CN104198002A - 一种基于红外光幕的非接触原奶流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，它由本地系统和云平台系统两大部分组成。本发明不仅能实现非接触原奶对其进行流量计量，而且能将该流量信息上传，实现对原奶流量快速、连续、精确统计。

Description

一种基于红外光幕的非接触原奶流量计

技术领域：

本发明涉及的是一种基于红外光幕的非接触原奶流量计。

背景技术：

规模化养殖条件下，获取奶牛个体产奶量信息，从微观角度牧场可以掌握每个奶牛品种优势、健康状况、生长发育及饲喂水平等信息，从而有针对性对其进行饲喂、防疫、配种、挤奶、淘汰等；从宏观角度可以汇集全国牧场产奶信息，从而为整个奶业提供决策，精确控制生产成本，合理分配资源，降低行业风险，提高生产效率等方面所需的信息参考。

同时根据原奶生产标准，保证原奶在生产过程中与外界隔离，要求在流量计量过程中无阻挡结构、无机械结构，确保原奶不受污染。目前常用的流量自动化计量通常采用涡轮检测法，差压节流检测法，它们均为接触式计量方法，机械结构稍显复杂，数据不易统计分析，不能适用于原奶流量计量。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的原奶流量计量非连续、不能满足规模化生产等不足，提供一种基于红外光幕的非接触原奶流量计。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，它由本地系统和云平台系统两大部分组成，本地系统主要由红外光幕发射管、红外光幕接收管、信号预处理电路、微控制单元MCU嵌入式系统、无线射频识别RFID及外围辅助电路、计量信息上传电路、原奶流量计量腔、原奶传输管道、避光材料外壳组成；各个部分均安装在避光材料外壳的内部共同构成非接触流量计主体，原奶传输管道连接原奶流量计量腔，红外光幕发射管与红外光幕接收管分别安装在原奶流量计量腔外部两侧对称放置，红外光幕发射管和红外光幕接收管与信号预处理电路相连，MCU嵌入式系统与信号预处理电路、计量信息上传电路、RFID及外围辅助电路相连；云平台系统主要由数据接口和数据库组成；

MCU嵌入式系统根据RFID及外围辅助电路信号，控制信号预处理电路，使红外光幕发射管发射经过调制后的红外光，红外光穿透原奶流量计量腔后，红外光信号可以被红外光幕接收管接收，并转换为电信号，实现从光信号到电信号的转换；当有原奶通过原奶流量计量腔时，由于原奶会对红外光产生吸收和散射作用，从而引起红外光幕接收管两端电压变化，红外接收管将该变化的电压信号送入信号预处理电路中，信号预处理电路对该电信号进行信号放大、降噪、模数转换、整形滤波，然后再送入MCU嵌入式系统中，MCU嵌入式系统进行信号处理运算，计算出原奶流量，并将流量信息通过计量信息上传电路，利用有线和无线方式，通过互联网与云平台系统中数据接口，将流量信息送入云平台系统的数据库中，数据库对流量信息存储统计以及分析。

进一步的，本地系统中MCU嵌入式系统包扩满足其最小工作状态的核心处理器芯片、晶振、显示模块、按键控制模块、电源。

进一步的，原奶流量计量腔采用可透射红外光材料，同时符合原奶生产及卫生安全标准的材料。

进一步的，避光材料外壳采用非可透射红外光材料，避免环境光对红外光幕产生干扰，同时避光材料外壳具备一定的防水防潮特性，确保内部各个部分可在原奶生产现场下正常工作。

进一步的，云平台系统主要包含数据接口与数据库,以及组网配套所需的联网硬件，数据库服务器，数据库管理软件。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明不仅能实现非接触原奶对其进行流量计量，而且能将该流量信息上传，实现对原奶流量快速、连续、精确统计。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的原理图。

图3为原奶流量计量腔截面图。

图4为本发明装置的硬件部分。

图5为本发明装置工作流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。它由红外光幕发射管1、红外光幕接收管2、原奶流量计量腔3、原奶传输管道5、避光材料外壳4组成；各个部分均安装在避光材料外壳的内部，原奶传输管道连接原奶流量计量腔，红外光幕发射管与红外光幕接收管分别安装在原奶流量计量腔外部两侧对称放置。

图2为本发明的原理图。本发明利用随机信号中自相关函数和互相关函数理论分析方法，实现测定原奶流体流动参数；再根据原奶流量计量腔、所测原奶流体流动参数、所测流动时间进行积分计算出原奶流量。

当流体在管道内流动时会受到管道的各种随机扰动，由于在短距离L内，我们可认为流动噪声信号具有一致性，从而上下游红外光幕会产生两类流动状况相关的信号，对这两类信号进行时域和频域分析以及计算，可以测定原奶流体流动参数，从而实现原奶流量计量。利用随机信号中自相关函数和互相关函数理论分析方法，实现测量原奶流体流动参数，测量精度与流体的温度、浓度、介质成分等基本无关。

图3为原奶流量计量腔截面图。1.红外光幕发射管，2.红外光幕接收管。原奶进入计量标准腔后依次流经上下游光幕会产生两类近似信号，对这两类信号进行处理运算，可得到流体从上游流到下游的时间T，再结合上下游传感器间距L和腔体截面积S可计算出流体流动的瞬时流速V，则流量Q＝S*L/T,一定时间内对Q进行数值积分就可以得到这段时间内的原奶流量值。

图4为本发明装置的硬件部分。硬件部分主要围绕本地系统与云平台系统两大部分设计实现。其中本地系统主要由非接触原奶流量计组成，其中包括红外光幕发射管、红外光幕接收管、信号预处理电路、MCU嵌入式系统、RFID及外围辅助电路、计量信息上传电路、原奶流量计量腔、原奶传输管道、避光材料外壳；云平台系统包含数据接口和数据库系统。本地系统与云平台系统通过非接触原奶流量计中的计量信息上传电路，采用有线和无线方式通过互联网，实现数据交互。

图5为本发明装置工作流程图。开始流量计量工作，MCU嵌入式系统根据RFID及外围辅助电路信号，读取奶牛信息，判断是否开始挤奶；若开始挤奶，则MCU嵌入式系统控制信号预处理电路，使红外光幕发射管发射经过调制后的红外光，红外光穿透原奶流量计量腔后，红外光信号可以被红外光幕接收管接收，并转换为电信号，实现从光信号到电信号的转换；当有原奶通过原奶流量计量腔时，由于原奶会对红外光产生吸收和散射作用，从而引起红外光幕接收管两端电压变化，红外接收管将该变化的电压信号送入信号预处理电路中，信号预处理电路对该电信号进行信号放大、降噪、模数转换、整形滤波等，然后再送入MCU嵌入式系统中，MCU嵌入式系统进行信号处理运算，计算原奶流量；此时MCU嵌入式系统根据RFID及外围辅助电路信号，判断是否停止挤奶；若停止挤奶，则MCU嵌入式系统将关闭红外光幕，并将流量信息数据打包，通过计量信息上传电路，利用互联网，上传流量信息到云平台系统中。云平台系统接收到流量信息后存储该信息，并向本地系统发送复位信息，结束本次原奶流量计量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，其特征在于，它由本地系统和云平台系统两大部分组成，本地系统主要由红外光幕发射管、红外光幕接收管、信号预处理电路、微控制单元MCU嵌入式系统、无线射频识别RFID及外围辅助电路、计量信息上传电路、原奶流量计量腔、原奶传输管道、避光材料外壳组成；各个部分均安装在避光材料外壳的内部共同构成非接触流量计主体，原奶传输管道连接原奶流量计量腔，红外光幕发射管与红外光幕接收管分别安装在原奶流量计量腔外部两侧对称放置，红外光幕发射管和红外光幕接收管与信号预处理电路相连，MCU嵌入式系统与信号预处理电路、计量信息上传电路、RFID及外围辅助电路相连；云平台系统主要由数据接口和数据库组成；

MCU嵌入式系统根据RFID及外围辅助电路信号，控制信号预处理电路，使红外光幕发射管发射经过调制后的红外光，红外光穿透原奶流量计量腔后，红外光信号可以被红外光幕接收管接收，并转换为电信号，实现从光信号到电信号的转换；当有原奶通过原奶流量计量腔时，由于原奶会对红外光产生吸收和散射作用，从而引起红外光幕接收管两端电压变化，红外接收管将该变化的电压信号送入信号预处理电路中，信号预处理电路对该电信号进行信号放大、降噪、模数转换、整形滤波，然后再送入MCU嵌入式系统中，MCU嵌入式系统进行信号处理运算，计算出原奶流量，并将流量信息通过计量信息上传电路，利用有线和无线方式，通过互联网与云平台系统中数据接口，将流量信息送入云平台系统的数据库中，数据库对流量信息存储统计以及分析。

2.如权利要求1所述的一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，其特征在于，所述本地系统中MCU嵌入式系统包扩满足其最小工作状态的核心处理器芯片、晶振、显示模块、按键控制模块、电源。

3.如权利要求1所述的一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，其特征在于，所述原奶流量计量腔采用可透射红外光材料，同时符合原奶生产及卫生安全标准的材料。

4.如权利要求1所述的一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，其特征在于，所述避光材料外壳采用非可透射红外光材料，避免环境光对红外光幕产生干扰，同时避光材料外壳具备一定的防水防潮特性，确保内部各个部分可在原奶生产现场下正常工作。

5.如权利要求1所述的一种基于红外光幕的非接触原奶流量计，其特征在于，所述云平台系统主要包含数据接口与数据库,以及组网配套所需的联网硬件，数据库服务器，数据库管理软件。