牧场降温系统和牧场降温设备的控制方法与流程

本发明涉及一种牧场降温系统和牧场降温设备的控制方法。

背景技术：

众所周知，牧场养殖中，夏季热应激已经成为影响奶牛生产的重要因素之一。风扇结合喷淋是牧场常见的降低热应激方式。但是喷淋的开启会使用大量的水，为后端粪污的水处理带来了巨大的压力。风机的长期开启也同样会造成电能浪费及设备损耗，给牧场带来巨大的经济损失。所以，如何合理控制喷淋用水量和风机用电量成为夏季热应激管理的重点。

现有喷淋和风机的开闭是由温度控制或人工控制。

一般站位风机和喷淋安装在颈枷处，由人工根据温度或thi指数打开，或者由温度控制器自动打开。但是实际上奶牛是自由活动的，奶牛一天当中的采食次数大概在8-12次左右，奶牛全天进行采食的时间，累计起来大概在4-9小时左右。奶牛大部分时间花在躺卧上，奶牛全天的躺卧时间大概在14小时左右，占50％以上。普通喷淋虽然可以采用温度联动的方式来控制开闭的时长，从而节省用水，但仍然会出现奶牛不在颈枷时喷淋和风机一直运行的情况，造成大量的水和电能浪费，更是给粪污系统带来了极大的压力。在环保管控日趋严厉的当下，这一矛盾显得非常突出。

因此，需要一种精准控制喷淋的设备和方法来解决这些问题。

技术实现要素：

为了克服现有的降温系统在有牛没牛时都启动造成浪费水浪费电等缺点，本发明采用通过对颈枷摆臂摆动状态的判断等，感知牛只的采食行为，继而触发喷淋/风机控制策略的技术方案，解决颈枷处没有牛时降温设备一直开启等问题，并具防水、耐腐蚀、寿命长、动作可靠、性能稳定等特点。

根据本发明的一方面，提供一种牧场降温系统，其特征在于，包括：多个传感器，每个传感器能够检测颈枷中的牛只行为；多个降温设备，每个降温设备与颈枷的对应位置相关联，并且每个降温设备能够单独启动和停止；和控制器，所述控制器能够接收来自所述传感器的信号，并由此检测牛只行为；并且根据检测到的牛只行为启动或停止与该牛只所在的位置相对应的降温设备。

优选的，当在预定条件下所述控制器检测到牛只的采食行为时，启动与该牛只所在的位置相对应的降温设备。

优选的，所述预定条件包括当前的温度、湿度和/或温湿度指数与预先设定的阈值之间的关系。

优选的，当所述控制器检测到牛只退出颈枷的行为时，停止与该牛只所在的位置相对应的降温设备。

优选的，所述多个传感器中的每一个分别安装到颈枷的关联位置处以检测颈枷摆臂的摆动。

优选的，所述传感器安装到颈枷摆臂上。

优选的，所述传感器安装到颈枷的操纵杆支座上。

优选的，所述控制器通过所述传感器检测到的颈枷摆臂的摆动来检测牛只的采食行为和牛只退出颈枷的行为。

优选的，当所述传感器检测到颈枷摆臂的端部离开初始位置大于等于预定距离或者颈枷摆臂的摆动角度大于等于预定角度时，所述控制器检测到牛只的采食行为。

优选的，所述降温设备为喷淋设备和/或风机和/或造雾设备。

优选的，所述多个降温设备中的每个对应于一个颈枷摆臂处的牛只位置。

优选的，所述多个降温设备中的每个对应于多个相邻颈枷摆臂处的牛只位置。

根据本发明另一个方面，提供一种牧场降温设备的控制方法，其特征在于，包括：通过传感器检测颈枷中的牛只行为；根据检测到的牛只行为启动或者停止相应的降温设备，其中每个降温设备与颈枷的对应位置相关联，并且每个降温设备能够单独启动和停止。

优选的，当在预定条件下检测到牛只的采食行为时，启动与该牛只所在的位置相对应的降温设备。

优选的，所述预定条件包括当前的温度、湿度和/或温湿度指数与预先设定的阈值之间的关系。

优选的，当检测到牛只退出颈枷的行为时，停止与该牛只所在的位置相对应的降温设备。

优选的，将传感器安装到颈枷的关联位置处以检测颈枷摆臂的摆动。

优选的，所述传感器安装到颈枷摆臂上。

优选的，所述传感器安装到颈枷的操纵杆支座上。

优选的，通过所述传感器检测到的颈枷摆臂的摆动来检测牛只的采食行为和牛只退出颈枷的行为。

优选的，当所述传感器检测到颈枷摆臂的端部离开初始位置大于等于预定距离或者颈枷摆臂的摆动角度大于等于预定角度时，检测到牛只的采食行为。

优选的，所述降温设备为喷淋设备和/或风机和/或造雾设备。

优选的，所述多个降温设备中的每个对应于一个颈枷摆臂处的牛只位置。

优选的，所述多个降温设备中的每个对应于多个相邻颈枷摆臂处的牛只位置。

根据本发明，基于牛只采食行为的喷淋、风机和/或造雾设备的控制策略，通过诸如颈枷摆臂位置的判断等方式，感知牛只的采食行为，继而触发喷淋/风机/造雾设备控制策略，实现真正的精准控制，降低热应激的同时达到节水节能的效果。

解决了目前市场上牧场降温设备系统统一开启和统一关闭的弊端，大大提高水/电资源利用率，节约用水用电，减少污水排放。

附图说明

通过以下详细的描述并结合附图将更充分地理解本发明，其中相似的元件以相似的方式编号，其中：

图1是根据本发明的实施例的颈枷的结构图；

图2是图1中立柱及相关控制结构的细节示意图；

图3是图1中a部分放大图；

图4是图1中b部分放大图；

图5是根据本发明的其他实施例的示意图。

附图标记：1、颈枷框架上方管；2、颈枷框架下方管；3、颈枷摆臂；4、连接杆；5、连接杆；6、操纵杆；7、喷头；8、控制盒；9、传感器；10、喷淋管；11、走线管；12、立柱；13、控制箱；14、操纵杆支架；15、摆臂支撑座；16、电磁阀。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。

本发明提供了一种牧场降温系统及一种牧场降温设备的控制方法。牧场降温设备可以包括例如喷淋设备、风机和造雾设备等。

以下将以喷淋设备为例说明根据本发明的系统和方法，但是本发明可以包括喷淋设备、风机、造雾设备或者它们的组合，或者其他可能的降温设备及任意组合。优选的，造雾设备通常和风机关联设置，以便于通过风机传送形成的雾气。

图1-图4示出了根据本发明一个实施例的降温系统和控制方法，降温设备包括喷淋设备。

如图1所示，根据本发明的牧场降温系统主要包括：多个传感器9，每个传感器能够检测颈枷中对应的颈枷摆臂3的摆动；多个降温设备即喷头7，每个喷头与对应颈枷摆臂3的牛只位置相关联，并且每个喷头7能够单独启动和停止；和控制器(未示出)，控制器能够接收来自传感器9的信号，并由此检测牛只的行为；并且根据检测到的牛只行为启动或停止与该牛只所在的牛只位置相对应的喷头7。

颈枷是用于引导和管理牛只采食的设备，主要包括颈枷框架上方管1、颈枷框架下方管2、颈枷摆臂3、连接杆4、连接杆5和操纵杆6。连接杆4和连接杆5将颈枷框架上方管1、颈枷框架下方管2连接起来。颈枷摆臂3的中部通过支架枢转支撑在连接杆4上，并且可以绕该支架摆动。可以通过设置适当的部件(例如偏置弹簧等)使得颈枷保持图1中所示的位置，此时颈枷摆臂3将方形框架隔成两个部分。下面的空间部分设置有阻挡部件，因此牛只只能通过上面的空间部分进入，并且当低头采食时推动颈枷摆臂3转动。必要的时候，可以通过操纵杆锁定颈枷摆臂3的位置，从而使得牛只不能退出颈枷。

如图2-4所示，喷头7连接到喷淋管10，并且可以通过控制盒8受控制地进行喷淋。还可以设置走线管11，以进行相应的布线连接。在一些实施例中，可以进行无线连接，从而不需要设置走线管11。

在颈枷的端部设置有立柱12，用于固定颈枷。可以将容纳控制器的控制箱13设置在立柱12上。

在图1中，示出了3个颈枷摆臂3，但是根据本发明的颈枷可以包括任意数量的颈枷摆臂3。控制器例如可以安装在控制箱13中，并通过有线或者无线方式与传感器9和喷头7连接。

喷头7连接到喷淋管10，并可以控制适当温度的水从喷淋管10中向相应区域喷水。当冷却设备是风机时，风机可以安装在该区域上方，例如吊装在屋顶上。

当牛只需要采食时，其头部从颈枷摆臂3左上方的空间进入，头部向下采食时其颈部推动颈枷摆臂3绕摆臂支座转动。例如在图1中，与该颈枷摆臂3关联安装的传感器9检测到颈枷摆臂3上端离开，从而检测到颈枷摆臂3的摆动。传感器9例如可以是接近开关。

也可以采用其他传感器和安装方式，例如可以采用角度开关、磁感应开关和三轴传感器，其可以安装在颈枷摆臂3上。牛只上枷或退出，颈枷摆臂3都会发生摆动，即可发生角度变化，触发安装在颈枷摆臂3上的角度开关和三轴传感器，形成检测信号。磁感应开关工作原理与接近开关类似，将磁感应开关的两部分分别装在颈枷摆臂3和颈枷的某一固定位置，颈枷摆臂3的摆动可使磁感应开关的两部分分开或接触，分别发生相应检测信号。

可以在预定条件下，例如季节为夏季白昼，启动根据本发明的降温系统。

当所述控制器在预定条件下检测到牛只的采食行为时，启动与该牛只所在的牛只位置相对应的降温设备。此时，牛只进行采食，对应的喷头7启动向该牛只位置进行喷淋，从而精准喷淋到该牛只身上。

预定条件包括当前的温度、湿度和/或温湿度指数与预先设定的阈值之间的关系。例如，当温度大于预先设定的阈值(例如20℃)时，可以视为满足启动降温设备(例如喷淋设备、风机和/或造雾设备)的预定条件。或者，当湿度大于预先设定的阈值时，可以视为满足启动降温设备(例如风机)的预定条件。或者，当湿度小于预先设定的阈值时，可以视为满足启动降温设备(例如喷淋、或者造雾设备与风机)的预定条件。或者，当温湿度指示大于预先设定的阈值时，可以视为满足启动降温设备(喷淋设备、风机和/或造雾设备)的预定条件。

这些参数及相应的阈值可以根据实际经验进行选择或调整。上述预定条件可以指某个参数，也可以指两个或多个参数的组合。

上述温湿度指数(temperature-humidityindex，thi)是一种将空气温度和空气湿度两者相结合来评价环境炎热程度的指标，又称不适指标，通常用来评价畜禽养殖过程中是否处于热应激状态及其程度的指标。温湿度指数是畜禽养殖中常用的评价动物热应激状态的经典指标。

控制器可以根据当前的温度、湿度或温湿度指数与预先设定的阈值的关系对不同的降温设备执行不同的控制策略。

例如，风机的控制策略可以根据温度，也可以跟温湿度指数(thi)来定。定频风机可以在温度＞20℃时开启，也可以在thi＞68时开启。变频风机可以递进式开启，例如在温度＞20℃时，开启最大转速的20％；在温度＞25℃时，开启50％；在温度＞28℃时，开启100％。

需要注意的是，风机的启动条件(温度或thi)不是固定的，可以进行调整。

类似地，根据上述温度、湿度和/或温湿度指数的大小(或与预定阈值的关系)，喷淋设备的控制强度可以随时调节，也可以设置成间隔开启预定时间段。作为一个示例，喷淋设备可以设置成在温度＞25℃时每15分钟开启1分钟；在温度＞28℃时每10分钟开启1分钟；在温度＞30℃时每5分钟开启1分钟。

同样地，需要注意的是，喷淋设备的启动条件(温度或thi)不是固定的，可以进行调整。

类似地，造雾设备可以据温度、温湿度指数thi应用不同的造雾强度。

以上控制策略仅仅是举例说明，其他控制策略也是可行的。

这样，当牛只一直在进食时，即确保了适当的降温措施，又不会过度降温。

当所述控制器检测到牛只退出颈枷的行为时，停止与该牛只所在的牛只位置相对应的降温设备。例如，如图1所示，当牛只退出颈枷后，颈枷摆臂3回复原位，颈枷摆臂3的上端接触或者接近传感器9，从而被传感器9检测到。即，当颈枷摆臂3的端部复位到初始位置或者摆动角度变为0度时，检测到牛只退出颈枷。当控制器接收或者检测到该信号时，停止相应喷头的喷淋，从而避免了无用的喷淋，节约用水。

根据本发明的实施例，传感器可以安装到每个颈枷摆臂3的关联位置处以检测该颈枷摆臂3的摆动。这样可以检测每个颈枷摆臂3处的牛只的行为，从而进行相应的控制。

如上所述，传感器可以安装到颈枷的操纵杆支座上，或者传感器也可以直接安装到颈枷摆臂3上，或者传感器也可以安装到颈枷的其他位置。操纵杆支座将操纵杆6支撑安装在颈枷的颈枷框架上方管1上。

控制器通过传感器检测到的颈枷摆臂3的摆动来检测牛只的采食行为和牛只退出颈枷的行为。例如，当所述传感器检测到颈枷摆臂3的端部离开初始位置大于等于预定距离(例如5mm)或者颈枷摆臂3的摆动角度大于等于预定角度(例如2度至5度之间的角度)时，所述控制器检测到牛只的采食行为。

根据本发明，降温设备可以为喷淋设备和/或风机和/或造雾设备。在一些实施例中，仅设置喷淋设备。在一些实施例中，仅设置风机。在一些实施例中，设置喷淋设备和风机两者。在一些实施例中，设置造雾和风机两者。在一些实施例中，设置与每个颈枷摆臂3相关联的喷淋设备和风机。在一些实施例中，也可以与一部分颈枷摆臂3相关联设置喷淋设备，与一部分颈枷摆臂3相关联设置风机。

优选的，与每个颈枷摆臂3处的牛只位置相对应地(或者说与每个颈枷摆臂3相关联地)设置降温设备。例如，在每个颈枷摆臂3附件设置一个喷头，从而向进入该颈枷的牛只喷淋。

在一些实施例中，一个降温设备可以对应于多个相邻颈枷摆臂3处的牛只位置(或者说与多个相邻颈枷摆臂3相关联)。例如，当设置大型风机时，一个风机可以同时对几个相邻的颈枷摆臂3处的牛只位置进行鼓风降温。在这种情况下，该降温设备的控制策略可以进行调整，即只要检测到与该降温设备对应的该区域内的多个颈枷摆臂3处有牛只上枷或采食，就启动该设备；仅当多个颈枷摆臂3处均没有牛只采食时，停止该降温设备。

对于传感器的检测，可以在控制器上设置延时开启或延时关闭。如果牛只仅碰一下颈枷摆臂3，并未完全上枷采食，则可以通过延时开启(比如3秒后再开启)将其误动作过滤出去。同理，延时关闭可以将牛只退一下但并未完全退出的状况过滤出去。

在其他实施方式中，可以采用红外或者超声波检测方式来检测牛只的采食行为。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的示意图。在此实施方式中，2个、3个或多个用于控制降温设备的电磁阀16可以使用1个控制盒8进行控制，其中每个电磁阀16根据对应颈枷处的牛只行为独立进行操作。在图5中，三个电磁阀16可以连接到1个控制盒8，由该控制盒8对连接的电磁阀16进行操作。每个电磁阀16控制相应的喷头7。

在图5的实施例中，传感器8为三轴传感器，安装在颈枷摆臂3上与摆臂支撑座15的连接处附近，通过检测颈枷摆臂3的摆动来检测牛只行为。

操纵杆6通过操纵杆支架14安装在颈枷框架上方管1上。

根据本实施例的其他方面与上述实施例类似地设置或操作，不再赘述。

本发明的实施方式并不限于上述实施例所述，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。