贾慧

摘 要：DHI为牛奶生产性能测定，在农场中DHI非常重要。DHI检测中，频繁使用的采样杯必须要在使用后进行清洗，本设计为DHI检测中心采样杯自动清洗，利用单片机作为处理器，实现对采样杯的自动清洗，具有一定的实用价值和意义。

关键词：DHI;采样杯;单片机;自动清洗

到2017年底，上海DHI参测牧场数仍保留有160个，参测奶牛头数仍达到7万头，而在DHI检测中，采样杯需要大量使用。在此背景下为保证DHI检测的成本问题，需要循环使用采样杯，在使用后进行清洗，而传统的清洗工作一般使用人工，人工清洗占用大量人力资源，有时候还可能出现清洗不干净等情况，大大影响了DHI中的奶质检测。

本课题设计一种DHI检测中心采样杯自动清洗系统，利用单片机作为处理器，实现对采样杯的自动清洗。该项研究对于进行DHI检测以及推广有非常大的意义，从成本和效率上解决了奶质检测中采样杯部分的问题。首先，节约了人力资源，节省了大量的人工以及对清洗人工培训的成本;其次，提高了采样杯清洗效率，自动清洗实现了对采样杯的快速高效的清洗，节省了大量的时间，自动清洗的清洗速度更加快速且能够保证洁净度。对于大型奶牛厂所进行的牛奶奶质检测，具有一定的实用价值和意义。

1系统总体方案的设计

首先，利用红外对管，对放在清洗装置上的采样杯进行定位，检测采样杯是否在指定清洗位置，然后通过继电器打开喷头进行清洗，清洗模式可以分为浸泡，喷洗，通过按键设定清洗时间，喷洗完成后，利用加热和吹风设备进行对采样杯干燥处理。本系统的硬件组成部分主要包括单片机主控制器，电源电路，晶振复位电路，红外传感器，液晶显示电路，LED指示灯，蜂鸣器提示。

2硬件电路设计

2.1 单片机发展和应用

采样杯自动清洗选用的单片机型号为STC89C52，其系统的综合能耗方面优势显著，且单片机可以依靠代码指令发送实现不同单片机之间的相互兼容。单片机的运算速率较高，可以设定相应的周期时间，依照不同的使用要求，制定不同的周期值。单片机的电路图结构如下图所示：

2.2晶振和复位电路

复位电路系统是保证单片机设备正常运行的关键，主要功能是满足上电复位要求，单片机合理的电压值应介于4.5-5.2V范围内。本设计选用时钟电路，晶振频率为11.0592MHZ，电容器电容值为30pF，为了便于软件设计及计算。单片机的复位及晶振电路结构如下图所示：

2.3 红外传感器电路

利用红外传感器，检测杯子位置，采用E18-8MNK型号，这种基于反射式的传感器一般都自带光源和光的接受装置，在设定的范围内射击到采样杯上，如果接收光的装置能够接收到红外光线，则说明能够检测到当前采样杯。如果没有采样杯，则一定的时间内不会接收到反射的光线，这样的情况下，我们就认为没有采样杯的存在，其不仅仅依靠这个传感器，同样也需要我们的单片机在软件的层面上进行判断，以便达到更准确的判断是否有采样杯放在指定位置。

2.4提示电路的设计

本设计利用单片机驱动蜂鸣器提示采样杯自动清洗装置的负载，电压异常等情况，蜂鸣器工作原理是借助电磁效应，在电流流经蜂鸣器内部时，电磁线圈产生相应的磁场，此外，电磁线圈在磁场的作用下将出现明显的上下振动，并出现声音。若流经电流值较低，振动薄膜无法振动，导致蜂鸣器无法发音。由于单片机的I/O端口的电流驱动能力较差，可以借助三极管对其电流值进行扩大。具体结构形式如下图所示，蜂鸣器与三极管相连，最终连接至单片机的I/O端口位置，实现单片机蜂鸣器程控。若I/O端输出为高电平時，三极管与蜂鸣器引脚截断，尚未有电流流过，蜂鸣器未发声，若I/O端口为低电平时，三极管连通，蜂鸣器报警。

2.5 显示电路的设计

单片机检测电机信息，采样杯自动清洗装置最终将结果通过显示终端输出。LCD液晶显示器的应用最为广泛，通常情况下，LCD1602液晶显示终端的引脚数量为16， LCD1602型常见的引脚有两种，可以细分为背光和非背光，LCD1602型显示器背光型可以在黑暗环境中直接观察。

单片机可以将相关信息传递值液晶显示终端，如果需要显示相关符号等运算符，必须先将地址信息输入以后，才能显示信息。LCD 1602液晶的D0-D7接单片机的P0口，利用并口通信方式，VSS和VCC接地和电源，利用电阻调节亮度。下图为LCD1602的电路图：

2.6 按键电路设计

在本系统中，利用按键输入采样杯自动清洗装置的运行报警值，在系统电路设计实践中，按钮是实现人机互动的重要途径，本设计的采样杯自动清洗装置电子系统中，考虑到软件编写的难度等现实问题，拟选用独立按钮。独立按钮选用单片机的I/O端口连接方式，单片机在执行相关指令时，可以自动判断按钮的电平高低。

3软件设计

在单片机运行语言开发实践中，常用的编写语言有C语言和汇编语言，本设计选用C语言。汇编语言的是一种面向机器的编程语言，其优势是可以直接控制硬件，命令执行效率高，指令固定性好，在采样杯自动清洗装置的延时语言编写方面优势显著。但相较于C语言，汇编语言入门难度大，编程语言形式及结构方面难度较大，后期程序调试及优化过程中难度也较大，不利于代码开源和分享。相较于汇编语言，C语言编程技术是一种面向对象的编程语言，在编写单片机程序时，层次清晰、逻辑性强，可读性高，且C语言具备可迁移性，满足代码开源和共享的要求，从某种程度上讲，也降低了代码的编写综合成本。

4小结

在现代工业中，效率是不可忽略的，实现采样杯的自动清洗，不仅减少检测环节的时间成本，也降低了人工等成本，提高整体的效率。对于大型的农场具有十分重要的现实意义和推动力。

参考文献：

[1]卫喜明，甘文平.奶牛生产性能测定（DHI）要求及项目指标解析[J].饲料博览，2019（5）.

[2]杨帆，邱昌功.国内外DHI发展现状和趋势[J].中国牛业科学，2015，3：94-96.

[3]庞力.国外工业清洗机的技术特点研究[J].机械制造，2018，56（12）：117-118.