基于近紅外光線牛奶流量實時檢測系統(tǒng).pdf

1、在奶牛養(yǎng)殖過程中，準(zhǔn)確有效地檢測出每頭奶牛的實時產(chǎn)奶量和日產(chǎn)奶量對于奶牛養(yǎng)殖企業(yè)掌握每頭奶牛的日產(chǎn)奶量情況、合理地喂養(yǎng)奶牛、淘汰低產(chǎn)奶牛、增加經(jīng)濟效益具有極大幫助。目前，在小型牧場擠奶廳中對每頭奶牛日產(chǎn)奶量信息的獲取一般采用依靠人工來觀測的容積法，為了保證牧場中奶源的衛(wèi)生安全問題，測量容器需要定時清洗不僅耗時耗力、效率低，同時也會因人為因素導(dǎo)致觀測誤差。而在大型牧場中主要采用以色列阿菲金公司研發(fā)的紅外流量計設(shè)備，目前該設(shè)備完全依靠進口，

2、價格昂貴、維護技術(shù)難，在國內(nèi)牧場中無法大規(guī)模應(yīng)用。工人每天對奶牛的產(chǎn)奶量進行稱量、登記、記錄，因此為了減輕繁瑣工作量，提出利用非接觸式近紅外光線檢測牛奶流量系統(tǒng)來代替國內(nèi)目前小型牧場中人工錄入的方法。
　　本課題依據(jù)朗伯-比爾定律：物質(zhì)對某一單色光的吸收強弱與吸光物質(zhì)濃度和厚度有關(guān)開展研究。對于介質(zhì)均勻的鮮牛奶主要成份為水、蛋白質(zhì)、乳糖、脂肪，在牛奶濃度一定的情況下，其吸光度與牛奶厚度有關(guān)，根據(jù)這一特性，來獲取傳輸管內(nèi)牛奶的瞬時厚

3、度，設(shè)計了一種利用近紅外光線自動檢測奶牛實時產(chǎn)奶量系統(tǒng)。本課題的主要研究內(nèi)容包括：
　?。?）根據(jù)朗伯-比爾定律對于均勻介質(zhì)牛奶其吸光度與牛奶的濃度和厚度有關(guān)這一特性，參考國內(nèi)外研究文獻，設(shè)計了利用近紅外光線來檢測牛奶流量的整體方案，實現(xiàn)牛奶流量實時檢測。
　?。?）設(shè)計了牛奶流量檢測系統(tǒng)的硬件電路。該檢測系統(tǒng)由紅外發(fā)射電路、單片機系統(tǒng)、紅外接收放大電路、身份自動識別模塊以及無線通訊模塊和上位機系統(tǒng)組成。紅外發(fā)射電路由恒流源

4、模塊、近紅外發(fā)光管、三極管開關(guān)電路組成，功能是為牛奶厚度檢測提供穩(wěn)定的近紅外光線；紅外接收放大電路由光電傳感器以及濾波放大電路組成，主要功能是接收近紅外光線將其轉(zhuǎn)化成電壓信號并進行濾波放大；單片機系統(tǒng)采用了STM32單片機最小系統(tǒng)，是牛奶流量監(jiān)測系統(tǒng)的核心，主要功能是控制近紅外光線的循環(huán)發(fā)射，接收檢測的模擬信號并通過 A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字信號；無線通訊模塊由低功耗無線發(fā)射端和接收端通訊模塊組成，功能是完成與上位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸；身份自動

5、識別模塊由中距離的射頻卡和射頻讀卡器組成，功能是進行奶牛身份的自動識別，便于將檢測到的產(chǎn)奶量與相應(yīng)的奶牛對應(yīng)起來；上位機系統(tǒng)由PC機、無線接收模塊與PC通訊的串口線組成。
　　（3）進一步完成單片機模塊程序設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)過程是通過對傳輸管內(nèi)牛奶厚度的實時檢測獲取厚度信息以及流速和流過時間信息，將數(shù)據(jù)進行預(yù)處理并由無線通信模塊傳送給上位機。程序設(shè)計主要包括控制近紅外燈的循環(huán)發(fā)射、DMA數(shù)據(jù)存取、A\D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)?；?/p>