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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710157497.1 (22)申请日 2017.03.16 (71)申请人 四川森迪科技发展股份有限公司 地址 611230 四川省成都市崇州市崇阳镇 梅花村4组 (72)发明人 杨志良 孔利文 辜晓平 杨强 (51)Int.Cl. A01K 39/026(2006.01) (54)发明名称 基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自 动补水控制系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于恒流源电路的家畜 自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在 于， 主要由单片机， 分别与单片。
2、机相连接的电磁 阀和V/F转换模块， 以及与V/F转换模块相连接的 水位传感器组成。 本发明中的V/F转换模块在对 检测信号进行转换的同时还可以对检测信号的 波形进行限幅， 提高检测信号的稳定性， 从而使 单片机能够更好的对检测信号进行识别、 比对， 更好的控制电磁阀的打开和关闭， 从而能够更准 确的控制喂水池的水量， 以满足家禽的饮水需 求。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 107047373 A 2017.08.18 CN 107047373 A 1.基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在于， 主要由单 片机， 分别与单片机相连接的电磁阀和V/F转换模块。
3、， 以及与V/F转换模块相连接的水位传 感器组成； 所述V/F转换模块由放大器P1， 放大器P2， 放大器P3， 正极与放大器P1的正极相连 接、 负极与放大器P1的输出端相连接的电容C5， 串接在放大器P1的正极和放大器P2的输出 端之间的电阻R7， 一端与放大器P1的负极相连接、 另一端接地的电阻R6， 串接在放大器P1的 输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8， P极与放大器P2的输出端相连接、 N极与放大器P2 的正极相连接的二极管D3， 正极与放大器P2的输出端相连接、 负极与放大器P3的输出端相 连接的电容C6， 一端与放大器P3的负极相连接、 另一端接地的电阻R9， 与放大器P3。
4、的正极相 连接的前端放大电路， 串接在前端放大电路和放大器P2的负极之间的电阻R10， 与放大器P2 的输出端相连接的恒流源电路， 以及同时与放大器P3的输出端和恒流源电路相连接的频率 转换电路组成； 所述放大器P1的输出端与放大器P3的正极相连接； 所述放大器P2的输出端 接+12V电压； 所述频率转换电路的输出端与单片机相连接， 所述前端放大电路的输入端则 与水位传感器相连接。 2.根据权利要求1所述的基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在于， 所述恒流源电路由三极管VT， 放大器P4， 放大器P5， 一端与放大器P4的负极相 连接、 另一端接地的电阻R15， 负极。
5、与放大器P4的正极相连接、 正极与放大器P2的输出端相 连接的电容C12， 正极与放大器P4的负极相连接、 负极与放大器P4的输出端相连接的电容 C13， 与电容C13相并联的电阻R16， N极与放大器P4的正极相连接、 P极与放大器P5的输出端 相连接的二极管D4， 一端与放大器P4的输出端相连接、 另一端经电阻R20后与三极管VT的基 极相连接的电阻R17， 串接在放大器P4的输出端和三极管VT的集电极之间的电阻R18， 串接 在三极管VT的基极和发射极之间的电阻R19， 以及P极与三极管VT的发射极相连接、 N极与频 率转换电路相连接的二极管D5组成； 所述三极管VT的发射极接地； 所述。
6、放大器P5的正极与 二极管D4的P极相连接、 其负极则与放大器P4的输出端相连接。 3.根据权利要求2所述的基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在于， 所述前端放大电路由处理芯片U1， 二极管D1， 串接在二极管D1的N极和处理芯 片U1的-IN管脚之间的电阻R1， 一端与处理芯片U1的+IN管脚相连接、 另一端与二极管D1的P 极共同形成输入端并与水位传感器相连接的电阻R2， P极接地、 N极经电阻R4后与处理芯片 U1的REF管脚相连接的二极管D2， 正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接、 负极与二极管D2的P 极相连接的电容C2， 一端与处理芯片U1的-VS管脚相。
7、连接、 另一端经电阻R10后与放大器P2 的负极相连接的电阻R3， 正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接、 负极与二极管D2的P极相连 接的电容C4， 负极与处理芯片U1的RG1管脚相连接、 正极经电位器R5后与电容C4的负极相连 接的电容C1， 以及正极与处理芯片U1的+VS管脚相连接、 负极接地的电容C3组成； 所述处理 芯片U1的+VS管脚接+12V电压、 其OUT管脚与放大器P3的正极相连接； 所述电阻R3和电阻R10 的连接点接地； 所述电容C4的负极还与电位器R5的控制端相连接。 4.根据权利要求3所述的基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在于， 所述频率转。
8、换电路由转换芯片U2， 串接在二极管D5的N极和处理芯片U2的VS管 脚之间的电阻R12， 负极与转换芯片U2的VS管脚相连接、 正极接地的电容C7， 正极与转换芯 片U2的VS管脚相连接、 负极接地的电容C9， 负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接 地、 正极经电阻R11后与转换芯片U2的REF管脚相连接的电容C8， 串接在转换芯片U2的OUT管 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 107047373 A 2 脚和FREQ管脚之间的电阻R13， 正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接、 负极经电阻R14后接 地的电容C11， 以及正极与转换芯片U2的OUT管脚相连接、 负极作为。
9、输出端并与单片机相连 接的电容C10组成； 所述转换芯片U2的RC管脚与电容C7的负极相连接、 其THRES管脚则与电 容C11的负极相连接、 其IN管脚则与放大器P3的输出端相连接。 5.根据权利要求4所述的基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统， 其特征在于， 所述处理芯片U1为AD620集成芯片， 所述转换芯片U2为LM331集成芯片。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 107047373 A 3 基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自动补水控制系统 技术领域 0001 本发明涉及家禽饲养领域， 具体是指一种基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用 自动补水控制系统。 背景技。
10、术 0002 在家禽饲养的过程中， 饲养员必须每天给家禽喂水， 传统的方法是通过人工对家 禽喂水， 但是随着饲养规模的不断扩大， 采用传统的喂水方法则需花费大量的人工成本。 为 了解决上述问题， 目前市面上已出现了自动喂水装置， 自动喂水装置采用水位传感器对喂 水池内的水量进行监测， 当水量过少时则由控制系统自动控制补水， 并控制喂水池内的水 量。 采用自动喂水装置对家禽进行喂水， 可以有效的代替人工喂水， 节约了大量的人工成 本。 然而目前使用的自动喂水装置还是存在很大的缺陷， 即其控制系统的控制精度不高， 其 无法有效的对喂水池的水量进行控制， 不能满足家禽的饮水需求。 发明内容 0003。
11、 本发明的目的在于克服目前的自动喂水装置所采用的控制系统的控制精度不高， 无法有效的对喂水池的水量进行控制的缺陷， 提供一种基于恒流源电路的家畜自动喂水装 置用自动补水控制系统。 0004 本发明的目的通过下述技术方案实现： 基于恒流源电路的家畜自动喂水装置用自 动补水控制系统， 主要由单片机， 分别与单片机相连接的电磁阀和V/F转换模块， 以及与V/F 转换模块相连接的水位传感器组成； 所述V/F转换模块由放大器P1， 放大器P2， 放大器P3， 正 极与放大器P1的正极相连接、 负极与放大器P1的输出端相连接的电容C5， 串接在放大器P1 的正极和放大器P2的输出端之间的电阻R7， 一端与。
12、放大器P1的负极相连接、 另一端接地的 电阻R6， 串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8， P极与放大器P2的输出 端相连接、 N极与放大器P2的正极相连接的二极管D3， 正极与放大器P2的输出端相连接、 负 极与放大器P3的输出端相连接的电容C6， 一端与放大器P3的负极相连接、 另一端接地的电 阻R9， 与放大器P3的正极相连接的前端放大电路， 串接在前端放大电路和放大器P2的负极 之间的电阻R10， 与放大器P2的输出端相连接的恒流源电路， 以及同时与放大器P3的输出端 和恒流源电路相连接的频率转换电路组成； 所述放大器P1的输出端与放大器P3的正极相连 接； 所述放。
13、大器P2的输出端接+12V电压； 所述频率转换电路的输出端与单片机相连接， 所述 前端放大电路的输入端则与水位传感器相连接。 0005 进一步的， 所述恒流源电路由三极管VT， 放大器P4， 放大器P5， 一端与放大器P4的 负极相连接、 另一端接地的电阻R15， 负极与放大器P4的正极相连接、 正极与放大器P2的输 出端相连接的电容C12， 正极与放大器P4的负极相连接、 负极与放大器P4的输出端相连接的 电容C13， 与电容C13相并联的电阻R16， N极与放大器P4的正极相连接、 P极与放大器P5的输 出端相连接的二极管D4， 一端与放大器P4的输出端相连接、 另一端经电阻R20后与三极。
14、管VT 的基极相连接的电阻R17， 串接在放大器P4的输出端和三极管VT的集电极之间的电阻R18， 说 明 书 1/5 页 4 CN 107047373 A 4 串接在三极管VT的基极和发射极之间的电阻R19， 以及P极与三极管VT的发射极相连接、 N极 与频率转换电路相连接的二极管D5组成； 所述三极管VT的发射极接地； 所述放大器P5的正 极与二极管D4的P极相连接、 其负极则与放大器P4的输出端相连接 0006 所述前端放大电路由处理芯片U1， 二极管D1， 串接在二极管D1的N极和处理芯片U1 的-IN管脚之间的电阻R1， 一端与处理芯片U1的+IN管脚相连接、 另一端与二极管D1的P。
15、极共 同形成输入端并与水位传感器相连接的电阻R2， P极接地、 N极经电阻R4后与处理芯片U1的 REF管脚相连接的二极管D2， 正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接、 负极与二极管D2的P极相 连接的电容C2， 一端与处理芯片U1的-VS管脚相连接、 另一端经电阻R10后与放大器P2的负 极相连接的电阻R3， 正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接、 负极与二极管D2的P极相连接的 电容C4， 负极与处理芯片U1的RG1管脚相连接、 正极经电位器R5后与电容C4的负极相连接的 电容C1， 以及正极与处理芯片U1的+VS管脚相连接、 负极接地的电容C3组成； 所述处理芯片 U1的+VS管脚接+1。
16、2V电压、 其OUT管脚与放大器P3的正极相连接； 所述电阻R3和电阻R10的连 接点接地； 所述电容C4的负极还与电位器R5的控制端相连接。 0007 所述频率转换电路由转换芯片U2， 串接在二极管D5的N极和处理芯片U2的VS管脚 之间的电阻R12， 负极与转换芯片U2的VS管脚相连接、 正极接地的电容C7， 正极与转换芯片 U2的VS管脚相连接、 负极接地的电容C9， 负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接地、 正极经电阻R11后与转换芯片U2的REF管脚相连接的电容C8， 串接在转换芯片U2的OUT管脚 和FREQ管脚之间的电阻R13， 正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接、 。
17、负极经电阻R14后接地 的电容C11， 以及正极与转换芯片U2的OUT管脚相连接、 负极作为输出端并与单片机相连接 的电容C10组成； 所述转换芯片U2的RC管脚与电容C7的负极相连接、 其THRES管脚则与电容 C11的负极相连接、 其IN管脚则与放大器P3的输出端相连接。 0008 所述处理芯片U1为AD620集成芯片， 所述转换芯片U2为LM331集成芯片。 0009 本发明较现有技术相比， 具有以下优点及有益效果： 0010 本发明的V/F转换模块在对检测信号进行转换的同时还可以对检测信号的波形进 行限幅， 提高检测信号的稳定性， 从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、 比对， 更。
18、 好的控制电磁阀的打开和关闭， 从而能够更准确的控制喂水池的水量， 以满足家禽的饮水 需求。 附图说明 0011 图1为本发明的整体结构图。 0012 图2为本发明的V/F转换模块的结构图。 0013 图3为本发明的恒流源电路的结构图。 具体实施方式 0014 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明， 但本发明的实施方式并不限于 此。 0015 实施例 0016 如图1所示， 本发明主要由单片机， 电磁阀， V/F转换模块以及水位传感器组成。 其 中， 该水位传感器的信号输出接口与V/F转换模块的输入端相连接， 其用于检测喂水池内的 说 明 书 2/5 页 5 CN 107047373 A 。
19、5 水位并输出相应的电信号给V/F转换模块， 其需设置于喂水池内部； 该水位传感器采用 AL200W型压阻式水位传感器， 该AL200W型压阻式水位传感器将与液位深度成正比的液体压 力准确测量出来， 并转换成标准电信号输出， 建立起输出信号与液体深度的线性对应关系， 从而可以测量出水位传感器末端到液面的液位高度， 得出喂水池内的水量。 该V/F转换模块 用于将水位传感器输出的电信号进行处理， 并转换为频率信号输出给单片机。 0017 该单片机作为本发明的控制中心， 其内部设置有设定值， 即该单片机的内部设置 有喂水池内所需的水量值， 当检测信号输入到单片机后， 单片机将检测信号进行识别并与 内。
20、部的设定值进行比较， 并输出相应的控制信号给电磁阀， 控制电磁阀打开或关闭， 从而给 喂水池补水， 实现对喂水池水量的控制； 该单片机采用AT89S51型单片机来实现， 该AT89S51 单片机的P1.0I/O接口与V/F转换模块的输出端相连接， 其P2.1I/O接口则与电磁阀的控制 端相连接。 该电磁阀设置于喂水池的补水管上。 0018 为了更好的对电信号进行处理和转换， 如图2所示， 该V/F转换模块由放大器P1， 放 大器P2， 放大器P3， 正极与放大器P1的正极相连接、 负极与放大器P1的输出端相连接的电容 C5， 串接在放大器P1的正极和放大器P2的输出端之间的电阻R7， 一端与放。
21、大器P1的负极相 连接、 另一端接地的电阻R6， 串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R8， P 极与放大器P2的输出端相连接、 N极与放大器P2的正极相连接的二极管D3， 正极与放大器P2 的输出端相连接、 负极与放大器P3的输出端相连接的电容C6， 一端与放大器P3的负极相连 接、 另一端接地的电阻R9， 与放大器P3的正极相连接的前端放大电路， 串接在前端放大电路 和放大器P2的负极之间的电阻R10， 与放大器P2的输出端相连接的恒流源电路， 以及同时与 放大器P3的输出端和恒流源电路相连接的频率转换电路组成。 所述放大器P1的输出端与放 大器P3的正极相连接。 所述放大。
22、器P2的输出端接+12V电压。 所述频率转换电路的输出端与 单片机相连接， 所述前端放大电路的输入端则与水位传感器相连接。 0019 该前端放大电路可以将水位传感器输出的电信号进行放大处理。 而放大器P1， 电 阻R6以及电容C5共同组成一个积分电路， 该积分电路可以将前端放大电路的失调电压进行 消除； 该放大器P2， 放大器P3， 电容C6以及电阻R9则构成一个限幅电路， 该限幅电路可以削 去电信号波形顶部和低部的干扰； 如此则可以很好的将检测信号的波形进行限幅， 提高检 测信号的稳定性。 该频率转换电路可以将电信号转换为频率信号输出给单片机， 而恒流源 电路则可以为频率转换电路提供恒定的电。
23、流， 从而使频率转换电路工作更加稳定； 因为电 信号经过限幅处理， 所以频率转换电路转换后的频率信号更加稳定， 从而使单片机能够更 好的对检测信号进行识别、 比对， 更好的控制电磁阀的打开和关闭， 从而能够更准确的控制 喂水池的水量， 以满足家禽的饮水需求。 该放大器P1采用LM118精密高速运算放大器， 放大 器P2和放大器P3则采用LM119型放大器， 电阻R6和电阻R7的阻值均为20K， 电阻R8R10的 阻值均为15K， 电容C5和电容C6的容值均为0.02 F， 该二极管D3的型号为1N914。 0020 该前端放大电路由处理芯片U1， 二极管D1， 电阻R1， 电阻R2， 电阻R3。
24、， 电阻R4， 电位 器R5， 电容C1， 电容C2， 电容C3， 电容C4以及二极管D2组成。 0021 连接时， 电阻R1串接在二极管D1的N极和处理芯片U1的-IN管脚之间。 电阻R2的一 端与处理芯片U1的+IN管脚相连接， 另一端与二极管D1的P极共同形成输入端并与水位传感 器的信号输出接口相连接。 二极管D2的P极接地， N极经电阻R4后与处理芯片U1的REF管脚相 连接。 电容C2的正极与处理芯片U1的+IN管脚相连接， 负极与二极管D2的P极相连接。 电阻R3 说 明 书 3/5 页 6 CN 107047373 A 6 的一端与处理芯片U1的-VS管脚相连接， 另一端经电阻R。
25、10后与放大器P2的负极相连接。 电 容C4的正极与处理芯片U1的RG2管脚相连接， 负极与二极管D2的P极相连接。 电容C1的负极 与处理芯片U1的RG1管脚相连接， 正极经电位器R5后与电容C4的负极相连接。 电容C3的正极 与处理芯片U1的+VS管脚相连接， 负极接地。 所述处理芯片U1的+VS管脚接+12V电压， 其OUT 管脚与放大器P3的正极相连接。 所述电阻R3和电阻R10的连接点接地。 所述电容C4的负极还 与电位器R5的控制端相连接。 0022 水位传感器输出的电信号输出到处理芯片U1后， 由处理芯片U1对电信号进行放大 处理， 调节电位器R5的阻值则可以调节电信号的放大倍数。
26、。 该处理芯片U1采用AD620集成芯 片， 电位器R5的最大阻值为1K， 电阻R1和电阻R2的阻值均为12K， 电阻R3和电阻R4的阻 值均为18K， 电容C1和电容C2的容值均为1000PF， 电容C3和电容C4的容阻值均为0.1 F， 二 极管D1和二极管D2的型号均为1N914。 0023 另外， 该频率转换电路由转换芯片U2， 电阻R11， 电阻R12， 电阻R13， 电阻R14， 电容 C7， 电容C8， 电容C9， 电容C10以及电容C11组成。 0024 连接时， 电阻R12串接在恒流源电路和处理芯片U2的VS管脚之间。 电容C7的负极与 转换芯片U2的VS管脚相连接， 正极接。
27、地。 电容C9的正极与转换芯片U2的VS管脚相连接， 负极 接地。 电容C8的负极与转换芯片U2的GND管脚相连接的同时接地， 正极经电阻R11后与转换 芯片U2的REF管脚相连接。 电阻R13串接在转换芯片U2的OUT管脚和FREQ管脚之间。 电容C11 的正极与转换芯片U2的FREQ管脚相连接， 负极经电阻R14后接地。 电容C10的正极与转换芯 片U2的OUT管脚相连接， 负极作为输出端并与单片机的P1.0I/O接口相连接。 所述转换芯片 U2的RC管脚与电容C7的负极相连接， 其THRES管脚则与电容C11的负极相连接， 其IN管脚则 与放大器P3的输出端相连接。 0025 放大器P3。
28、输出的的电信号输出到转换芯片U2， 由转换芯片U2将电信号转换为相应 的频率信号输出给单片机。 该转换芯片U2为LM331集成芯片， 电容C9的容值为0.1 F， 电容 C8、 电容C10以及电容C11的容值均为0.01 F， 电阻R12的阻值为20K， 该电阻R11为18K的 高精密电阻， 电阻R14为100K的高精密电阻， 电阻R13的阻值为2.7K， 电容C7的容值为 1000PF。 0026 为了使频率转换电路工作更稳定， 如图3所示， 该恒流源电路由三极管VT， 放大器 P4， 放大器P5， 电阻R15， 电阻R16， 电阻R17， 电阻R18， 电阻R19， 电阻R20， 二极管D。
29、4， 二极管 D5， 电容C12以及电容C13组成。 0027 连接时， 电阻R15的一端与放大器P4的负极相连接， 另一端接地。 电容C12的负极与 放大器P4的正极相连接， 正极与放大器P2的输出端相连接。 电容C13的正极与放大器P4的负 极相连接， 负极与放大器P4的输出端相连接。 电阻R16与电容C13相并联。 二极管D4的N极与 放大器P4的正极相连接， P极与放大器P5的输出端相连接。 电阻R17的一端与放大器P4的输 出端相连接， 另一端经电阻R20后与三极管VT的基极相连接。 电阻R18串接在放大器P4的输 出端和三极管VT的集电极之间。 电阻R19串接在三极管VT的基极和发。
30、射极之间。 二极管D5的 P极与三极管VT的发射极相连接， N极经电阻R12后与转换芯片U2的VS管脚相连接。 所述三极 管VT的发射极接地。 所述放大器P5的正极与二极管D4的P极相连接， 其负极则与放大器P4的 输出端相连接。 0028 其中， 放大器P4、 电阻R16以及电容C13形成一个缓冲器， 该缓冲器起到保护其它电 说 明 书 4/5 页 7 CN 107047373 A 7 子元器件的作用。 该放大器P5和二极管D4则形成正反馈环路， 其可以减小电流误差， 从而使 放大器P4输出的电流更加恒定。 放大器P4输出的电流经三极管VT和二极管D5后提供给频率 转换电路， 由于拥有恒定的。
31、工作电流， 该频率转换电路工作更加稳定， 从而更好的将电信号 转换为频率信号。 该放大器P4和放大器P5的型号均为LF353N， 三极管VT采用3DG12C型三极 管， 二极管D4和二极管D5均采用1N4001型二极管， 电阻R15R20的阻值均为10K， 电容C12 的容值为1 F， 电容C13的容值则为0.1 F。 0029 该V/F转换模块在对检测信号进行转换的同时还可以对检测信号的波形进行限 幅， 提高检测信号的稳定性， 从而使单片机能够更好的对检测信号进行识别、 比对， 更好的 控制电磁阀的打开和关闭， 从而能够更准确的控制喂水池的水量， 以满足家禽的饮水需求。 0030 工作时， 。
32、水位传感器检测喂水池内的水量， 并输出相应的电信号给V/F转换模块， 该V/F转换模块对电信号进行处理后输出相应的频率信号给单片机， 单片机对频率信号进 行识别并与其内部的设定值进行比较， 当检测值小于设定值时， 其输出相应的控制信号给 电磁阀， 使电磁阀打开， 开始向喂水池补水； 当检测值大于设定值时， 单片机则输出信号给 电磁阀， 使电磁阀关闭， 从而停止给喂水池补水； 如此则可以很好的对喂水池内的水量进行 精确的控制， 以满足家畜的饮水需求。 0031 如上所述， 便可很好的实现本发明。 说 明 书 5/5 页 8 CN 107047373 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/3 页 9 CN 107047373 A 9 图2 说 明 书 附 图 2/3 页 10 CN 107047373 A 10 图3 说 明 书 附 图 3/3 页 11 CN 107047373 A 11 。