料塔物料多维度监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种料塔物料多维度监测系统，包括安装于料塔内的物料余量监测装置和安装于输料管上的输料管输出量监测装置，物料余量监测装置包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和第一控制箱，输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和第二控制箱。本发明专利技术还公开了一种料塔物料多维度监测系统采用的监测方法，包括物料余量监测方法和输料管输出量监测方法。通过本发明专利技术能精确、实时测量料塔内余料的体积和重量，并能精确、实时地测量出输料管内输出物料的体积和重量。

Multidimensional Monitoring System and Method for Material Tower

The invention discloses a multi-dimensional material monitoring system for a material tower, including a material margin monitoring device installed in the material tower and a material delivery pipe output monitoring device installed on the material delivery pipe. The material margin monitoring device includes a fixed bracket, a mounting frame, an integrated ultrasonic transmitting and receiving machine, an ultrasonic reference transmitter, an ultrasonic reference receiver, a steering gear, an attitude sensor and a first one. The output monitoring device of the conveying pipe includes a fixed mounting frame, a first ultrasonic transmitter, a first ultrasonic receiver, a second ultrasonic transmitter, a second ultrasonic receiver, an inductive proximity switch, a reference material and a second control box. The invention also discloses a monitoring method adopted by a multi-dimensional monitoring system for tower materials, including a material allowance monitoring method and a feeding pipe output monitoring method. The invention can accurately and real-time measure the volume and weight of the residual material in the tower, and can accurately and real-time measure the volume and weight of the output material in the feeding pipe.

【技术实现步骤摘要】
料塔物料多维度监测系统及监测方法
本专利技术涉及一种料塔物料监测系统，尤其涉及一种能够实时、动态监测料塔物料余量和输出量的料塔物料多维度监测系统及监测方法。
技术介绍
料塔是专门用于临时储存物料的大中型容器，常与用于将物料输送到其它位置的输料设备配合使用。传统料塔物料的监测设备较少，难以精确、实时的物料余料和输出量监测，从而难以实现精细化物料管理，难以满足现代化产业的高速发展需求。比如，在畜牧养殖业中，肉类消费比例逐年提高，这一趋势也推动着畜牧养殖业从散户养殖模式向着大规模化养殖模式转变。在规模化养殖产业中，以生猪养殖为例，其饲料环节的成本占总成本的60％左右，因此迫切需要精细化的饲料管理。在养殖产业，料塔用于临时储存饲料；饲料输送系统用于将饲料输出并送到其它位置，包括输料管和安装于输料管内的推料部件(推料部件有螺杆、绞龙等)及推料部件驱动电机。料塔与饲料输送系统配合应用构成饲料管理系统，对饲料的监测包括对料塔内饲料余量的监测和对输料管输出量的监测。传统的料塔饲料监测方式主要依靠人工检查，料塔往往在表面留有带状的半透明结构，便于用户直接肉眼观察饲料余量。但此类方法在透光性不好的情况下，无法通过肉眼查看剩余料量，需要使用手敲击它，通过声音来辨别剩余料量；料塔的检查流程有肉眼查看、核实、记录纸档和汇报上级部门4个环节，但肉眼查看无法准确计算剩余料量，做不到需求的精细化管理；在纸档记录环节，由于人员的可能的工作失误问题，会导致记录纸档的内容有误，且记录后需要再汇报给上级部门，会造成数据更新的延迟。另一种较为直接的传统监测方式是直接在料塔底部安装荷重传感器或将料塔置于水平秤、地磅等称重设备之上。此种简易的余量监测方式设备成本高、基建成本高，不符合养殖场的低成本要求；其次，由于地磅承担整个料塔的负重，所以地磅很容易损坏；由于结构复杂，地磅称重的后期维护成本也很高；此外，地磅称重有一定的适用条件，相当一部分旧的料塔无法加装该设备。另外，近年来，有一部分饲塔使用激光式的体积测量设备。此类料塔饲料余量监测装置基于红外线或激光测距的原理工作，即利用发射激光或红外线等光学方式测量料塔内料位面离传感器的距离，但是料塔内是一个扬尘较大的环境，而光学方法易受空气中悬浮颗粒即扬尘的影响而降低精度。关于物料输出量的监测，现有先进的工作方式为内嵌减量秤结构与外接称重系统两张形式，即通过在料塔内部建立一个称量系统的方式或者将料塔输出的物料导入到外接称量系统的方式监测料塔输出物料的重量。上述第一种占用了料塔内的大量容积，降低了料塔原本作为储存设备的储存能力且结构复杂，改装难度大。上述第二种方式即外接称重设备的方式安装复杂，需要额外安装另一条输料系统以将物料导入称重设备中，并对输料系统有一定要求。综上，传统的料塔物料余量和输出量的监测技术无法同时满足及时、准确、低成本这三重标准。由于缺乏准确的料塔剩料数据，养殖场只能通过主观经验进行判断，因此可能会出现备料不足、送料超量等饲料管理方面的缺陷；而且传统称重方式技术繁琐、成本高昂，且难以移植到旧有的料塔上。另外，饲料数据和料肉比等养殖关键数据相关，由于缺乏高频精确的料塔剩料数据，养殖场无法全程追踪料肉比信息；在信息缺失的情况下，新型饲料研发陷入停滞，精细化养殖沦为一句空话，从而限制了整个畜牧养殖业的现代化发展。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实时、精确、低成本动态监测料塔物料余量和输出量的料塔物料多维度监测系统及监测方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种料塔物料多维度监测系统，包括安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近的物料余量监测装置和安装于输料管上的输料管输出量监测装置，所述物料余量监测装置包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和第一控制箱，所述固定支架安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近，所述安装架通过所述舵机安装于所述固定支架上且所述舵机能够驱动所述安装架旋转，所述安装架上设有第一安装部和第二安装部，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的所述超声波发射接收一体机和用于检测所述安装架姿态的所述姿态传感器安装于所述第一安装部，所述超声波发射接收一体机的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的所述超声波参考发射器和用于接收超声波参考信号的所述超声波参考接收器安装于所述第二安装部，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器相对设置且留有间距；所述第一控制箱安装于所述固定支架上，所述第一控制箱内设有第一中央处理器、第一时钟电路和第一无线通讯电路，所述第一时钟电路的信号输出端、所述超声波发射接收一体机的信号输出端、所述超声波参考接收器的信号输出端和所述姿态传感器的信号输出端分别与所述第一中央处理器的信号输入端对应连接，所述第一中央处理器的控制输出端分别与所述超声波发射接收一体机的控制输入端、所述超声波参考发射器的控制输入端和所述舵机的控制输入端对应连接，所述第一中央处理器的远程通信端与所述第一无线通讯电路的本地通信端连接；所述输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和第二控制箱，所述固定安装架安装于所述输料管的外壁，用于发出第一超声波信号的所述第一超声波发射器、用于接收第一超声波信号反射信号的所述第一超声波接收器、用于感应所述输料管内的推料部件金属边缘的所述电感式接近开关和用于发射第二超声波信号的所述第二超声波发射器分别安装于所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射面和所述第一超声波接收器的接收面分别紧贴所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射方向、所述第一超声波接收器的接收方向和所述电感式接近开关的探测方向均与所述输料管的中心轴线相互垂直且正对所述输料管的中心轴线，所述参考材料安装于所述第二超声波发射器与用于接收第二超声波信号的所述第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接；所述第二控制箱安装于所述固定安装架上，所述第二控制箱内设有第二中央处理器、第二时钟电路和第二无线通讯电路，所述电感式接近开关的信号输出端、所述第一超声波接收器的信号输出端、所述第二超声波接收器的信号输出端和所述第二时钟电路的信号输出端分别与所述第二中央处理器的信号输入端对应连接，所述第二中央处理器的控制输出端分别与所述第一超声波发射器的控制输入端和所述第二超声波发射器的控制输入端连接，所述第二中央处理器的远程通信端与所述第二无线通讯电路的本地通信端连接。上述结构中，所述物料余量监测装置的固定支架和安装架用于作为安装基础；超声波发射接收一体机用于向料塔内的物料表面发射和接收脉冲超声波；超声波参考发射器用于向超声波参考接收器发射脉冲超声波，在已知脉冲超声波传输时间和距离的情况下，便于计算在料塔内环境中某个时间单位内脉冲超声波的传输距离，从而能够计算超声波发射接收一体机向料塔内的物料表面发射的脉冲超声波从发射到接收的距离，进而物料的体积和重量；舵机用于在第一中央处理器控制下使安装架旋转，从而带动超声波发射接收一体机一起旋转，实现多个角度的脉冲超声波的发射和接收，从而实现对非平面的物料表面的上方空间进行精确计算，从而对物料余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种料塔物料多维度监测系统，包括安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近的物料余量监测装置和安装于输料管上的输料管输出量监测装置，其特征在于：所述物料余量监测装置包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和第一控制箱，所述固定支架安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近，所述安装架通过所述舵机安装于所述固定支架上且所述舵机能够驱动所述安装架旋转，所述安装架上设有第一安装部和第二安装部，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的所述超声波发射接收一体机和用于检测所述安装架姿态的所述姿态传感器安装于所述第一安装部，所述超声波发射接收一体机的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的所述超声波参考发射器和用于接收超声波参考信号的所述超声波参考接收器安装于所述第二安装部，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器相对设置且留有间距；所述第一控制箱安装于所述固定支架上，所述第一控制箱内设有第一中央处理器、第一时钟电路和第一无线通讯电路，所述第一时钟电路的信号输出端、所述超声波发射接收一体机的信号输出端、所述超声波参考接收器的信号输出端和所述姿态传感器的信号输出端分别与所述第一中央处理器的信号输入端对应连接，所述第一中央处理器的控制输出端分别与所述超声波发射接收一体机的控制输入端、所述超声波参考发射器的控制输入端和所述舵机的控制输入端对应连接，所述第一中央处理器的远程通信端与所述第一无线通讯电路的本地通信端连接；所述输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和第二控制箱，所述固定安装架安装于所述输料管的外壁，用于发出第一超声波信号的所述第一超声波发射器、用于接收第一超声波信号反射信号的所述第一超声波接收器、用于感应所述输料管内的推料部件金属边缘的所述电感式接近开关和用于发射第二超声波信号的所述第二超声波发射器分别安装于所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射面和所述第一超声波接收器的接收面分别紧贴所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射方向、所述第一超声波接收器的接收方向和所述电感式接近开关的探测方向均与所述输料管的中心轴线相互垂直且正对所述输料管的中心轴线，所述参考材料安装于所述第二超声波发射器与用于接收第二超声波信号的所述第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接；所述第二控制箱安装于所述固定安装架上，所述第二控制箱内设有第二中央处理器、第二时钟电路和第二无线通讯电路，所述电感式接近开关的信号输出端、所述第一超声波接收器的信号输出端、所述第二超声波接收器的信号输出端和所述第二时钟电路的信号输出端分别与所述第二中央处理器的信号输入端对应连接，所述第二中央处理器的控制输出端分别与所述第一超声波发射器的控制输入端和所述第二超声波发射器的控制输入端连接，所述第二中央处理器的远程通信端与所述第二无线通讯电路的本地通信端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种料塔物料多维度监测系统，包括安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近的物料余量监测装置和安装于输料管上的输料管输出量监测装置，其特征在于：所述物料余量监测装置包括固定支架、安装架、超声波发射接收一体机、超声波参考发射器、超声波参考接收器、舵机、姿态传感器和第一控制箱，所述固定支架安装于所述料塔内且位于顶部进料口附近，所述安装架通过所述舵机安装于所述固定支架上且所述舵机能够驱动所述安装架旋转，所述安装架上设有第一安装部和第二安装部，用于发射超声波信号和接收自身发出超声波信号的所述超声波发射接收一体机和用于检测所述安装架姿态的所述姿态传感器安装于所述第一安装部，所述超声波发射接收一体机的信号发射接收方向向下，用于发出超声波参考信号的所述超声波参考发射器和用于接收超声波参考信号的所述超声波参考接收器安装于所述第二安装部，所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器相对设置且留有间距；所述第一控制箱安装于所述固定支架上，所述第一控制箱内设有第一中央处理器、第一时钟电路和第一无线通讯电路，所述第一时钟电路的信号输出端、所述超声波发射接收一体机的信号输出端、所述超声波参考接收器的信号输出端和所述姿态传感器的信号输出端分别与所述第一中央处理器的信号输入端对应连接，所述第一中央处理器的控制输出端分别与所述超声波发射接收一体机的控制输入端、所述超声波参考发射器的控制输入端和所述舵机的控制输入端对应连接，所述第一中央处理器的远程通信端与所述第一无线通讯电路的本地通信端连接；所述输料管输出量监测装置包括固定安装架、第一超声波发射器、第一超声波接收器、第二超声波发射器、第二超声波接收器、电感式接近开关、参考材料和第二控制箱，所述固定安装架安装于所述输料管的外壁，用于发出第一超声波信号的所述第一超声波发射器、用于接收第一超声波信号反射信号的所述第一超声波接收器、用于感应所述输料管内的推料部件金属边缘的所述电感式接近开关和用于发射第二超声波信号的所述第二超声波发射器分别安装于所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射面和所述第一超声波接收器的接收面分别紧贴所述输料管的外壁，所述第一超声波发射器的发射方向、所述第一超声波接收器的接收方向和所述电感式接近开关的探测方向均与所述输料管的中心轴线相互垂直且正对所述输料管的中心轴线，所述参考材料安装于所述第二超声波发射器与用于接收第二超声波信号的所述第二超声波接收器之间并相互紧密接触连接；所述第二控制箱安装于所述固定安装架上，所述第二控制箱内设有第二中央处理器、第二时钟电路和第二无线通讯电路，所述电感式接近开关的信号输出端、所述第一超声波接收器的信号输出端、所述第二超声波接收器的信号输出端和所述第二时钟电路的信号输出端分别与所述第二中央处理器的信号输入端对应连接，所述第二中央处理器的控制输出端分别与所述第一超声波发射器的控制输入端和所述第二超声波发射器的控制输入端连接，所述第二中央处理器的远程通信端与所述第二无线通讯电路的本地通信端连接。2.根据权利要求1所述的料塔物料多维度监测系统，其特征在于：所述第一控制箱内还设有与所述第一中央处理器的温湿度信号输入端连接的第一温湿度传感器；所述第二控制箱内还设有与所述第二中央处理器的温湿度信号输入端连接的第二温湿度传感器。3.根据权利要求1所述的料塔物料多维度监测系统，其特征在于：所述超声波参考发射器与所述超声波参考接收器在竖向相对设置且所述超声波参考发射器位于所述超声波参考接收器的上方；所述超声波参考发射器的发射方向和所述超声波参考接收器的接收方向正对且与所述超声波发射接收一体机的信号方向相互平行；所述第一安装部和所述第二安装部横向排列设于所述安装架上。4.根据权利要求1所述的料塔物料多维度监测系统，其特征在于：所述超声波发射接收一体机和所述姿态传感器外设有防尘外壳。5.根据权利要求1所述的料塔物料多维度监测系统，其特征在于：所述固定安装架为一端开口、一端封闭的圆筒且其开口端与所述输料管连接，所述圆筒的内径与所述输料管的内径相同，所述第二控制箱安装于所述圆筒的闭口端内壁上，所述第一超声波发射器、所述第一超声波接收器、所述第二超声波发射器、所述第二超声波接收器、所述电感式接近开关和所述参考材料均置于所述圆筒内。6.根据权利要求1所述的料塔物料多维度监测系统，其特征在于：所述参考材料为已知密度的固态材料，所述参考材料的一侧安装于所述第二超声波发射器的发射面，所述第二超声波接收器的接收面安装在所述参考材料的另一侧，所述第二超声波发射器的发射方向和所述第二超声波接收器的接收方向正对且均与所述输料管的中心轴线相互垂直。7.一种如权利要求1-6中任何一项所述的料塔物料多维度监...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍华德·唐，管懿麟，吴尚坤，何正，吴海玲，
申请(专利权)人：上海睿畜电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31