硬件 平臺(tái)的搭建 。首先， 本 章給出系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu) 框圖 ， 然后分 模塊對(duì)其進(jìn)行闡述，最后詳細(xì) 地 介紹 了稱臺(tái) 的 設(shè)計(jì) 、 主控 芯片的選型以及主要電路 的設(shè)計(jì) 。 本章的 硬件平臺(tái)搭建 是整個(gè)系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)總體 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖 31 所示，主要包括 PC 機(jī)、 采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)以及其他的外圍 設(shè)備 。而匯聚節(jié)點(diǎn) 的 硬件構(gòu)成 比采集節(jié)點(diǎn) 少 ， 也 無(wú)需實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的控制，只需轉(zhuǎn) 發(fā) PC 機(jī)和采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以其硬件部分可以直接由采集節(jié)點(diǎn)的硬件充當(dāng)。因此，本章主 接下來(lái)主要對(duì)采集節(jié)點(diǎn)以及其外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。 稱 重 傳 感 器 系 統(tǒng)（ 稱 臺(tái) ）紅 外 光 柵A D 6 2 3儀 表 放 大 器A D 7 7 1 2 2A / D 轉(zhuǎn) 換 電 路P C 機(jī)S T C 1 5 F 2 K 6 0 S 2單 片 機(jī) 系 統(tǒng)R F I D 閱 讀 器控 制 繼 電 器控 制 閘 門 直 流 電 機(jī)外 接 鍵 盤Q C 1 2 8 6 4 顯 示 器n R F 9 0 5 無(wú) 線 收 發(fā) 模 塊S T C 1 5 F 2 K 6 0 S 2單 片 機(jī) 系 統(tǒng)n R F 9 0 5 無(wú) 線 收 發(fā) 模 塊2 5 A A 2 5 6E E P R O MI S P 程 序 下 載 接 口I S P 程 序 下 載 接 口2 5 A A 2 5 6E E P R O M濾 波 電 路電 源 1 2 VA M S 1 1 7電 壓 轉(zhuǎn) 換L M 7 8 0 5電 壓 轉(zhuǎn) 換R S 4 8 5接 口 3接 口 2接 口 1接口4M A X2 3 2采 集 節(jié) 點(diǎn)匯 聚 節(jié) 點(diǎn)復(fù) 位 電 路 晶 振 電 路 圖 31 系統(tǒng)的整體硬件框圖 下位機(jī) （ 由 采集節(jié)點(diǎn)以及外圍設(shè)備 組成 ） 硬 件 系統(tǒng) 按 主要功能可以劃分為 電源模塊、第 3 章 稱臺(tái)與系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 嵌入式處理模塊、 紅外探測(cè)模塊 、 RFID 讀取 模塊 、 無(wú)線 數(shù)傳 模塊 、 電子稱重模塊 、閘門 開關(guān) 模塊 、 LCD 顯示模塊、功能鍵盤模塊，共計(jì) 九 個(gè)模塊，其中電子稱重 模塊 又可以分為稱重傳感器模塊、信號(hào)處理模塊 、 A/D 轉(zhuǎn)換 模塊組成 三個(gè)小模塊 ，如圖 32 所示 。 硬 件 模 塊R F I D 讀 取 模 塊無(wú) 線 數(shù) 傳 模 塊電 子 稱 模 塊稱 重 傳 感 器 模 塊嵌 入 式 處 理 器 模 塊信 號(hào) 處 理 模 塊閘 門 開 關(guān) 模 塊紅 外 探 測(cè) 模 塊A / D 轉(zhuǎn) 換 模 塊L C D 顯 示 模 塊電 源 模 塊功 能 鍵 盤 模 塊 圖 32 主要功能 硬件模塊 （ 1） 電源模塊 主要給 系統(tǒng)供電， 采用 外接電源 12V 開關(guān) 電源， 如圖 33（ a） 所示，12V 直接 給紅外光柵探測(cè)模塊、 RFID 讀取模塊 供電 ，在通過(guò) LM7805 芯片轉(zhuǎn)換 成 5V 給傳感器系統(tǒng)、主控芯片以及 其它芯片供電，其中 nRF905無(wú)線模塊供電需要通過(guò) AMS1117芯片轉(zhuǎn)換成 供電。 （ 2） 嵌入式處理模塊，選用單片機(jī)作為主控芯片，控制其他模塊有序工作 。 （ 3） 電子稱重模塊，主要是是實(shí)現(xiàn)生豬體重?cái)?shù)據(jù)的采集，其中 稱重傳感器 模塊 選用四個(gè)高穩(wěn)定性的 SQCA 電阻應(yīng)變式稱重傳感器，每個(gè)稱重傳感器的量程為 200kg，如33（ b）所示 。傳感器安裝在稱臺(tái)上，并聯(lián)輸出信號(hào)，然后經(jīng)信號(hào)處理模塊，即 信號(hào)的濾波和放大處理后， 在 由 A/D 轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字 信號(hào) 。 （ 4） 紅外探測(cè)模塊選用三對(duì)紅外光柵 ABI10485，如圖 33（ c）所示， 響應(yīng)時(shí)間為 30ms， 用于探測(cè)生豬在喂食區(qū)的位置 ，其輸出的開關(guān)信號(hào)輸入到單片控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯判斷 。 （ 5） RFID 閱讀器選用超高頻 LJYZN102 系列閱讀器， 如圖 33（ d） 所示， 對(duì)應(yīng)RFID 標(biāo)簽采用動(dòng)物耳標(biāo) ZYABS30，主要用于讀取生豬的耳標(biāo)號(hào)， 獲得生豬的個(gè)體信息。 （ 6） 功能鍵盤 為下位機(jī)控制面板，主要 用于稱重模塊 的 校準(zhǔn) 。 （ 7） 閘門的控制 是通過(guò) 單片機(jī)輸出開關(guān) 信號(hào) 控制 繼電器開閉實(shí)現(xiàn) 電機(jī) 的 正反轉(zhuǎn)，浙江工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位 論文 （學(xué)術(shù)型） 21 從而控制進(jìn)食區(qū) 閘 門開啟和 關(guān)閉 。 （ 8） nRF905 無(wú)線 數(shù)傳 模塊 主要用于實(shí)現(xiàn)采集裝置 與上位機(jī) 的通信和 數(shù)據(jù)傳輸 。 （ 9） LCD 顯示選用帶字庫(kù)的 QC12864 液晶顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示 體重采集 狀態(tài)和處理后 的體重值 以及 RFID 耳標(biāo) 號(hào)，供飼養(yǎng)人員現(xiàn)場(chǎng)查看。 LCD 顯示 模塊控制電路上有光敏電阻可以根據(jù)外接光線 自動(dòng) 調(diào)整液晶燈光顯示亮度。 （ a） 開關(guān)電源 （ b） 稱重傳感器 （ c） 紅外光柵 （ d） RFID 閱讀器 圖 33 部分外圍設(shè)備 實(shí)物圖 稱臺(tái)的設(shè)計(jì) 上世紀(jì) 60 年代末，國(guó) 內(nèi)開始使用全電子衡器，它的重量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一般由多個(gè)稱重傳感器構(gòu)成，稱重時(shí)重物分配在多個(gè)稱重傳感器上。在多稱重傳感器系統(tǒng)中，需要考慮稱重傳感器的使用數(shù)量，以便合理的選擇稱重的類型和量程。稱重傳 感器的使用數(shù)量，一般根據(jù)稱體的使用環(huán)境和稱體的支點(diǎn)個(gè)數(shù)而定，通 常 在使用環(huán)境允許的情況，采用幾 個(gè)支點(diǎn)就選用幾個(gè)稱重傳感器。為了保證生豬稱重的精度，稱重時(shí)整頭豬都在稱臺(tái)上，因此稱臺(tái)的面積比較大，這樣采用四個(gè)支點(diǎn)可以比較好的保持稱臺(tái)的平衡性，從而使用四個(gè)稱重傳感器完成重量轉(zhuǎn)換。 傳感器量程 選取 稱重傳感器量程的選擇至 關(guān)重要，不僅關(guān)系到稱重的準(zhǔn)確性還關(guān)系到稱重傳感器的安全以及使用壽命。傳感器的量程選擇過(guò)大，會(huì)降低對(duì)重物測(cè)量的精度；量程選擇的過(guò)小，由于稱重過(guò)程中稱體自重、振動(dòng)、偏載等因素的影響，會(huì)使損壞稱重傳感器。 通常稱重傳感器量程的選擇 可依據(jù)選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤的最大稱量值、可能產(chǎn)生的最大偏載或動(dòng) 載荷 以及秤體的自重等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的公式如下： N wwkkk )( m ax310 ??? (31) 式 中 ： ? 為單個(gè)傳感器的額定量程； 0k 為保險(xiǎn)系數(shù)，通常取值在 ~ 間； 1k 為第 3 章 稱臺(tái)與系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 沖擊系數(shù)； 2k 為風(fēng)壓系數(shù)； 3k 為秤體的重心偏移系數(shù) ；