Автоматизированная система управления фермой

Automated management system of farm

Grigory Volkov

student of the magistracy, physics and mathematics faculty, Mari State University, Russian Federation, 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 данной статье рассматривается разработка автомати­зированной системы управления фермой. За основу разработки взят принцип модульности, так как необходимо организовать работу таким образом, чтобы при выходе из строя одной системы другие продолжали функционировать. Данная автоматизированная система включает в себя работу одиннадцати модулей. Все модули спроектированы на платах Arduino, так как они имеют оптимальное соотношение цены и качества.

Индивидуальная подкормка, измерение объема надоя, определение жирности молока, контроль температуры и влажности помещения.

Abstract. In this article development of an automated control system for a farm is considered. The principle of modularity as it is necessary to organize work so that at failure of one system others continued to function is taken as a basis of development. This automated system includes operation of eleven modules. All modules are designed on Arduino plateaus as they have an optimum ratio of the price and quality.

Ключевые слова: автоматизированная система управления; модульность; микроконтроллер Arduino; сортировочные ворота; мони­торинг веса; температура тела животного; учет численности; радиометка.

Keywords: automated management system; modularity; Arduino microcontroller; sorting gate; weight monitoring; body temperature of an animal; accounting of number; radio tag, individual top dressing; measurement of volume of milk yield; determination of fat content of milk; monitoring of temperature and humidity of the room.

В нашей стране остро стоит проблема автоматизации животно­водческих ферм. Почти весь рынок систем управления занят импортными продуктами, которые стоят очень дорого. Для малых хозяйств это особенно важно, так как они не располагают столь внушительными оборотами, чтобы покрыть покупку иностранной системы управления. К тому же, никто не защищен от поломки оборудования, так как могут произойти ситуации, так как работа происходит с животными и в довольно агрессивных условиях. Поэтому за основу проекта автома­тизированной системы управления животноводческой фермы взят принцип модульности. Это позволяет упростить внедрение проекта, ввиду того, что каждый модуль разрабатывается, калибруется и в дальнейшем, может быть модернизирован без нарушения работо­способности системы в целом. Автоматизированная система управления фермой состоит из следующих функциональных блоков:

·      система сортировочных ворот;

·      система мониторинга веса каждого отдельного животного, совмещенная с системой сортировочных ворот;

·      система мониторинга температуры тела животных;

·      система учета численности вошедших и вышедших на ферму животных при помощи радиометок;

·      система индивидуальной подкормки микроэлементами и витаминами;

·      система измерения индивидуального объема надоенного молока у каждой особи;

·      система гашения пены молока ультразвуком во время доения;

·      система индивидуального определения жирности молока у каждой особи в процессе доения;

·      система круглосуточного контроля температуры и влажности помещения фермы, совмещенная с системой вентиляции;

·      система управления базами данных.

Изначально разберем систему подсчёта численности поголовья скота, так как Министерство сельского хозяйства разработало и уже внесло в правительстве проекты законов «О племенном животноводстве» и «О ветеринарии». Первый закон предусматривает регистрацию и идентификацию животных, во втором описаны правила учета различных видов животных. Чипирование уже достаточно широко применяется для крупного рогатого скота, лошадей, овец и других видов сельскохозяйственных животных. Такая технология уже прошла апробацию и используется в некоторых регионах России: Московской, Астраханской и Ростовской областях, Республиках Калмыкия, Башкортостан и Бурятия. Поэтому в данную автоматизированную систему необходимо ввести использование ушных бирок [1].

Рассмотрим все системы с точки зрения взаимодействия друг с другом. Сортировочные ворота нужны для разделения скота по каким-либо характеристикам: по полу, по возрасту, по проведению ветеринарных мероприятий и т. д. [2].

Так как пропускная способность ограничено одной особью, можно устанавливать под ними весы. При проходе каждой особи будет высвечиваться информация на табло о весе животного.

Также на сортировочных воротах можно установить датчик определения температуры тела. Соответственно незамедлительно можно определить больную особь и вывести ее в отдельное помещение от здоровых животных [3]. После чего можно использовать ручной считыватель ушных бирок для отделенных животных и посмотреть, какие профилактические меры были проведены.

Следующий модуль – это система индивидуальной подкормки микроэлементами и витаминами. Он необходим для поддерживания состояния животных на соответствующем уровне, так как зимой они будут получать меньше питательных веществ, чем в летний период [4].

Разработка устройства измерения надоя в составе автоматизиро­ванной системы управления фермой предназначено для автоматического определения жирности молока во время доения с занесением измерен­ного значения в базу данных. Для определения жирности молока предлагается использовать устройство, принцип работы которого основан на зависимости диэлектрической проницаемости жидкостей от степени их жирности. Чем выше жирность молока, тем меньше будет емкость, следовательно, время заряда будет меньше [5].

Круглосуточный контроль температуры и влажности помещения фермы очень важен, так как он напрямую влияет на состояние здоровья на ферме. Данную систему можно автоматизировать с помощью использования микроконтроллера и связать с системой вентиляции.

Все управляющие устройства систем выполнены на микро­контроллерах Arduino. Данные платы имеют небольшую стоимость и широко распространены на рынке. Для них можно приобрести все необходимые для этой системы управления датчики. Также Arduino имеет встроенный язык программирования микроконтроллера и интегрированную среду разработки, представляемую бесплатно, что дает широкие возможности разработки и гибкость программной составляющей. Под эти микроконтроллеры написано большое количество программных библиотек для работы с компонентами.

Таким образом, с помощью данной системы управления будет достигнута автоматизация производства, увеличение производительности труда, возможная экономия на заработной плате за счет уменьшения количества работников, уменьшение отрицательного влияния челове­ческого фактора в деятельности предприятия, так будут вовремя проведены ветеринарные мероприятия, подобрана индивидуальная правильная подкормка и т. д.