Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Факультет автоматики та комп’ютерних систем управління
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри МПА
д. т. н., проф.
РОЗРОБКА ПРИЛАДУ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ УДОЮ НА СТІЙЛОВОМУ МОЛОКОПРОВОДІ
Пояснювальна записка
до бакалаврської дипломної роботи
зі спеціальності 7.091302 — Метрологія та вимірювальна техніка
08-03. БДР.010.00.000 ПЗ
Керівник бакалаврської дипломної роботи
к. т. н., доц. “ “.
Розробив студент гр.
“____“ ________ р.
Індивідуальне завдання
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри МПА
д. т. н., проф. В
“ “ р.
ЗАВДАННЯ
на бакалаврську дипломну роботу зі
спеціальності 7.091302 — Метрологія та вимірювальна техніка
студенту групи
Тема бакалаврської дипломної роботи: Розробка приладу для вимірювання удою на стійловому молокопроводі.
Вхідні дані:
Короткий зміст частин бакалаврської дипломної роботи
Графічна
Текстова (пояснювальна записка)
Дата попереднього захисту роботи
Офіційний рецензент_________________________________________
підпис науковий ступінь, вчене звання, кафедра
___________________________________________________________
ініціали та прізвище
Завдання видав керівник роботи _______________________________
підпис науковий ступінь, вчене звання, кафедра
__________________________________________________________
ініціали та прізвище
Завдання отримав студент____________________________________
підпис ініціали та прізвище
Зміст
Вступ
1. Огляд сучасних засобів автоматизації доїння
2. Техніко-економічне обгрунтування доцільності розробки
3. Розробка структурної схеми приладу
4. Розробка функціональної схеми приладу
4.1 Вибір мікроконтролера
4.2 Схема індикації
4.3 Розробка датчика проходження порцій молока
4.4 Детектор зниження напруги живлення
5. Електричні розрахунки
5.1 Розрахунок тактового генератора мікроконтролера
5.2 Розрахунок кола скидання мікроконтролера
6. Розробка схеми роботи програми
7. Розрахунок похибки підрахунку порцій
Висновки
Література
Вступ
У нерозривній єдності з усіма галузями розвивається й агропромислове виробництво. Його метою є на основі піднесення продуктивних сил і прискорення науково-технічного прогресу перетворити агропромисловий комплекс у сучасну високоінтенсивну і високопродуктивну галузь народного господарства.
Серед найважливіших заходів, спрямованих на інтенсифікацію тваринництва, можна виділити такі: створення принципово нових високопродуктивних машин та устаткування; перехід до комплексної механізації та автоматизації виконання всіх робіт і т.п.
Разом з тим тваринництво ставить до науково-технічного прогресу свої специфічні вимоги: адже в цій галузі устаткування, як правило, безпосередньо взаємодіє з живими організмами. Тому новостворювані машини, системи автоматизації повинні забезпечувати на фермах і комплексах умови, які позитивно впливають на стан здоров’я і зростання продуктивності худоби.
Ефективність виробництва сьогодні визначають сучасні автоматизовані технології з використанням мікропроцесорної техніки. Це цілком відноситься і до тваринництва.
На молочних фермах нашої країни доїння виконується переносними доїльними апаратами в основному в стаціонарний молокопровід. Така технологія виробництва молока не підлягала впливу досягнень науково-технічного прогресу і практично не змінилась напротязі багатьох десятиліть. По суті залишився механізованим лише сам процес добування молока з вим’я, всі інші операції виконуються вручну з великими витратами праці. Доїльні апарати, що при цьому використовуються, позбавлені будь-яких елементів автоматичного регулювання і часто негативно впливають на лактаційно-фізіологічні механізми доїння.
Однин з напрямків в розвитку доїльної техніки пов’язаний з управлінням процесом машинного доїння корів по величині потоку молока, зміні вакуумметричного тиску, частоти пульсацій.
Створення давачів потоку та підрахунку кількості молока має велике господарське значення в боротьбі з маститами, дозволяє ефективно вести роботу на фермах великої рогатої худоби [1].
Створення сучасної контрольно-вимірювальної апаратури для реєстрації надою стало специфічно складним технічним завданням. Використання з цією метою традиційних принципів вимірювання маси рідини, запозичених з інших галузей, виявилося зовсім не ефективним, оскільки процес молоковіддачі є унікальним, а точність показань лічильників залежить від фізико-хімічних властивостей молока, мінливості молоковіддачі, способу роботи, кількості апаратів, що працюють одночасно, та ряду інших чинників. А проте використання даних засобів автоматизації і контролю продуктивності корів, елементною базою яких служать мікропроцесори, є обов’язковою умовою реалізації будь-якої автоматизованої системи управління технологічними процесами у молочному господарстві. Вони дають змогу максимально зменшити затрати ручної праці, підвищити точність, і достовірність реєстрації надоїв, проводити комплексний моніторинг перебігу лактації у корів [2].
З кінця 80-х років у традиційно “молочних" закордонних країнах (переважно на північному заході Евросоюзу) у зв’язку з розвитком АСУТП виробництва молока розроблено високоефективні багатофункціональні лічильники молока, які нині широко використовуються в доїльних залах ферм.
Одною з основних проблем для переробників лишається наявність якісної сировини. Але частина проблеми вже вирішена: затвердилась стабільність в роботі з постачальниками сирого молока, які тепер надають перевагу роботі з одним переробником, але на стабільній, постійній основі. На даний момент не вирішеними лишаються такі питання галузі:
підтримка галузі з боку держави;
якість молока і продуктів його переробки;
формування закупівельної ціни молока;
модернізація виробництва і підвищення кваліфікації робітників підприємств [2].
На даний час модернізація виробництва безпосередньо залежить від ефективності виробництва. Ефективність виробництва сьогодні визначають сучасні автоматизовані технології з використанням мікропроцесорної техніки. Це цілком відноситься і до тваринництва.
На молочних фермах нашої країни доїння виконується переносними доїльними апаратами в основному в стаціонарний молокопровід. Така технологія виробництва молока не підлягала впливу досягнень науково-технічного прогресу і практично не змінилась на протязі багатьох десятиліть. По суті залишився механізованим лише сам процес добування молока з вим’я, всі інші операції виконуються вручну з великими витратами праці. Доїльні апарати, що при цьому використовуються, позбавлені будь-яких елементів автоматичного регулювання і часто негативно впливають на лактаційно-фізіологічні механізми доїння.
Однин з напрямків в розвитку доїльної техніки пов’язаний з управлінням процесом машинного доїння корів по величині потоку молока, зміні вакуумметричного тиску, частоти пульсацій.
Створення давачів потоку та підрахунку кількості молока має велике господарське значення в боротьбі з маститами, дозволяє ефективно вести роботу на фермах великої рогатої худоби [3].
Як відомо, основним робочим вузлом доїльної установки є доїльний апарат. Через нього відбувається контакт машини з тваринами і виникають порушення у взаємодії, так як для функціонування живого організму характерна індивідуальна особливість, а для машини — одноманітність.
Принцип роботи доїльного апарата заснований на особливості механізму акта ссання теля, але сильно від нього відрізняється. Доїльний апарат не може пристосуватися до інтенсивності молоковіддачі корови. Кінцевою метою роботи доїльного апарата є повне видоювання молока, а для теля — задоволеність в ньому. Теля відчуває порушення, що відбуваються в молоковіддачі та починає мордою підштовхувати долі вим'я, проводячи його масаж, відтягувати соски. Машина ж цього не виконує.
Протиріччя і взаємодія доїльного апарата з тваринами створюють необхідність пошуку шляхів адекватної їх роботи. З’явилась необхідність вивчити і розробити на базі мікропроцесорної техніки автомата управління процесом машинного доїння корів з різною інтенсивністю молоковіддачі. В зв’язку з використанням мікропроцесорної техніки, автоматизована система управління доїльним апаратом набуває деякого ступеня інтелектуальності, який необхідний для взаємодії між машиною та коровою без нанесення шкоди останній [4]. Крім того, використання електронних блоків управління на доїльних установках дозволяє підвищити продуктивність праці оператора-дояра, збільшити продуктивність корів, знизити їх захворюваність. Створення сучасної контрольно-вимірювальної апаратури для реєстрації надою стало специфічно складним технічним завданням. Використання з цією метою традиційних принципів вимірювання маси рідини, запозичених з інших галузей, виявилося зовсім не ефективним, оскільки процес молоковіддачі є унікальним, а точність показань лічильників залежить від фізико-хімічних властивостей молока, мінливості молоковіддачі, способу роботи, кількості апаратів, що працюють одночасно, та ряду інших чинників. А проте використання даних засобів автоматизації і контролю продуктивності корів, елементною базою яких служать мікропроцесори, є обов’язковою умовою реалізації будь-якої автоматизованої системи управління технологічними процесами у молочному господарстві. Вони дають змогу максимально зменшити затрати ручної праці, підвищити точність, і достовірність реєстрації надоїв, проводити комплексний моніторинг перебігу лактації у корів.
1. Огляд сучасних засобів автоматизації доїння
Машинне доїння — основа комплексної механізації молочних ферм і комплексів, оскільки доїння корів — найтрудомісткіший процес.
Машинне доїння підвищує продуктивність праці, полегшує роботу людей і дає змогу одержувати продукцію високої якості. Таке доїння здійснюють за допомогою спеціальних доїльних апаратів, які є частиною доїльної установки.
Доїльні апарати в процесі роботи перебувають у безпосередньому контакті з організмом тварини і, відповідно впливаючи на нього, забезпечують виведення молока з вим'я, збирання й подавання його в доїльну посудину.
У тісному контакті з вим'ям тварини перебуває виконавчий орган доїльного апарата — комплект доїльних стаканів, які надівають на дійки. Він повинен якнайбільше відповідати фізіологічним процесам, що відбуваються в організмі тварини під час машинного доїння.
Принцип роботи доїльних апаратів грунтується на законах аеро- і гідродинаміки. Під дією різниці між тиском у вим'ї і в доїльних стаканах відкривається сфінктер (кільцевий м'яз) і молоко витікає з дійки. Щоб передбачити реакцію тварини на дію доїльного апарата, треба враховувати фізіологічні основи утворення і віддавання молока. Молоко в період лактації у молочній залозі утворюється неперервно, а забирається з неї періодично в процесі доїння.
В результаті багаторазового доїння в сталих умовах на фермі і збігу в часі акту доїння з певними факторами навколишнього середовища (час, місце, послідовність операцій на вим'ї, запуск у роботу вакуумнасоса та ін.) у корів формуються умовні рефлекси молоковіддачі і виробляється стійкий стереотип поведінки під час машинного доїння [3].
Одним із недоліків існуючої технології доїння худоби є конструктивна недосконалість застосовуваної доїльної техніки, позбавленої будь-яких елементів автоматизації управління процесом одержання молока.--PAGE_BREAK--
Ще у кінці минулого століття у колишньому СРСР активно проводилися науково-дослідні й дослідницько-конструкторські роботи зі створення нових і вдосконалення застосовуваних апаратів, алгоритм функціонування яких адаптовано до змін механізму молоковиділення видоюваних тварин.
Було розроблено апарат АДА-3 з автоматичним регулюванням параметрів і режимів роботи (Сибірський НДІ механізації та електрифікації сільського господарства), пристрої контролю машинного доїння і стимулювання молоковіддачі корів УКСМ-1 (НВО ”Цілинсільгоспмеханізація”), блок автоматичного регулювання процесу доіння БАРПД «Ньоман» (Гродненський держуніверситет), апарат «Сож» (ВАТ «Гомельзгрокомплект») та інші.
На Державному науково-виробничому підприємстві «ПКТБ» НПК «Київський інститут автоматики» розроблено й впроваджено на деяких фермах пристрій-приставку «Пульсар-1», що дає змогу автоматизувати процес доїння в стійловий молокопровід [4].
Світовий ринок молоковиробної техніки має у своєму розпорядженні велике розмаїття високотехнічних доїльних машин (апаратів), що максимально відповідають фізіологічним механізмам молокоутворення і молоковіддачі тварин і дають змогу раціонально організувати процес доїння корів, але вимагають значних матеріальних затрат, яких вітчизняні підприємства не можуть собі дозволити. Закордонна техніка передбачає введення всієї інформації про доїння (удій, інтенсивність молоковіддачі, час доїння та ін) до ЕОМ, що значно підвищує ціну АСУ доїнням. Хоча закордонна техніка має високі технічні показники, на нашому ринку вона не може мати попиту через високу ціну. Тому доцільно створити вітчизняний пристрій, який би автоматизував процес доїння, але мав би набагато меншу ціну.
Універсальність пристрою для індивідуального обліку молока полягає в сполученні двох функцій: обліку молока і контролю інтенсивності потоку для керування роботою доїльного апарата. В даний час такі пристрої серійно не випускаються, що стримує виробництво вітчизняного конкурентноздатного доїльного устаткування. Разом з тим простої їхнє відтворення навряд чи доцільно через цілий ряд недоліків, властивих як лічильнику УЗМ-1А, так і лічильнику датчику ковшового типу УДБ-14.000.
При створенні нових функціональних блоків структурних схем доїльних установок перевагу варто віддавати їхній багатофункціональності, універсальності, надійності, простоті конструкції та іншим якостям. Іншими словами, там де можна обійтися одним пристроєм, треба його використовувати, наділивши додатковими функціями. Ця проблема в однаковій мірі відноситься до всіх типів пристроїв для виміру кількості молока.
Доцільно створити один тип лічильника який можна буде використовувати на всіх доїльних установках з молокопроводом і установках станочного типу, передбачивши в його конструкції наявність формувача порцій і контактної групи для перетворення закінчення формування порції в електричний вихідний сигнал з наступною подачею його в блок керування
Світовий ринок молоковиробної техніки має у своєму розпорядженні велике розмаїття високотехнічних доїльних машин (апаратів), що максимально відповідають фізіологічним механізмам молокоутворення і молоковіддачі тварин і дають змогу раціонально організувати процес доїння корів, але вимагають значних матеріальних затрат, яких вітчизняні підприємства не можуть собі дозволити. Закордонна техніка передбачає введення всієї інформації про доїння (удій, інтенсивність молоковіддачі, час доїння та ін) до ЕОМ, що значно підвищує ціну АСУ доїнням. Хоча закордонна техніка має високі технічні показники, на нашому ринку вона не може мати попиту через високу ціну. Тому доцільно створити вітчизняний пристрій, який би автоматизував процес доїння, але мав би набагато меншу ціну.
Універсальність пристрою для індивідуального обліку молока полягає в сполученні двох функцій: обліку молока і контролю інтенсивності потоку для керування роботою доїльного апарата. В даний час такі пристрої серійно не випускаються, що стримує виробництво вітчизняного конкурентноздатного доїльного устаткування. Разом з тим простої їхнє відтворення навряд чи доцільно через цілий ряд недоліків, властивих як лічильнику УЗМ-1А, так і лічильнику датчику ковшового типу УДБ-14.000.
При створенні нових функціональних блоків структурних схем доїльних установок перевагу варто віддавати їхній багатофункціональності, універсальності, надійності, простоті конструкції та іншим якостям. Іншими словами, там де можна обійтися одним пристроєм, треба його використовувати, наділивши додатковими функціями. Ця проблема в однаковій мірі відноситься до всіх типів пристроїв для вимірювання кількості молока.
Доцільно створити один тип лічильника який можна буде використовувати на всіх доїльних установках з молокопроводом і установках станочного типу, передбачивши в його конструкції наявність формувача порцій і контактної групи для перетворення закінчення формування порції в електричний вихідний сигнал з наступною подачею його в блок керування [6].
Показовими у галузі доїння корів є розробки фірми «Вестфалія Ландтехнік» (Німеччина). Вона поставляє мікропроцесорний пристрій Метатрон, призначений для автоматизованого управління доїнням і знімання комплексу зооветеринарних показань кожної корови.
Пристрій складається з електронного керуючого блоку з відеотерміналом та вимірювальної ємності. Термінал розміщений в корпусі з нержавіючої сталі. Зовні він являє собою невеликий операторський пункт, панель якого обладнана клавішами введення команд, цифровим табло, малими світловими індикаторами й великою сигнальною лампочкою, покажчиками кодів символів (піктограм контрольованих параметрів). Пульт закріплюють біля стояка доїльного станка на рівні очей дояра-оператора. Герметична компактна ємність (малогабаритна мірна посудина з прозорого пластику), що добре промивається легко монтується на молокопроводі біля верхнього краю траншеї доїльного майданчика. Молоко в ємність надходить плавно, без порушення стабільності вакууму й процесу видоювання. Функціональний принцип вимірювання дає змогу точно фіксувати надій без урахування утворюваної піни (навіть за великої кількості надоєного молока). Можливе автоматичне взяття проб у вигляді окремої дози молока для його оцінки шляхом підключення пробовідбірника (невеликого прозорого циліндра). Управління електронною системою приладу здійснюється від мікропроцесора розміщеного в терміналі. Автоматично фіксується максимальна й середня молоковіддача, тривалість видоювання, абсолютний і відносний надій і багато інших лактаційно-фізіологічних параметрів кожної тварини, що дає змогу швидко розпізнавати, виділяти тугодійних, малопродуктивних або нездорових корів і виключати їх із обслуговуваного стада. Крім того пристрій виконує всі функції автоматичного регулювання роботи доїльної установки включаючи стимуляцію молоковіддачі, додоювання, знімання стаканів, а також управління воротами — розподільниками потоків руху корів у доїльному залі і промивання всіх молочних ліній за спеціальною програмою. Про всі відхилення у «штатному» проходженні доїння корови оператора попереджають світлова або звукова сигналізація. Передбачені ручне введення окремих команд, запит додаткових свідчень (про якість молока, годівлю, стадії лактації, стан здоров’я корови тощо) і діалоговий режим роботи з оператором. Останні моделі Метатрон обладнані сенсорними датчиками Кіск оff, що контролюють положення доїльних стаканів на дійках тварини. Якщо з вимені спаде бодай один стакан (у цьому разі підвісна частина апарата опиняється на підлозі — це справжнє лихо для операторів доїльних машин), чутливі сенсори миттю, за дві секунди, відмикають вакуум і сповіщають про те, що сталося, дояра. Нововведення унікальне, і його використання на великих високопродуктивних установках (скажімо, типу «карусель») важко переоцінити.
Для вимірювальних пристроїв Метатрон характерною є висока точність вимірювань, компактність, пристрої прості й надійні в експлуатації, мають низьковольтне живлення (24В). Після комплексних випробувань у НДІ молочного господарства (м. Кіль, ФРН) ці прилади сертифіковані Міжнародним комітетом з продуктивності тварин (IСАR) і рекомендовані для молочного виробництва як еталонні [3,5].
Доїльні установки займають особливе місце в ряді застосовуваних на фермах технічних засобів, оскільки від рівня їхньої досконалості в значній мірі залежать здоров’я і продуктивність корів. Про ці показники судять по кількості молока, отриманого від кожної тварини і від усієї череди. Для виміру кількості надоєного молока використовують технічні засоби, що входять у комплект доїльної установки. В залежності від функціонального призначення вони поділяються на індивідуальні, групові і загальні.
Застосування лічильників індивідуального надою молока дозволяє спростити трудомістку процедуру контрольних доїнь, поліпшити санітарно-гігієнічні показники молока, що сприяє підвищенню рівня зоотехнічної роботи на фермі. При створенні зазначених лічильників необхідно враховувати специфічні особливості, що притаманні потоку молока в молокопроводі:
потік, що рухається під дією вакууму, являє собою двохфазну газорідинну суміш з відносно великим вмістом газу; швидкість руху компонентів суміші неоднакова;
інтенсивність віддачі молока змінюється при доїнні від 0 до 7 л/хв, а кількість молока, що підлягає вимірюванню, порівняно невелика, при індивідуальному обліку вона складає 3...12л.
Відповідно до вимог, лічильники кількості молока повинні характеризуватися малою похибкою вимірювання, низькою ціною, технологічністю виготовлення, високими довговічністю і працездатністю. Крім того, вони повинні добре промиватися (при загальному циркуляційному промиванні), не повинні впливати на роботу доїльного устаткування, фізико-хімічний склад молока.
Відомі технічні засоби для індивідуального обліку молока можна розділити на три основних види. До першого відносяться ємнісні молокоміри, що представляють собою різні мірні судини, що мають градуйовану шкалу. Ці молокоміри прості по конструкції, однак незручні в роботі через досить великий об’єм (не менш 12 л) і масу (7...8 кг). Молокоміри подовжують загальний процес доїння (перекачування молока із судин у молокопровід) і вимагають переносу від однієї корови до іншої. Час контрольних доїнь при цьому збільшується в 1,5...2 рази. З відомих лічильників такого типу можна відзначити скляні молокоміри фірми Bow-Matik (циліндричні і кулясті).
Вимірювальні пристрої другого виду — це потокові пристрої об'ємного і вагового типу, у яких вимірювальна ланка (ківш, барабан і ін) переміщається під дією визначеної порції молока. Ці пристрої характеризуються тим, що при наповненні мірної камери порушується рівновага ланки, вона перекидається і подає імпульс рахунковому механізму. Такі лічильники бувають одноковшовими, двохковшовими і роторними. Найбільш поширені двохковшові пристрої «Milk Meter» (фірми Technical Industries, США), МІ-1 (Латвія), KMG-A01 ("Імпульс", Німеччина) і МИК-88/2 (Agrokomplekt, Болгарія).
Результати випробувань і практичний досвід застосування даних пристроїв у складі доїльних установок показали, що для них характерні наступні недоліки: трудомісткість промивання; наявність рухливих частин, що працюють у молочному середовищі; неможливість стабільної роботи пробовідбірника, призначеного для аналізу якості молока; велика похибка, що досягає 7,5%.
Пристрої третього виду — це лічильники пропорційного відбору деякої частини молока від загальної кількості. Ці лічильники в залежності від наявності в конструкції повітровідокремлюючої камери поділяються на дві групи. До першого відносяться лічильники «Milkoskop MC-1» (фірми Foss Elektric, Данія), УЗМ-1А (Росія), ZKD (Agrostoi Pethrimov, Чехія) і інші, у яких передбачена повітровідокремлююча камера.
В другу групу лічильників входять прямоточні пристрої без повітровідокремлюючої камери «Milkoskop MK-11» (фірми Foss Elektric, Данія), різні модифікації «Tru-Test» (фірми Tru-Test, Нова Зеландія) і ін.
Порівняльні випробування цих лічильників показують, що для них також характерні деякі недоліки: трудомісткість промивання; вплив на вакуумний режим доїльного апарата; велика відносна погрішність (за винятком лічильників «Milkoskop MC-1» і «Tru-Test»). Незважаючи на це, лічильники пропорційного відбору мають багато переваг. Так, наявність прийомної камери в лічильників першої групи дозволяє ефективно відокремлювати повітря від молока і стабілізувати вакуум при доїнні. Відсутність яких-небудь частин, що переміщаються, за винятком поплавка, збільшує надійність роботи.
Таким чином, аналіз лічильників індивідуального надою ведучих фірм і результати випробувань виявили тенденцію переважного використання лічильників пропорційного відбору. Можливість створення надійного пристрою такого виду з урахуванням відзначених недоліків представляється нам найбільш ймовірним. Недоліки, характерні для пристрою подібного типу, можна усунути шляхом реалізації наступних мір:
спрощення конструкції роздільника потоку і пробовідбірника;
запобігання зворотного зливу врахованої порції молока, що транспортується;
створення уніфікованого пристрою, використовуваного як для установок зі стійловим молокопроводом, так і для установок станочного типу [8].
Невід'ємна частина кожної автоматизованої системи керування технологічними процесами (АСУТП) молочного тваринництва — засіб індивідуального обліку удоїв молока. Оскільки такі засоби служать вимірювальними перетворювачами в АСУТП, до них пред'являють досить високі вимоги:
наявність нормованого електричного сигналу на виході, зручного для обробки результатів виміру при сполученні з мікропроцесором і ЕОМ;
облік маси молока з припустимою похибкою ±3% для 95% всіх значень і ±5% для 5% вимірів;
можливість взяття в процесі доїння проб молока для лабораторного аналізу;
відсутність негативних впливів роботи лічильника на стабільність вакуумного режиму доїльної установки;
можливість ефективного очищення і дезінфекції приладу при підключенні його до автоматизованої промивочно-циркуляційної системи доїльної установки;
універсальність принципів вимірювання (що дозволяє використовувати їх як при доїнні у станках, так і при доїнні в стійлах); продолжение
--PAGE_BREAK--
малі габаритні розміри, простота обслуговування, висока експлуатаційна надійність, ергономічно оптимальне розміщення, доступна вартість.
Із середини 80-х років у Великобританії, ФРН, Франції, Нідерландах, Швеції, США, Австралії й в інших традиційно «молочних» країнах у зв'язку з розвитком АСУТП одержання молока були розроблені, всебічно випробувані і представлені на сільськогосподарський ринок високоточні засоби автоматизованого обліку молока. Зараз застосовують різні конструкції масового, об'ємного чи потокового принципу реєстрації кількості молока. Як правило, разом з датчиками працюють елементи автоматики для визначення періоду “охоти” в корів і діагностики різних стадій маститів.
Так, електронний лічильник молока “Tru-Test" моделі SB90 (Нова Зеландія) автоматично фіксує дату, ідентифікує персональний номер тварини, визначає масу одержуваного молока, середню і максимальну молоковіддачу, тривалість доїння, а також виводить показники до ЕОМ і друкувальний пристрій. Сигнали від молокоміра можна використовувати для визначення закінчення видоювання, автоматичного відключення доїльних склянок, а також для знімання інших зооветеринарних показників.
На лицьовій панелі лічильника передбачене ручне введення за допомогою клавіатури номерів ідентифікації, кодів стану тварини, дати, одиниць виміру (фунти, кг, л), швидкості передачі інформації, даних про попередні доїння. Мається енергонезалежна пам'ять для збереження інформації про 170 корів. Живиться прилад від нікелево-кадмієвої батареї, що забезпечує безупинну роботу протягом 10 годин. Спеціальний зарядний пристрій можна встановлювати в окремому приміщенні і підзаряджати одночасно шість лічильників. Зарядний пристрій служить також передавачем для введення інформації в комп'ютер або друкувальний пристрій.
Прилад безрозбірно промивається за допомогою оригінального клапана в режимі промивання доїльної установки. Їм (маса 2 кг) можна користатися при доїнні як у стійлах, так і в доїльних станках.
Лічильник молока «Tru-Test» моделі SB90 офіційно затверджений Американською асоціацією фахівців з поліпшення породи молочної худоби.
2. Техніко-економічне обгрунтування доцільності розробки
Проблема підвищення ефективності і технологічного рівня тваринницьких підприємств стояла й у минулому: 15 — 20 і навіть 30 років тому. І тоді дуже актуальними були відновлення і модернізація молочних ферм. Подібні задачі й у ті часи не вирішувалися легко.
Якщо в колгоспі або радгоспі надумали побудувати або капітально обновити молочно-товарну ферму, то керівнику або головному зоотехніку господарства не було потреби аналізувати західний ринок високих технологій одержання молока. В економіці країн Східного блоку панувала Рада Економічної Взаємодопомоги (РЕВ), що і формував соціалістичний ринок, у тому числі й в області сільгоспмашинобудування. У структурі РЕВ на тваринництві спеціалізувався народний комбінат “Impulsa” з Ельстерверда (ГДР.). Це була фірма-монополіст, що поставляла сучасну техніку і технології для молочного скотарства в усі соціалістичні країни [6].
У рядах соціалістичної інтеграції з «Impulsa» тісно співробітничала ГСКБ (м. Рига), головна в СРСР конструкторська організація по механізації ферм великої рогатої худоби. Ці дві фірми фактично диктували технічну політику розвитку вітчизняних молочних господарств у сфері механізації й індустріалізації виробництва. І треба відзначити, що робота в цьому напрямку в ті роки проводилася велика.
У 70-80-х роках, коли був прийнятий курс на перехід скотарства на промислову основу, його спеціалізацію і концентрацію, у всіх регіонах країни будувалися або реконструювалися численні ферми на 400 — 1200, а в деяких випадках і на 2000 корів з безприв’язним утриманням худоби й одержанням молока в добре оснащеному доїльному залі типів «тандем», «ялинка», «карусель».
Виробнича доля цих підприємств сумна — більшість з них було реконструйовано під утримання і доїння корів на прив'язі в стійлах, а спеціалізовані доїльні приміщення, залишаючись об'єктами цілком функціональними, якщо і використовувалися, те не по призначенню. Причини сформованого різні. Елементарна економічна раціональність показує, що збережені корівники й у першу чергу доїльні приміщення мають потребу в реконструкції, модернізації і технічному переоснащенні. Подібні задачі, як показують дослідження особливостей експлуатації доїльних залів з станками різного типу, а також накопичений за останні вісім — дев'ять років досвід організаційно-технологічної перебудови молочних господарств у країнах Східної Європи (насамперед спецхозів колишньої ГДР.), можна вирішувати по трьох основних напрямках:
переоснащення (доукомплектування) існуючих систем доїння в залах;
реконструкція доїльних приміщень з оснащенням новими установками;
зведення нових доїльних залів.
Для вироблення концепції модернізації доїльних залів стосовно до конкретних господарських умов ферм-комплексів, що реконструюються доцільно використовувати перший варіант.
Особливістю даного варіанта є відновлення приміщення на базі технічного переоснащення і дообладнання наявних доїльних станків. Результатом цього варто вважати підвищення рівня автоматизації контролю і керування технологічними операціями одержання молока, і, як наслідок, збільшення продуктивності (пропускної здатності) доїльного залу. Така модернізація передбачає укомплектування основними технічними засобами й елементами автоматики.
Важлива автоматизація і заключні доїльні операції. Маніпулятори додоювання (що включаються в роботу при зниженні потоку молока до 200 г/хв і менше, що відключають вакуум після припинення молоковіддачі і знімають апарат з вимені) є стандартним устаткуванням автоматизованих доїльних установок. Їхнє використання запобігає небезпеці “сліпого” доїння і в 2...3 рази підвищує продуктивність праці оператора.
При обслуговуванні дійного стада високої продуктивності ефективне застосування засобів ідентифікації худоби, пристроїв автоматичного обліку удоїв і збору зооветеринарної інформації про корову, систем керування молочним виробництвом на базі комп'ютеризованої обробки контрольованих параметрів. Однак треба визнати, експлуатація на наших фермах елементів автоматики подібного рівня ще досить дороге — оснащення ними одного доїльного місця вимагає близько 3000 DM і виправдане лише там, де базова продуктивність корів у середньому перевищує 5500 кг молока на голову в рік [6].
Тому доцільним є створення вітчизняного пристрою, який би виконував основні, найбільш важливі та необхідні функції, які б не потребували обладнання ферми комп’ютером — керування процесом доїння (автоматичного доїння і додоювання корів) та облік надоєного молока (збереження й індикації інформації про удій).
На сьогоднішній день одним з недоліків технології доїння є конструктивна недосконалість застосовуваної доїльної техніки, позбавленої будь-яких елементів автоматизації управління процесом одержання та підрахунку об’єму молока. Використовувані на українських фермах переносні доїльні апарати наявних конструкцій не спроможні гнучко пристосовувати свій режим роботи до зміни молоковіддачі й урахування фізіологічних властивостей кожної лактуючої корови. Доїння корів наявними апаратами (із впливом на дійки нерегульованим вакуумом), поза сумнівом, згубно діє на здоров’я тварин і, зрештою, призводить до зниження продуктивності в цілому на 30%.
Створення сучасної контрольно-вимірювальної апаратури для реєстрації індивідуального надою та інших показників під час видоювання корів стало специфічно складним технічним завданням. Використання з цією метою традиційних принципів вимірювання маси рідини, запозичених з інших галузей, виявилося зовсім не ефективним, оскільки процес молоковіддачі є унікальним, а точність показань лічильників залежить від фізико-хімічних властивостей молока, мінливості молоковіддачі, способу роботи, кількості апаратів, що працюють одночасно, та інших чинників. А проте використання даних засобів автоматизації контролю продуктивності корів, елементною базою яких служать мікропроцесори, є обов’язковою умовою реалізації будь-якої автоматизованої системи управління технологічними процесами в молочному господарстві. Вони дають змогу максимально виключити затрати ручної праці, підвищити точність, надійність і достовірність реєстрації надоїв [8].
На даний час ринок сільськогосподарської техніки має переважно сучасну іноземну техніку провідних іноземних фірм і компаній. До них відносяться такі компанії як DeLaval зі своїми апаратами Duovac 300C і Monovac, яка з’явилась на ринку ще в 70-х роках минулого століття; фірма „Вестфалія Ландтехнік” (Німеччина). Вона представляє мікропроцесорний пристрій Метатрон, призначений для автоматизованого управління доїнням. Також досить престижне місце на ринку займають фірми „Маскон Мелотт” (Нідерланди) з пристроєм MR 2000; „Три-Тест Дистриб’ютерз Лтд" (Нова Зеландія), „Бебсон Браз. Ко” (США) та інші. Майже всі іноземні фірми, що існують на сьогодні на українському ринку сільськогосподарської техніки пропонують досить якісне і надійне обладнання і пристрої, але за досить високими цінами, що поки не влаштовує сільське господарство України. На сьогоднішній день дана проблема вирішується шляхом створення нового сучасного обладнання, але вже вітчизняного виробництва, яке буде не менш якісним, але більш дешевим. Це дасть можливість переобладнати та переоснастити українські ферми і доїльні зали із значною економією фінансів. Хоча дана проблема вже відносно давно стоїть на шляху розв’язання, але все ж таки ще не вирішена. Тому ще й досить стоїть питання створення сучасного і надійного вітчизняного обладнання [5].
Постачання доїльно-молочних машин, агрегатів, установок у СРСР із ГДР почалися ще з 50-х років і протягом третини століття складали 90% імпортного устаткування на вітчизняних молочних фермах. Часом колгоспно-радгоспні фахівці просто не знали про високотехнологічні розробки і „ноу-хау” закордонних фірм-продуцентів техніки для виробництва молока.
Елементарна економічна раціональність показує, що корівники й у першу чергу стійлові приміщення мають потребу в реконструкції, модернізації і технічному переоснащенні. Накопичений за останні вісім 8-9 років досвід організаційно-технологічної перебудови молочних господарств у країнах Східної Європи (насамперед спецхозів колишньої ГДР.), можна вирішувати по трьох основних напрямках:
переоснащення (доукомплектування) існуючих систем доїння в стійлах;
реконструкція доїльних приміщень з оснащенням новими установками;
зведення нових стійлових приміщень.
Для вироблення концепції модернізації стійл стосовно до конкретних господарських умов ферм-комплексів, що реконструюються доцільно використовувати перший варіант.
Особливістю даного варіанта є відновлення приміщення на базі технічного переоснащення і дообладнання наявних доїльних станків. Результатом цього варто вважати підвищення рівня автоматизації контролю і керування технологічними операціями одержання молока та його підрахунку, і, як наслідок, збільшення продуктивності (пропускної здатності) доїльного залу. Така модернізація передбачає укомплектування основними технічними засобами й елементами автоматики.
При обслуговуванні дійного стада високої продуктивності ефективне застосування засобів ідентифікації худоби, пристроїв автоматичного обліку удоїв і збору зооветеринарної інформації про корову, систем керування молочним виробництвом на базі комп'ютеризованої обробки контрольованих параметрів. Однак треба визнати, експлуатація на наших фермах елементів автоматики подібного рівня ще досить дороге — оснащення ними одного доїльного місця вимагає близько 3000 доларів і виправдане лише там, де базова продуктивність корів у середньому перевищує 5500 кг молока на голову в рік.
Отже, для підвищення якості, продуктивності та інших показників молочної продукції потрібне принципово нове сучасне і якісне обладнання. Тому доцільним є створення вітчизняного пристрою, який би виконував такі функції, як: облік надоєного молока в стійловому молокопроводі та збереження й індикації інформації про удій.
Таким пристроєм є лічильник порцій молока стійлового молокопроводу, який призначений для вимірювання та обліку надоєного молока в стійловому молокопроводі.
За аналог виберемо мікропроцесорний пристрій СЕМ-02, який виготовляється підприємством Інфракон. Його призначення — облік молока в стійловому молокопроводі. Даний пристрій вибраний за аналог так як він має, у порівнянні з іншими пристроями, наступні переваги:
висока точність вимірювання;
висока надійність;
простота в експлуатації;
низьковольтне живлення;
компактність.
До недоліків даного пристрою можна віднести використання рідкокристалічного індикатора, що супроводжується такими проблемами, як: необхідність підсвітки, необхідність спеціалізованого контролера для управління, вузький температурний діапазон.
3. Розробка структурної схеми приладу
Структурна схема лічильника порцій молока для стійлового молокопроводу приведена на рисунку 3.1 та в графічній частині бакалаврської роботи.
/>
Рисунок 3.1 — Структурна схема лічильника порцій молока для стійлового молокопроводу:
В даній структурній схемі позначено:
БЖ — блок живлення;
ДЗНЖ — детектор зниження напруги живлення;
СС — схема скидання; продолжение
--PAGE_BREAK--
MCU — мікроконтролер;
ФП — фотоприймач;
В — випромінювач;
HG — світлодіодний індикатор.
Прилад складається з датчика порцій молока та показуючого приладу, які з’єднані між собою за допомогою екранованого дроту. Конструкція датчика така, що порція молока від дозатора проходить через його оптичний канал і перериває потік інфрачервоного світла, яке при відсутності молока опромінює фотоприймач. Показуючий прилад аналізує стан фотоприймача, і при наявності порції молока додає до показань індикатора одиницю. Таким чином відбувається підсумовування порцій молока від дозатора за час доїння.
Мікроконтролер під керуванням програми, що знаходиться в його постійному запам’ятовуючому пристрої керує індикатором, на який виводиться інформація про кількість порцій молока, зібраних дозатором.
Блок живлення формує напругу живлення для мікроконтролера та світлодіодного індикатора. Напруга живлення надходить на вхід інтегрального стабілізатора напруги через діодний міст, що дозволяє подавати напругу будь-якої полярності.
На промислових об'єктах можливі різкі перепади напруги, що може призвести до виходу з ладу пристроїв та установок, тому блок живлення реалізований таким чином, щоб забезпечити номінальну напругу живлення приладу при зміні вхідної напруги в межах від 160 до 250 В, що забезпечить нормальне функціонування пристрою в даних умовах.
Детектор зниження напруги живлення аналізує наявність вхідної напруги живлення і при її зниженні нижче критичного рівня, формує сигнал мікроконтролеру, за яким відбувається термінове збереження даних і перезапуск мікроконтролера.
Схема скидання призначена для здійснення обнулення показань лічильника, перед початком кожного наступного доїння.
Випромінювач призначений для формування потоку інфрачервоного випромінювання у каналі молокопроводу.
Фотоприймач використовується для прийняття інфрачервоного випромінювання у каналі молокопроводу та для реєстрації переривання потоку інфрачервоного випромінювання при проходженні через датчик, вмонтований в канал молокопроводу, порції молока.
Візуалізація показань лічильника здійснюється за допомогою схеми динамічної індикації HG.
Мікроконтролер відповідає за керування вузлами структурної схеми, проведення математичних обчислень та збереження даних.
4. Розробка функціональної схеми приладу
4.1 Вибір мікроконтролера
Мікроконтролер відповідає за керування вузлами структурної схеми, проведення математичних обчислень та збереження даних, також мікроконтролер під керуванням програми, що знаходиться в його постійному запам’ятовуючому пристрої керує індикатором, на який виводиться інформація про кількість порцій молока, зібраних дозатором.
В якості мікроконтролера оберемо мікроконтролер фірми ATMEL AT90S2313. Схема підключення мікроконтролера AT90S2313 наведена на рисунку 4.1
/>
Рисунок 4.1 — Схема підключення мікроконтролера AT90S2313
Мікроконтролер AT90S2313 має наступні характеристики:
тактова частота до 10 МГц;
2 КБ внутрішньої флеш-пам’яті з можливістю 1000-разового перепрограмування;
128 байт пам’яті даних з можливістю 100000-разового перепрограмування;
1 8-бітовий таймер-лічильник;
1 16-бітовий таймер-лічильник;
1 аналоговий компаратор;
вбудований синхронно-асинхронний приймач-передавач;
струм споживання — 2.8 мА;
15 програмованих ліній введення-виведення;
напруга живлення — 4-6 В;
вбудований сторожовий таймер.
4.2 Схема індикації
На рисунку 4.3 наведена схема динамічної індикації.
/>
Рисунок 4.3 — Cхема динамічної індикації
Динамічна індикація легко реалізується програмно і апаратно і дозволяє отримати мінімальне енергоспоживання у порівнянні з існуючими схемами. Тому в лічильнику порцій молока стійлового молокопроводу будемо використовувати саме таке схемотехнічне рішення.
Для виведення на індикацію обираємо світлодіодні семисегментні індикатори з низьким енергоспоживанням фірми KINGBRIGHT BA56-12EWA, які мають наступні електричні характеристики: номінальний струм — 10 мА; яскравість 2200 — 9000 мкКд; колір — червоний; довжина хвилі — 625 нм; схема увімкнення світлодіодів — з загальним анодом.
4.3 Розробка датчика проходження порцій молока
Пропонований варіант датчика проходження порції молока, дозволяє досягти стабільних показників при підрахунку порцій молока і окрім того, дає можливість встановити факт розбавлення молока водою.
Розглянемо фотоприймач на основі пари фотодіод — операційний підсилювач. На рисунку 4.4, а наведено його принципову схему, а на рисунку 4.4, б — еквівалентну схему.
У цій схемі фотодіод VD діє як генератор струму, а операційний підсилювач DA перетворює цей струм у напругу.
/>
Рисунок 4.4 — Фотоприймач на основі пари фотодіод-операційний підсилювач
Залежність струму, що протікає через фотодіод, від потоку опромінення, описується виразом:
/> (4.1)
де IVD — струм фотодіоду,
SI0 — інтегральна струмова чутливість фотодіоду при немодульованому опроміненні;
/> — потік опромінення;
IS — темновий струм фотодіоду;
UVD — падіння напруги на фотодіоді;
Т — абсолютна температура;
k — постійна Больцмана;
еe — заряд електрону;
/> — циклічна частота потоку опромінення;
/> — постійна часу фотодіоду, яка залежить від значень внутрішнього опору фотодіоду RVD, паразитної ємності фотодіоду СVD, часу розсасування неосновних носіїв заряду.
Вихідна напруга фотоприймача на основі пари фотодіод-операційний підсилювач, з урахуванням зміщення нулю, різниці вхідних струмів, напруги шуму, описується виразом:
/> (4.2)
де К — коефіцієнт передачі операційного підсилювача;
RВХ — вхідний опір операційного підсилювача;
/> — напруга зміщення нулю операційного підсилювача;
/> — різниця вхідних струмів операційного підсилювача;
/> — напруга шуму на виході фотоприймача.
Модуль вихідної напруги шуму визначається виразом:
/>, (4.3)
де /> — спектральна щільність напруги шуму операційного підсилювача,
/> — спектральна щільність шумового струму операційного підсилювача;
/> — спектральна щільність шумового струму фотодіоду;
/> — спектральна щільність шумового струму опору зворотного зв’язку.
Розроблений датчик уявляє собою трубу, в яку вмонтовано інфрачервоний світлодіод. Навпроти світлодіоду в трубу монтується інфрачервоний фотодіод, який входить до складу лінійного фотоприймача на операційному підсилювачі. На основі проведених експериментальних досліджень встановлено, що світловий поток, утворений інфрачервоним світлодіодом, при проходження скрізь молоко зменшується за гіперболічним законом в залежності від відсоткового вмісту води у молоці.
Експериментальні залежності вихідної напруги фотоприймача на основі пари фотодіод-операційний підсилювач від вмісту води у молоці при різних значеннях струму світлодіода і відповідно світлового потоку наведені на рисунку 4.5
/>
Рисунок 4.5 — Залежності вихідної напруги фотоприймача на основі пари фотодіод-операційний підсилювач від вмісту молока у розчині при різних значеннях струму світло діода
Ступінь зменшення незначно залежить від багатьох факторів — таких як жирність молока, вмісту білка, вмісту амінокислот та інших. Дана обставина дає змогу створити датчик проходження порції молока, який окрім реєстрації порції дозволяє приблизно оцінити вміст води у молоці. У випадку перевищення вмісту води порція молока не зараховується, а лічильник формує сигнал попередження.
Характерна осцилограма сигналу на виході фотоприймача при проходженні молока крізь перетин датчика наведена на рисунку 4.6
/>
Рисунок 4.6 — Характерна осцилограма сигналу на виході фотоприймача
На рисунку 4.6 виділено дві характерні ділянки вихідного сигналу фотоприймача. Перша ділянка тривалістю Т1відповідає проходженню молока під тиском від дозатора, друга ділянка тривалістю Т2відповідає зворотньому зливу молока. Значення Т1 та Т2 залежать від настроювання дозатора (він як правило настроюється на спрацьовування при надходженні одного літру молока).
Чим більше буде процентний вміст води у молоці, тим більше буде середнє значення вихідної напруги фотоприймача під час проходження порції молока. При струмі IVD= 40 mA світлодіоду, який використовувався у експериментальних дослідженнях, значення середньої вихідної напруги фотоприймача, яка відповідає 30% вмісту молока, складає приблизно 400 мВ.
Датчик також нечутливий до забруднення молочним каменем, тому як інфрачервоне випромінювання проходить крізь нього майже без втрат потужності. При сильному забрудненні молочний камінь знімається щіткою. Датчик, що пропонується, має просту конструкцію, низьку собівартість, добру повторюваність характеристик і низьку споживану потужність.
В якості операційного підсилювача, для реалізації датчика проходження порцій молока, обираєм мікросхему К140УД2А, яка за своїми технічними характеристиками задовільняє умовам поставленої задачі. продолжение
--PAGE_BREAK--
4.4 Детектор зниження напруги живлення
В якості детектора зниження напруги живлення обираємо мікросхеми К1171СП42 та К1171СП48. Мікросхеми К1171СПхх представляють собою детектори зниження напруги живлення і використовуються в апаратурі, де є необхідність отримання сигналу, який попереджує про зміну контролюємої напруги нижче допустимого рівня.
Детектор зниження напруги живлення аналізує наявність вхідної напруги живлення і при її зниженні нижче критичного рівня, формує сигнал мікроконтролеру, за яким відбувається термінове збереження даних і перезапуск мікроконтролера. Стан детектора приведено в таблиці 4.1
Таблиця 4.1 — Стан детектора
Стан
Рівень напруги на виході, />
Стан вихідного ключа
Вимкнено
/>
Закритий
Ввімкнено
/>
Відкритий
5. Електричні розрахунки
5.1 Розрахунок тактового генератора мікроконтролера
Робота мікроконтролера AT90S2313 тактується генератором тактової частоти з кварцевою стабілізацією. Сам генератор знаходиться в корпусі мікросхеми, зовні встановлюється кварцевий резонатор та конденсатори. Для підключення кварцевого резонатора призначені входи мікроконтролера XTAL1 та XTAL2.
Схема підключення мікроконтролера AT90S2313 наведена на рисунку 4.1
RC-коло побудоване на R1 і С1 призначене для формування сигналу скидання. BQ1 — кварцевий резонатор, призначений для тактування генератора.
Обираємо кварцевий резонатор з частотою 3.6864 МГц і ємністю 2 пФ.
Значення ємності конденсаторів С2 і С3 обираємо виходячи із співвідношення:
С > 10×CBQ (5.1)
де CBQ — ємність кварцевого резонатора.
Обираємо конденсатори ємністю 39 пФ.
5.2 Розрахунок кола скидання мікроконтролера
Для запуску мікроконтролера необхідно, щоб на протязі 1 мс після включення живлення напруга на вході RESET була рівня логічної одиниці. Для цього, як правило, використовують RC-кола (R1 та С1 на рисунку 4.1).
При ввімкненні напруги живлення напруга на вході RESET при використанні RC-кола на рис.5.1 змінюється за експоненційним законом, який визначається виразом:
/>, (5.2)
де /> — напруга живлення;
/> — постійна часу RС — кола;
t — поточний час.
Напруга, яка сприймається мікроконтролером як рівень логічного нуля дорівнює 0.3/>. Підставивши це значення в рівняння (5.2) і вирішивши отримане рівняння відносно t отримуємо:
/>. (5.3)
Обираємо значення опору R1 1 кОм, значення t повинно бути не менше 1 мс, виходячи з цього, значення ємності С1 можна вибрати користуючись виразом:
/> (мкФ). (5.4)
Обираємо ємність к50-35 4.7 мкФ х 16 В.
6. Розробка схеми роботи програми
Схема програми, під управлінням якої працює мікроконтролер приладу наведена на рисунку 6.1.
/>
Рисунок 6.1 — Схема роботи програми
Після ввімкнення приладу відбувається ініціалізація мікроконтролера. Після завершення ініціалізації відбувається присвоєння N: =N0, де N — поточні показання приладу, N0 — показання збережені при виключенні живлення приладу, тобто за значення поточних показань приймаються показання приладу збережені при виключенні живлення.
Лічильнику присвоюється значення нуля k: =0. Після чого запускається підпрограма динамічної індикації, за допомогою якої відбувається візуалізація показань приладу.
Далі відбувається перевірка умови PB0 = 0, тобто, чи подається на порт введення-виведення мікроконтролера PB0 інформації (сигналу) про стан датчика проходження порцій молока. Якщо PB0=0, що означає проходження через датчик проходження порцій молока, то запускається підпрограма часової затримки на 10 мс. Якщо PB0=1, що свідчить про відсутність сигналу датчика про проходження молока, перевіряється виконання умови PB6=0.
Якщо умова виконується, що свідчить про зниження напруги живлення, запускається підпрограма збереження даних, в протилежному випадку, якщо умова не виконується, програма повертається до підпрограми динамічної індикації.
Після запуску підпрограми часової затримки на 10 мс, запускається лічильник циклів k: =k+1, який керується умовою k>200. Якщо умова виконується, лічильник обнуляється, значення поточних показань приладу збільшується на одиницю N: =N+1 і відбувається перевірка умови PB6=0. Якщо k
7. Розрахунок похибки підрахунку порцій
Для дослідження факторів, що впливають на результат вимірювання сумарного удою, виділимо такі складові похибки:
похибка, зумовлена накопиченням молочного каменю в молокопроводі та дозаторі;
алгоритмічна похибка ідентифікації проходження порції;
складова похибки визначення удою, зумовлена перешкодами в лінії передачі даних;
складова похибки, зумовлена розкидом прозорості молока від порції до порції.
Основною складовою похибки підрахунку порцій молока являється похибка, обумовлена накопиченням молочного каменю в молокопроводі та дозаторі.
В якості датчика проходження порції молока використано випромінювач та фотоприймач, де фотоприймач реалізовано на основі пари фотодіод — операційний підсилювач.
Даний варіант датчика проходження порції молока, дозволяє досягти стабільних показників при підрахунку порцій молока і окрім того, дає можливість встановити факт розбавлення молока водою.
Розроблений датчик потребує регулярної очистки, при цьому, похибка, зумовлена накопиченням молочного каменю в молокопроводі та дозаторі не перевищує />=0,3%.
Алгоритмічна похибка ідентифікації проходження порції, має нормальний закон розподілу з нульовим математичним сподіванням. Закон розподілу цієї похибки визначається виразом:
/> (7.1)
де /> — абсолютна алгоритмічна похибка індетифікації проходження порції;
/> — середньоквадратичне відхилення алгоритмічної похибки ідентифікації проходження порції (у подальших розрахунках приймемо, що /> змінюється в межах від 0 до 2,5 г, що відповідає середньоквадратичному значенню похибки визначення удою від 0 до 0,25%).
Прилад працює у досить складній електромагнітній обстановці (потужний електродвигун вакуум-насосу, нагрівач і т. і), що неминуче приводить до виникнення електромагнітних перешкод, які різним шляхом можуть попадати в сигнальні кола приладу.
Для подальших розрахунків припустимо, що середньоквадратичне значення цієї складової дорівнює />=0.1%.
Складова похибки, зумовлена розкидом прозорості молока від порції до порції дуже мала в порівнянні з іншими складовими, тому в подальших розрахунках нею можна знехтувати.
Таким чином, виділено чотири основних складових похибкипідрахунку порцій молока. Одна з них мала в порівнянні з іншими і її внеском у результуючу похибку можна знехтувати. Тому для розрахунку середньоквадратичного значення результуючої похибки будемо враховувати похибку, зумовлену накопиченням молочного каменю в молокопроводі та дозаторі, складову похибки, що зумовлену перешкодами в сигнальних колах приладу та алгоритмічну похибку ідентифікації проходження порції.
Середньоквадратичне відхилення результуючої похибки підрахунку порцій розраховується за виразом:
/>. (7.2)
Отже результуюча похибка буде складати не більше ±0,403%, що задовільняє умовам технічного завдання.
Висновки
В ході виконання бакалаврської роботи був зроблений огляд сучасних засобів автоматизації молочних ферм, проведений аналіз сучасної ситуації та ринку в молочній промисловості, розглянуто аналоги аналоги, розроблено структурну схему та функціональну схеми.
Література
1. Палкин Г. Автоматизация индивидуального учета надоев молока (зарубежный опыт) // Техника в сельском хозяйстве. — 1990. — № 6. — с.43, 44
2. Савран В.П. Автоматическое управление доением коров // Зоотехния. — 1991. — № 12. — с.53
3. М.А. Мазуха. Молочная промышленность. №6, 2002. — с.7,8.
4. М.А. Мазуха. Молочная промышленность. №12, 2003. — с.62, 63.
5. Палкін Г. Сучасні молокоміри на фермах // Пропозиція. — 1998. — № 7. — с.34, 35
6. Кирсанов В., Максутов А. Устройство для индивидуального учета молока на доильных установках // Молочное и мясное скотоводство. — 1999. — № 5. — с.33
7. Смоляр В. Электронные блоки управления доением // Техника и оборудование для села. — 2000. — № 5. — с.9, 10
8. Кирсанов В.В., Максутов Тенденции совершенствования технических средств учета индивидуального надоя молока // Техника в сельском хозяйстве. — 1998. — № 3. — с. 19, 20.
9. Зубчук, Сигорский, Шкуро. Справочник по цифровой схемотехнике. — К.: Техника, 1991.