автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электротехнические средства для определения времени осеменения коров

На правах рукописи

Абрашин Александр Александрович

Электротехнические средства для определения времени осеменения коров

Специальность: 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Москва 2012

005055841

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева)

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Иванов Юрий Григорьевич

Официальные оппоненты: Башилов Алексей Михайлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина», кафедра электротехнологии в сельскохозяйственном производстве, заведующий кафедрой

Солдатов Виктор Владимирович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского», кафедра промышленной автоматики, профессор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московская государственная

академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.И. Скрябина»

Автор выражает благодарность заведующему кафедрой зоогигиены, акушерства и ветеринарии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, доктору ветеринарных наук, профессору Дюльгеру Г.П. за научное консультирование при выполнении настоящей работы.

Защита состоится 10 декабря 2012 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Лиственничная аллея, д. 16-а, корпус 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан «-9 » ^СсЗ-ОР^ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Андреев

Сергей Андреевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Анализ отечественного и зарубежного опыта развития животноводства показывает, что от оснащенности ферм современными электротехническими средствами контроля и управления технологическими процессами зависит уровень реализации генетического потенциала каждого животного.

Важнейшим резервом повышения эффективности производства молока является своевременное осеменение коров и телок. На многих фермах более 50% животных пропускают половую охоту, что приводит к увеличению межотельных периодов и количества скотомест на ферме. Из-за неправильного определения времени осеменения снижается плодовитость коров, а значительная доля клинически здоровых животных остается бесплодными, неэффективно расходуется семя и увеличиваются трудозатраты. При этом один день бесплодия коровы приводит к недополучению до 5 л молока.

Во многих странах мира, в том числе и в России, от 90 до 100% коров дойного стада осеменяется искусственно. Для успешного использования этой репродуктивной технологии весьма важно наладить работу по выявлению и осеменению самок в оптимальное для оплодотворения время.

Существующие методы и технические средства определения времени осеменения основаны, как правило, на контроле вторичных проявлений, главным образом двигательной активности коров, и недостаточно достоверны. В связи с этим, разработка электротехнических средств для определения времени осеменения на основе контроля половой охоты коров с использованием быка-пробника является актуальной.

Целью работы является разработка электротехнических средств (ЭТС) для дистанционного выявления половой охоты коров с использованием быка-пробника и передачи информации в режиме реального времени осеменатору для своевременного осеменения, обеспечивающих повышение эффективности воспроизводства стада.

Для достижения поставленной цели определены следующие, задачи исследования:

1. Анализ научных предпосылок и тенденций развития методов и технических средств определения половой охоты коров на фермах и комплексах.

2. Разработка алгоритма функционирования ЭТС для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты, с применением быка-пробника в режиме реального времени.

3. Разработка математической модели движения быка-пробника и датчика его положения, обеспечивающих автоматическое включение ЭТС при допуске коровой садки быка.

4. Разработка математической модели функционирования приемопередающего ИК (инфракрасного)-устройства, обеспечивающего аутентификацию коровы, находящейся в состоянии половой охоты.

5. Разработка и производственная проверка ЭТС для дистанционного определения оптимального времени осеменения коров и передачи информации осеменатору в режиме реального времени.

6. Оценка экономической эффективности применения созданных электротехнических и программных средств.

Объект исследования. Технологии и электротехнические средства для выявления половой охоты коров на фермах.

Предмет исследования. Параметры электротехнических средств для выявления половой охоты коров.

Методы исследования. Решение поставленных задач проведено с использованием системного и математического анализа, математической статистики, дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования, программирования с применением средств микропроцессорной и компьютерной техники. Используемые программы: Statistica 6.0, Microsoft Office Excel 2007, MathCad 13, Microsoft VISIO 2007, AVR Studio 4.

Научная новизна. Выполненные исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов, заключающихся в разработке:

- алгоритма ЭТС для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты в режиме реального времени с применением быка-пробника;

- математической модели движения быка-пробника и датчика его положения для автоматического включения ЭТС при садке;

- математической модели функционирования приемопередающего ИК-устройства, обеспечивающего аутентификацию коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- электротехнических и программных средств для определения оптимального времени осеменения коров и телок на предприятиях крупного рогатого скота молочного и мясного направления, а также в частных подворьях и фермерских хозяйствах.

- Практическая ценность работы. Разработаны новые электротехнические и программные средства для определения оптимального времени осеменения коров, обеспечивающие повышение эффективности воспроизводства стада. Техническая новизна разработанных электротехнических средств подтверждена двумя патентами РФ.

Реализация результатов исследований. Результаты проведенных исследований внедрены в производство и используются в учебном процессе РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, МГАУ имени В.П. Горячкина, Великолукской ГСХА, Нижегородский ГИЭИ, а также в ОАО «Чувашское» по племенной работе.

На защиту выносятся:

- алгоритм функционирования электротехнических средств для аутен-тифи-кации коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- математическая модель движения быка-пробника и датчика его положения при садке;

- математическая модель функционирования ИК-устройства для аутен-тифи-кации коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- комплект электротехнических и программных средств для дистанционного контроля половой охоты коров в режиме реального времени.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на: «11-й Международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» 14-15 сентября 2010 г., г. Углич; «Международной научно-практической конференции в ФГБОУ ВПО МГАУ «Инновационные энергосберегающие технологии в АПК» 27-29 марта 2012 г., г. Москва; «VIII-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции» 12 апреля 2012 г., г. Саранск; «Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета биотехнологии «Современные проблемы и перспективы развития животноводства и аквакультуры» 23-24 марта 2012 г., г. Махачкала.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК. Получены два патента РФ № 97264 и № 97265.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 213 страницах, содержит 97 рисунков, 24 таблицы. Список использованной литературы включает 146 наименований, из них 47 на иностранных языках, приложения представлены на 68 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки электротехнических средств для дистанционного определения оптимального времени осеменения коров, определены цель, объект, предмет и методы исследования, научная новизна, практическая ценность, представлены сведения об апробации, публикациях, объеме и структуре работы.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса о способах и тех-ничес-ких средствах, применяемых в молочном животноводстве, для определения времени осеменения коров и телок.

Проанализированы работы ведущих отечественных и зарубежных ученых, разработавших концептуальные положения и научные основы инновационных технологий в молочном животноводстве, среди которых следует отметить Л.П. Карташова, В.В. Кирсанова, Л.П. Кормановского, C.B. Мельникова, Н.М. Морозова, Д.Н. Мурусидзе, В.И. Сыроватка, А.Ф. Князева, Е.Е. Хазанова, Ю.А. Цоя, D. Ordolf, J. Whittelstone и другие. Значительный вклад в развитие электротехнологий и автоматизации технологических процессов в животноводстве внесли: A.M. Башилов, И.Ф. Бородин, А.И. Викторов, Е.А. Воронин, В.И. Загинайлов, В.Р. Краусп, А.Ф. Князев, В.Т. Сергованцев, В.В. Солдатов, Д.С. Стребков, Ю.А. Судник, Л.П. Шичков, D. Armstong, F. Coldmith и др.

Ведущими отечественными и зарубежными учеными в области воспроизводства крупного рогатого скота и определения времени осеменения коров являются Г.П. Дюльгер, В.Я. Никитин, В.А. Павлов, А.П. Студенцов, В.В. Храмцов, B.C. Шипилов, F. Becker, A.R. Lehrer, C.S. Lewis, I.D. Russell-Brown, A. Vernunft и др.

Широкие исследования по оптимизации воспроизводства молочного стада проводятся в МГАВМиБ имени Скрябина, КГАВМ имени Н.Э. Баумана, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и других.

Существующие автоматизированные методы и технические средства для определения времени осеменения основаны, как правило, на контроле вторичных проявлений, главным образом, двигательной активности, в связи с чем обладают методической погрешностью и низкой достоверностью (около 75 %), что делает их недостаточно эффективными.

Ведущие зарубежные компании предлагают для выявления половой охоты коров комплекты средств, включающие датчики двигательной активности, совмещенные с программой управления стадом. Такими компаниями являются, например, «GEA Farm Technologies» (Германия), «DeLaval» (Швеция), «SCR» (Израиль), «Milklein» (Италия) и др. Эти разработки также обладают методической погрешностью, т.к. основаны на измерении косвенных показателей, включающих учет индивидуальных надоев, температуру животного и др.

Представляет интерес разработка (МСХА имени К.А.Тимирязева и МГАУ имени В.П. Горячкина) электротехнических средств для дистанционного выявления половой охоты коров и телок в режиме реального времени, основанных на применении быка-пробника.

Известная разработка включает: радиотехническое устройство, закрепленное на быке для бесконтактной идентификации коровы, допустившей садку; приемопередающее радиотехническое устройство, закрепленное на корове; стационарное приемопередающее и приемное устройства. Недостатками данной разработки являются: возможность ложного определения номеров находящихся рядом коров, из-за сложности формирования радиочастотной диаграммы направленности; несовершенство алгоритма измерения, а также возникающее ложное срабатывание стартерного устройства.

Вторая глава посвящена разработке алгоритма функционирования ЭТС для аутентификации коровы, допустившей садку быка-пробника, математических моделей датчика положения быка-пробника и ИК-устройства для аутентификации коровы.

Разработан алгоритм функционирования ЭТС, с целью исключения ошибочного определения номеров коров, находящихся рядом, который основан на применении ИК-устройства. Оно включает ИК-передатчик и ИК-приемник, которые обеспечивают формирование заданной диаграммы направленности. Усовершенствованный алгоритм осуществляет N-кратный обмен сигналами между ИК-передатчиком и ИК-приемником для аутентификации коровы, допустившей садку быка. При этом ИК-передатчик и ИК-приемник в момент садки должны быть расположены на быке и корове напротив друг друга.

Математическая модель движения быка при садке на корову и функционирования датчика положения быка. Бык представлен как механическая система, состоящая из звеньев, соединенных подвижными сферическими шарнирами.

Датчик положения размещен на шее быка и представляет собой закрытую изогнутую трубку 1 с чувствительным элементом в виде магнитного шарика (рис.1). Шарик принимается материальной точкой М, абсолютное движение которой происходит на плоскости в неподвижной системе декартовых координат О^г], а относительное - на плоскости в системе координат Оху, жестко связанной с трубкой. В начальный момент времени точка М покоится и находится в нижней точке О трубки, а на отрезке времени 2 Т достигает крайней верхней точки К трубки (Т = 1,5 с).

Разработанная математическая модель позволила установить взаимосвязь между параметрами трубки и кинематическими параметрами движения точки О трубки за время садки быка, определенными экспериментально. Рассматривались два вида трубок: изогнутая трубка с прямыми участками (рис.1 слева) и трубка, изогнутая по окружности с радиусом Я (рис.1 справа). На рисунке 1 /р - угол установки рабочего участка трубки относительно горизонтали, рад.

Рисунок 1 - Виды трубок датчика положения быка

Эксперименты осуществлялись во время половой охоты коров с быком-пробником на молочной ферме РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. График траектории движения точки О получен с помощью видеокамеры «Sony DCR-TRV16E», интегрированной с ПК (рис.2).

Рисунок 2 - Экспериментальная траектория движения точки О

Примем следующие обозначения: / - время, с; Г - длительность времени на первом участке движения, с; Ь3 - суммарная длина туловища и шеи

7

быка, представляющих собой звено 3, равная расстоянию между точками С и О, 1,7 м; Ца Цо - координаты точки О в неподвижной системе координат м; Ь, Н - координаты точки О в начальный момент времени, равные 1,5 м и 1,05 м; срз — угол поворота звена 3 с отсчетом от горизонтальной оси, рад; И — перемещение точки О по вертикали, м; — перемещение точки О по горизонтали, м; ис — проекция вектора постоянной скорости точки С звена 3 на ось м/с.

Установлено, что положение точки О адекватно определяется перемещением точки С по горизонтали со скоростью ис, равной 0,98 м/с, и углом (р3 поворота звена 3 с отсчетом от горизонтальной оси.

Уравнения регрессии или зависимости от времени / перемещений к и точки О трубки по вертикали из нижнего положения быка и по горизонтали имеют вид Л = 1,7$1п(<р3);

,у„ = 1,22 + ис((-1,5) +1,7созф3(1) -1,7со$гр3(1,5), где = Рз0 + й>3/ + £3г2 =-0,006 + 0,2151-0,03312', (рзо -угол поворота звена 3 в начальный момент времени; <х>з, с3 - константы, рад/с и рад/с2.

Закон плоскопараллельного движения трубки на первом участке, когда 0 < / < Г определяется равенствами (1):

2151-0,033?)

где а — константа.

Закон движения трубки на втором участке когда Т< ? < 2 Г определяется равенствами (2):

• 1,7сох[в - щ, (/ -1,5)]

где Р - константа, рад.

С использованием равенств (1) и (2) были составлены и решены дифференциальные уравнения движения шарика в трубке с двумя прямыми участками и изогнутой по окружности.

Будем считать срабатывание датчика ложным, если оно произошло при беге быка с ускорением без вспрыгивания. Проведенный расчет показал, что датчик с прямыми участками восприимчив к ложному срабатыванию при нулевом коэффициенте трения, а датчик с трубкой, изогнутой по окружности, оказался не восприимчив к ложному срабатыванию.

Дифференциальные уравнения движения шарика в трубках были решены численным методом Рунге-Кутта.

Положение шарика в трубке, изогнутой по окружности, определяется длиной ,у0 дуги, отсчитываемой от точки О, или отношением длины дуги к радиусу трубки, которое равно радиальному углу у/ в радианах или с точностью до коэффициента пропорциональности в градусах (рис. 1 справа).

(1)

(2)

На рисунке 3 показаны графики зависимостей угла ц/ от времени, полученные в результате решения дифференциальных уравнений движения шарика по трубке, изогнутой по окружности.

Рисунок 3 - Графики зависимостей ц/^) во время садки быка при разных радиусах Я

Теоретически установлено, что датчик с изогнутой трубкой, состоящей из двух прямолинейных участков, восприимчив к ложному срабатыванию. Датчик в виде трубки, изогнутой по окружности, не восприимчив к ложному срабатыванию. При этом размах колебаний шарика относительно трубки не зависит от его массы и радиуса трубки.

Таким образом, датчик с трубкой, изогнутой по окружности радиусом 25 мм и 50 мм не подвержен ложному срабатыванию.

Результаты расчетов позволили сформулировать основные технические требования к датчику положения. С учетом необходимости минимизации габаритных размеров, рациональными параметрами можно считать: датчик с трубкой, изогнутой по окружности радиусом 25 мм, внутренним диаметром 6 мм, с магнитным шариком диаметром 5 мм и рабочим углом - 270°. Такой датчик не восприимчив к ложному срабатыванию и может быть использован в составе ЭТС.

Математическая модель функционирования ИК-устройства для аутентификации коровы. Целью математического моделирования ИК-устройства является обоснование значений параметров работы и алгоритма, обеспечивающих не более 1 ошибки на 10000 событий «Садки». Надёжная передача сигналов ИК-устройства необходима для того, чтобы на этапе разработки исключить возможность внесения системой инструментальной ошибки на конечный статистический результат осеменения. То есть, чтобы результат осеменения зависел от иных причин, а не от ошибок, связанных с аутентификацией коровы, находящейся в половой охоте. Надёжность связи невозможно обеспечить только аппаратными средствами. Поскольку в модулях применяется микроконтроллер, то высокую надежность в значительной мере следует обеспечивать реализацией рационального алгоритма работы устройства. Для этого в устройстве применяется двукратное CRC-кодирование информационных посылок, как на аппаратном уровне драйверов ИК-приемопередатчиков, так и на уровне программы микроконтроллера. Двойное CRC-кодирование исключает обмен кодовыми посылками, содержащими ошибки.

Вероятность успешной связи (Р¡¡) ИК-устройства, включающего мастер- и слейв-устройства, соответственно, на быке и корове, является функцией нескольких переменных, которую можно представить в виде:

Рл =/(7, Е, а, N. Ьтах, Ь), (3)

где I - интенсивность излучения ИК-передатчика, мВт/ер; Е -порог обнаружения освещённости ИК-приемника, мВт/м2; а/2 - угол половинной яркости, град; N - мажоритарное число - нечетное число (минимум 3) информационных пакетов, принимаемых мастер-устройством от слейв-устройства; Ьтах — максимальное расстояние, на которое рассчитана оптопа-ра, м; Ь - фактическое расстояния между ИК-приёмником и ИК-передатчиком в момент допуска садки, м.

Необходимо установить такие параметры ИК-приемопередатчика, чтобы при трехкратном обмене кодированным дескриптором обеспечивалась связь с надежностью Ра > 0,95.

При допущении, что влияние факторов влияющих на надёжность связи много, и возникновение таких факторов носит случайный характер, то, основываясь на центральной предельной теореме, можно считать, что все события, как успешной, так и неуспешной передачи подчиняются нормальному (Гауссовскому) распределению.

Вероятность одного акта успешной связи мастер- и слейв-устройства описывается теоремой умножения вероятностей:

Рл= В(и)-С(Е,з), (4)

где В(1,я) — вероятность успешной передачи дескриптора, зависящая от параметров ИК-передатчика; С(Е,б) — вероятность успешной передачи дескриптора, зависящая от параметров ИК-приёмника; 5 - относительное отклонение осевой линии максимальной интенсивности ИК-передатчика от осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника. Для успешной связи необходимо, чтобы интенсивность излучения ИК-передатчика превышала пороговое значение, характеризующее как само устройство, так и условия его эксплуатации. Таким образом, если значение эффективной интенсивности будет меньше пороговой, то возникнет сбой связи, а если значение эффективной интенсивности превысит пороговое, то связь будет успешной.

Тогда для вероятности наличия связи — В(1,з), определяемой значением параметров ИК-передатчика следует записать:

М(Г^)=1со.ч(р!,)2( )2;

ю

^ cos(ps

(x-M(ls)f

D(l,s) = — cos(ps)2( ) 2 L

2D(I,sf

dx, (5)

где M(I,s) — математическое ожидание, нормированное на половину значения угла коллимации; D(I,s) - дисперсия; (LmcJL)2 - коэффициент поправки значения интенсивности ИК-излучения от расстояния между ИК-передатчиком и ИК-приёмником.

Зависимость вероятности успешной передачи дескриптора от интенсивности ИК-передатчика имеет вид, представленный на рисунке 4а. В качестве ИК-приемопередатчика выбран интерфейсный модуль ТРОТ4500 с параметрами: диапазон выходной интенсивности I - 0...400 мВт/ер, характеристическая интенсивность ИК-излучения I— 144 мВт/ер, Ьтах -10 м. При этом принимаем, относительное отклонение осевой линии максимальной интенсивности излучения ИК-передатчика от осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника - в (0; 0,1; 0,2; 0,3), нормированное на половину значения угла коллимации; среднее расстояние между ИК-передатчиком и ИК-приемником Ьср. - 1,4 м.

Для ИК-приёмника роль порогового значения будет играть значение порога чувствительности. При этом, если текущее значение чувствительности ниже порогового, то связь отсутствует, и, соответственно, если текущее значение чувствительности выше порогового, связь имеется. При этом также используется интерфейсный модуль ТРПТ4500.

С(Е,э) зависит от: диапазона порога обнаружения освещённости - Е (от 0 до 5 Вт/м2); минимального порога обнаружения освещённости — /.1(,; относительного отклонения осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника от осевой линии максимальной интенсивности ИК-передатчика -5, нормированное на половину значения угла коллимации (рис. 46).

—С <Е. 02' —С lE.O.h -CiE. Oi

I. .uBni/qt

E. MBnt/M1

Рисунок 4 - Зависимость вероятности успешной передачи дескриптора а) от интенсивности ИК-передатчика, б) от чувствительности ИК-приёмника

Тогда для вероятности наличия связи — C(E,s), определяемой значением параметров ИК-приёмника можно записать:

M(E,s) = Е cos(ps)~2 .

Е ?

D(E,s) - — cos(ps) ;

C(I,s)=l—

42pD(E,s)

J exp

EO

(x-M(E.s)f

2D(E,sf

dx,

(6)

где М(Е,б) - математическое ожидание, нормированное на половину значения угла коллимации; В(Е,х) — дисперсия.

Вероятность успешной передачи сигнала снижается с увеличением несоосности между ИК-передатчиком и ИК-приёмником.

Подстановка 5 и 6 в выражение 4 даёт выражение вероятности одного акта успешной связи мастер- и слейв-устройства в виде:

Р/1Е)

4

\ ехр

(х—М(1,з))

2В(и)2

с!х

1—

} ехр

(х - М(Е,в)) 2П(Е,5)2

с/х[

(7)

■Лро(Е, ^ Е0

На основании выражения 7 определим допустимый диапазон значений I и Е для 5 = 0; 0,1; 0,2; 0,3. Для этого примем вероятность успешной связи мастер- и слейв -устройства Ра > 0,95 и построим диаграмму поверхности. На полученной диаграмме этой области соответствует красный цвет (рис.5).

I, мВт/ер

Е, мВт/м*

..... 30 40 50

I, мВт/ер

а б

Рисунок 5 - Диаграмма зависимости вероятности успешной передачи дескриптора от параметров ИК-устройства (.5=0): а) объемная диаграмма, б) диаграмма на плоскости

Ра,д.е.

N

Е, мВт/м2

20

Определены параметры ИК-устройства для интерфейсного модуля ТРБТ4500: минимальная интенсивность излучения - 9 мВт/ер и минимальный порог чувствительности 4 мВт/м2 с учетом отклонений осевой линии максимальной интенсивности ИК-передатчика от осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника; угол коллимации - 32°; мажоритарное число - 3 (информационных пакетов, принятых мастер-устройством от слейв-устройства).

Анализ математической модели показывает, что при вероятности безошибочного транспорта одного дескриптора, равной 0,95, успешная передача пакета состоящего из 3 дескрипторов составит: 1—(1—0,95)3 = 0,999875. Это означает, что реализация указанных параметров математической модели аппаратными и программными средствами реализуемых устройств обеспечит математическое ожидание ошибки события «Садки» 1 на 10000.

Компоненты ИК-устройства обеспечивают многократное превышение предельно допустимых значений интенсивности излучения и минимального порога чувствительности, что гарантируют успешную аутентификацию коровы, с ошибкой менее 1 на 10000 актов.

Таким образом, математическая модель функционирования приемопередающего ИК-устройства, описываемая выражениями (3)...(7), позволяет определить рациональные параметры и технические требования к ИК-устройству, обеспечивающие успешную связь для аутентификации коровы.

Третья глава посвящена разработке методик и экспериментальных установок для проведения исследований. Согласно созданным алгоритму и математическим моделям разработаны специальные методики исследования датчика положения быка пробника и ИК-устройства для аутентификации коровы.

Методика исследования датчика положения быка пробника при садке предусматривает теоретическое обоснование параметров датчика. При этом определялись отклонения магнитного шарика в изогнутой трубке с двумя прямыми участками и отклонения шарика в трубке изогнутой по окружности с Л-25мм.

Для проведения исследований разработаны две экспериментальные установки (рис.6).

Рисунок 6 - Экспериментальные установки для исследования датчика положения при: а) садке быка, б) качании головой быка 1 - регулятор угла наклона, 2 - цепь, 3 - рама, 4 - зубчатые колеса, 5 - датчик положения, 6 - измерительный прибор, 7 - источник электропитания, 8 - частотный преобразователь, 9 - электропривод, 10 - кривошипно-шатунный механизм, 11 - макет головы быка, 12 - стойка

Установка на рисунке 6а позволяет моделировать траекторию движения точки О датчика при наскоке быка-пробника на корову, а установка на рисунке 66 моделирует углы наклона датчика положения, зафиксированного на шее быка-пробника.

Методика исследований ИК-устройства для аутентификации коровы предусматривает снятие диаграммы направленности оптического излучателя и оптического приемника (фотодиода ФД-265А) в зависимости от линейных расстояний, смещения осей и углов несоосности между излучателем и приемником. Для проведения исследований разработан специальный стенд, обеспечивающий снятие диаграмм направленности фотодиода, содержащий осциллограф, держатель с ИК-светодиодом и лимбом, установленный на оптической скамье, держатель с ИК-фотодиодом и лимбом, также установленный на оптической скамье, набор коллиматоров с диаметром

1,0; 1,5; 2,0; 2,5 мм. Экспериментально определялась диаграмма направленности при линейном расстоянии 1000 мм, 1400 мм и 1760 мм между свето-диодом и фотодиодом, а также при углах отклонения оси светодиода от оси фотодиода в диапазоне +24...-24°. Для формирования управляющего сигнала светодиода использовался генератор сигналов многофункциональный Г6-34, а для измерения амплитуды напряжения сигналов, полученных с фотодиода -осциллограф Tektronix серии TDS5000B.

В четвертой главе приведены разработанные на основе теоретических исследований ЭТС для определения оптимального времени осеменения коров (рис. 7). Электротехнические средства предназначены для регистрации фактов допуска коровой садки быка и передачи по радиоканалу осеменатору информации о номере коровы и времени события. С этого момента осеменатор должен в течение 8... 16 час, но чем раньше, тем лучше, провести искусственное осеменение идентифицированной коровы.

Рисунок 7 - Функциональная схема ЭТС контроля половой охоты коров: 1- стартерное устройство, закрепленное на ошейнике быка, 2- блок питания, 3- датчик положения быка, 4- блок временной задержки, 5- реле времени, б- блок триггеров, 7- ИК-устройство, 8- мастер-устройство, 9- приемопередающее устройство, закрепленное на ошейнике коровы, 10- слейв-устройство, 11- радиопередатчик, формирующий идентификационный кодированный сигнал, 12- передающая антенна, 13- стационарное приемопередающее устройство, 14- приемопередающая антенна, 15- вЗМ-модуль, 16- приемное устройство, 17- приемная антенна, 18-панель для СМС-сообщений, 19- осеменатор

Определены места размещения и взаиморасположение электротехнических средств на быке-пробнике и корове. Стартерное устройство с датчиком положения и ИК-приемопередатчиком располагается на ошейнике быка, ИК-приемопередатчик - на ошейнике коровы. Приемопередатчики ИК-устройства находятся напротив друг друга на расстоянии 1,2... 1,8 м на одной осевой линии с отклонением от осевой линии не более 16° и работают в диапазоне 880-900 нм. Программа микроконтроллеров написана на языке Ассемблера. Радиопередатчик 11 передает на С8М-модуль на частоте 868 МГц идентификационный кодированный сигнал, соответствующий номеру коровы. С8М-модуль принимает сигнал и далее передает его в диапазоне сотовой связи 900/1800 МГц на мобильный телефон оператору. ИК-приемопередатчик и принципиальная электрическая схема мастер-устройства показаны на рис. 8 и 9.

Hb

сг

HI

I

x1

-IH

J

S-H

12 C7

HH

u&H

XT. xx

Рисунок 8 - ИК-приемопередатчик: 1- защитное стекло, 2-коллиматорное отверстие, 3-ИК-фильтр, 4- ИК-приемопередатчик TFDT 4500, 5,6-линзы ИК-передатчика и ИК-приемника

Рисунок 9 - Принципиальная электрическая схема мастер-устройства: DDI- микроконтроллер (Atiny4313), DD2- интерфейс (МСР2155), DD3-HK-приемопередатчик (TFDT4500), R3 -регулятор интенсивности ИК-излучения

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований электротехнических средств.

Эксперимент по определению перемещения шарика по изогнутой трубке с двумя прямыми участками показал, что полученные данные соответствуют расчетным. Чем меньше коэффициент // трения и меньше начальный угол установки трубки к горизонту, тем на большее расстояние переместится шарик по трубке за время 1,5 с. Поэтому длина рабочего участка трубки получается достаточно большой (250 - 450 мм) и такой датчик восприимчив к ложному срабатыванию.

Результаты экспериментальных исследований по определению перемещения шарика массой 0,5 г диаметром 5 мм в трубке, изогнутой по окружности с разными радиусами и разными углами к горизонту, показаны на рисунке 10.

ч

S,

S к,

\

О 1 2 В 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 1 2 3 4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15

Рисунок 10 - Графики зависимости отклонения шарика в трубке изогнутой по окружности с /? - 25 мм (слева) и Я - 50 мм (справа)

В результате экспериментальных исследований определены форма и размеры трубки датчика, не восприимчивого к ложному срабатыванию. Парамет-

ры датчика: радиус изгиба трубки составляет 25 мм, внутренний диаметр трубки 6 мм, диаметр магнитного шарика 5 мм, рабочий угол трубки - 270°.

Результаты эксперимента показали адекватность разработанных математических моделей, правильный выбор параметров датчика положения и алгоритма выявления половой охоты коров.

Результаты измерения диаграммы направленности на расстояниях между ИК-передатчиком и ИК-приемником, равными 1000, 1400 и 1760 мм показаны на рисунке 11. Из диаграммы направленности видно, что с удалением расстояния между ИК-передатчиком и ИК-приемником, сигнал в зоне ИК-приемника становится несколько неравномерным, т.е. появляется два максимума, что связано с несоосностью ИК-светодиода и коллиматорного отверстия, что указывает на необходимость юстировки. и, мВ 30

25

20

15 Ы'г

10.5

10

0

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600

— Х-1000 мм -ш- Х- 1400мм Х- 1760 мм у ш(

Рисунок 11 - Диаграмма направленности ИК-приемопередатчика У-расстояние на которое смещается ИК-премник влево и вправо относительно нуля, X- расстояние между ИК-передатчиком и ИК-приемником

Результаты измерения диаграммы направленности при несоосности ИК-передатчика и ИК-приемника показаны на рисунках 12-15.

Анализ полученных диаграмм направленностей показывает, что при относительном отклонении ИК-светодиода и фотодиода на суммарный угол более ±8° от оси, амплитуда сигнала ослабевает (менее 6 мВ) и становиться восприимчивой к влиянию внешних помех. При отклонении от оси только ИК-светодиода или фотодиода угол отклонения может быть расширен до ±16°, практически без ухудшения амплитуды сигнала. Это означает, что решение об использовании угла коллимации в 32° является верным. При превышении угла в ±16° в некоторых случаях (рис. 14 и 15) сигнал с ИК-светодиода не воспринимается фотодиодом.

Полученные диаграммы подтверждают адекватность разработанной математической модели и выбранных параметров ИК-устройства.

В шестой главе проведена оценка технико-экономической эффективности электротехнических средств.

Разработанные ЭТС обеспечивают повышение достоверности выявления половой охоты коров, т.к. основываются на регистрации допуска коровой садки быка-пробника тем самым, исключая методическую ошибку, присущую способу, основанному на контроле двигательной активности.

о

-24 -20 -16 -12 -8-4 0 4 8 12 16 20 24

й. "

Рисунок 14 - Диаграмма направленности при отклонении осей ИК-передатчика и ИК-приемника от оси X в одну сторону

о

-16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20

О

Рисунок 15 - Диаграмма направленности при отклонении осей ИК-передатчика и ИК-приемника от осиХв противоположные стороны

с ..«в - г..«в

14 "

-24 -20 -16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24 -24 -20 -16 -12 -8 -4 0 Д 8 12 16 20 24 а ' Д

Рисунок 12 - Диаграмма направленности при Рисунок 13 - Диаграмма направленности отклонении оси ИК-передатчика от оси X при отклонении оси ИК-приемника от оси X

С.мВи и..иВ,а

12 10

8 6 4 2

12 10 8 6 4 2

При этом ЭТС позволяют контролировать половую охоту коров круглосуточно и передают информацию осеменатору в режиме реального времени, т.е. немедленно, а это и есть оптимальное время для осеменения коровы. ЭТС могут применяться, как на фермах и комплексах с беспривязным и привязным (на выгульных площадках) содержании, на удаленных пастбищах, а также в небольших фермерских хозяйствах. Процент ферм крупного рогатого скота, на которых возможно применять аналоги до 10%, а у ЭТС до-100%.

Применение ЭТС обеспечивает сокращение количества дней бесплодия, продолжительности межотельного периода и способствует оптимизации выхода приплода по стаду. Экономический эффект составляет 1575 руб. на одну корову за лактацию.

Основные выводы

Анализ научных предпосылок и тенденций развития методов и технических средств для определения оптимального времени осеменения коров показал обоснованность разработки электротехнических средств для дистанционного выявления половой охоты коров и тёлок в режиме реального времени.

1. Разработан алгоритм функционирования электротехнической системы для дистанционного выявления половой охоты коров быком-пробником в режиме реального времени, обеспечивающий аутентификацию коровы и ее своевременное осеменение.

2. На основании разработанных математических моделей движения быка-пробника и чувствительного элемента в датчике установлено, что датчик в виде трубки, изогнутой по окружности, не восприимчив к ложному срабатыванию по сравнению с датчиком с прямыми участками. При этом движение чувствительного элемента в трубке, изогнутой по окружности, не зависит от массы элемента и радиуса трубки. С учетом минимизации габаритных размеров рациональными параметрами можно считать радиус изгиба трубки 25 мм, внутренний диаметр 6 мм, диаметр чувствительного элемента 5 мм, рабочий угол трубки 270°.

3. Разработана математическая модель функционирования приемопередающего ИК-устройства, устанавливающая зависимость успешной аутентификации коровы от его параметров. Для интерфейсного модуля ТРОТ45СЮ: минимальная интенсивность излучения - 9 мВт/ер и минимальный порог чувствительности 4 мВт/м2 с учетом отклонений осевой линии максимальной интенсивности ИК-передатчика от осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника; угол коллимации - 32°; мажоритарное число - 3 (количество информационных пакетов, принятых мастер-устройством от слейв-устройства).

4. Создан комплект электротехнических и программных средств для дистанционного выявления половой охоты коров в режиме реального времени в составе: стартерное устройство с датчиком положения быка, ИК-устройство, передающее устройство на корове, стационарный ОБМ-модуль, приемное устройство у осеменатора. При этом стартерное устройство располагается на ошейнике быка, приемопередающее устройство - на ошейнике коровы в верхней части. При садке приемопередатчики ИК-устройства направлены навстречу друг другу и находятся на расстоянии 1,2... 1,8 м на одной осевой линии, с отклонением не более 32°.

5. Оценка технико-экономических показателей применения разработанного комплекта электротехнических и программных средств для определения оптимального времени осеменения коров показывает их эффективность за счет: сокращения межотельного периода, увеличения производства молока, снижения затрат на организацию и проведение работ по искусственному осеменению и более рационального использования скотомест на ферме. Эффективность применения разработанных средств составляет 1575 руб. на одну корову за лактацию.

Основные результаты исследования изложены в следующих работах:

1. Абрашин A.A. Математическая модель датчика положения быка-пробника. [Текст] / Ю.Г. Иванов, A.A. Абрашин // Техника в сельском хозяйстве.-2011.-№5-С. 17-19.

2. Абрашин A.A. Математическая модель чувствительного элемента датчика положения быка-пробника. [Текст] / Ю.Г. Иванов, A.A. Абрашин // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. сер. Агроинженерия. -2012. - №1 - С. 51-54.

3. Абрашин A.A. Обоснование параметров электротехнической системы выявления половой охоты коров. [Текст] / Ю.Г. Иванов, A.A. Абрашин // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. сер. Агроинженерия. - 2012. - №2 - С. 23-27.

4. Патент № 97264 РФ МПК A61D 19/00. Система для определения оптимального времени осеменения коров и тёлок. / Иванов Ю.Г., Дюльгер Г.П., Абрашин A.A.; - Заяв. 15.04.2010; Опуб. 10.09.2010. Бюл. №25.

5. Патент № 97265 РФ МПК A61D 19/00. Система для определения оптимального времени осеменения коров и тёлок. / Иванов Ю.Г., Дюльгер Г.П., Абрашин A.A.; - Заяв. 15.04.2010; Опуб. 10.09.2010. Бюл. № 25.

6. Абрашин. A.A. Технические средства для выявления половой охоты у коров. [Текст] / Ю.Г. Иванов, АА. Абрашин // Зоотехния. - 2010. - №12 - С. 26-27.

7. Абрашин. A.A. Алгоритм и радиотехническая система контроля половой охоты коров. [Текст] / Ю.Г. Иванов, A.A. Абрашин // Сборник докладов XI Международной научно-практической конференции (14-15 сентября 2010 г., г. Углич) Часть 1 «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве». — М.: ФГУП Издательство «Известия» УДП РФ. - 2010. - С. 492 - 496.

8. Абрашин A.A. Разработка электротехнической системы выявления половой охоты коров с применением ИК-канала [Текст] / Ю.Г. Иванов, Г.П. Дюльгер, A.A. Абрашин //Материалы VIII-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти д. с.-х. наук профессора, заслуженного деятеля науки РФ и Республики Мордовия С. А. Лапшина (12-13 апреля 2012 г., г. Саранск) «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции». -Саранск: Издательство Мордовского университета. - 2012. - С. 61-63.

9. Абрашин A.A. Автоматизированная система выявления половой охоты коров с применением ИК-технологии [Текст] / Ю.Г. Иванов, Г.П. Дюльгер, A.A. Абрашин // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета биотехнологии (23-24 марта 2012 г., г. Махачкала) «Современные проблемы и перспективы развития животноводства и аквакультуры». - Махачкала. — 2012.

-С. 79-83.

Подписано к печати 08.11.2012. Формат 60x84/16. Усл.-печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 840.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Проблема определения времени осеменения коров и телок.

1.2 Анализ научных предпосылок и тенденций развития способов и технических средств для определения времени осеменения коров и тёлок.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Алгоритм и структура электротехнических средств с использованием инфракрасного канала для аутентификации коровы.

2.2 Математическая модель движения быка-пробника при садке на корову и функционирования датчика положения быка.

2.3 Математическая модель функционирования ИК-устройства для аутентификации коровы.

3. МЕТОДИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Методика и установки для проведения исследований датчика положения быка-пробника.

3.2 Методика и установки для проведения исследований ИК-устройства.

4. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ОСЕМЕНЕНИЯ КОРОВ.

4.1 Электротехническая система для определения времени осеменения коров.

4.2 Инфракрасное устройство для аутентификации коровы.

4.3 Комплект электротехнических средств для определения времени осеменения коров.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ.

5.1 Результаты экспериментальных исследований датчика положения быка.

5.2 Результаты экспериментальных исследований ИК-устройства.

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВРЕМЕНИ ОСЕМЕНЕНИЯ КОРОВ.

6.1 Сравнительная оценка технических характеристик существующей и разработанной систем определения времени осеменения коров.

6.2 Показатели экономической эффективности.

6.3. Расчеты экономических показателей по исходным данным.

Анализ отечественного и зарубежного опыта развития животноводства показывает, что от оснащенности ферм современными электротехническими средствами контроля и управления технологическими процессами зависит уровень реализации генетического потенциала каждого животного.

Важнейшим резервом повышения эффективности производства молока является своевременное осеменение коров (телок). На многих фермах более 50% животных пропускают половую охоту, что увеличивает межотельные периоды и требует большего количества скотомест на ферме. Пропуски полового цикла и неправильное определение времени осеменения приводят к тому, что снижается плодовитость коров, а значительная доля клинически здоровых коров остается бесплодными, не эффективному расходу семени и увеличению трудозатрат. При этом один день бесплодия коровы приводит к недополучению до 5 л молока.

Во многих странах мира, в том числе и в России, от 90 до 100% коров дойного стада осеменяется искусственно. Для успешного использования этой репродуктивной технологии весьма важно наладить работу по выявлению и осеменению самок в оптимальное для оплодотворения время.

Существующие методы и технические средства определения времени осеменения основаны, как правило, на контроле вторичных проявлений, главным образом, двигательной активности коров, обладают методической ошибкой и недостаточно достоверны. В связи с этим, разработка электротехнических средств (ЭТС) для определения времени осеменения на основе контроля половой охоты коров с использованием быка-пробника является актуальной.

При разработке данного метода применялись научно-технические достижения современной автоматизации и средства сотовой связи, что может позволить получать информацию о состоянии половой охоты коровы или тёлки на любом расстоянии от фермы в режиме реального времени и оперативно принимать решения о необходимости осеменения того или иного животного. Работа проведена на стыке технических и ветеринарных наук.

1 »к

Проведенные в работе исследования выполнены в соответствии с решениями научной сессии Россельхозакадемии по направлениям механизации, электрификации и автоматизации сельского хозяйства на период до 2010 года, а также планами НИР ФГБОУ ВПО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Целью работы является разработка электротехнических средств (ЭТС) для дистанционного выявления половой охоты коров с использованием быка-пробника и передачи информации в режиме реального времени осеменатору для своевременного осеменения, обеспечивающих повышение эффективности воспроизводства стада.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1. Анализ научных предпосылок и тенденций развития методов и технических средств определения половой охоты коров на фермах и комплексах.

2. Разработка алгоритма функционирования ЭТС для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты с применением быка-пробника в режиме реального времени.

3. Разработка математической модели движения быка-пробника и датчика его положения, обеспечивающих автоматическое включение ЭТС при допуске коровой садки быка.

4. Разработка математической модели функционирования приемопередающего ИК (инфракрасного)-устройства, обеспечивающего аутентификацию коровы, находящейся в состоянии половой охоты.

5. Разработка и производственная проверка ЭТС для дистанционного определения оптимального времени осеменения коров и передачи информации осеменатору в режиме реального времени.

6. Оценка экономической эффективности применения созданных электротехнических и программных средств.

Научная новизна. Выполненные исследования позволили получить совокупность новых положений и результатов, заключающихся в разработке:

- алгоритма ЭТС для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты в режиме реального времени с применением быка-пробника;

- математической модели движения быка-пробника и датчика его положения для автоматического включения ЭТС при садке;

- математической модели функционирования приемопередающего ИК-устройства, обеспечивающего аутентификацию коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- электротехнических и программных средств для определения оптимального времени осеменения коров и телок на предприятиях крупного рогатого скота молочного и мясного направления, а также на племенных предприятиях, частных подворьях и фермерских хозяйствах.

Практическая ценность работы. Разработаны новые электротехнические и программные средства для определения оптимального времени осеменения коров, обеспечивающие повышение эффективности воспроизводства стада. Техническая новизна разработанных электротехнических средств подтверждена патентами РФ на полезные модели.

На защиту выносятся:

- алгоритм функционирования электротехнических средств для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- математическая модель движения быка-пробника и датчика его положения при садке;

- математическая модель функционирования ИК-устройства для аутентификации коровы, находящейся в состоянии половой охоты;

- комплект электротехнических и программных средств для дистанционного контроля половой охоты коров в режиме реального времени.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований внедрены в производство и используются в учебном процессе РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, МГАУ имени В.П. Горячкина, Великолукской ГСХА, Нижегородский ГИЭИ, а также в ОАО «Чувашское» по племенной работе.

1 }

1 и' ч и' '

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на «11-й Международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» 14-15 сентября 2010 г., г. Углич; « Международной научно-практической конференции в ФГБОУ ВПО МГАУ « Инновационные энергосберегающие технологии в АПК» 27-29 марта 2012 г, г. Москва; «УШ-й Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции» 12 апреля 2012 г, г. Саранск; «Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию факультета биотехнологии «Современные проблемы и перспективы развития животноводства и аквакультуры» 23-24 марта 2012 г, г. Махачкала.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе 4 из них в журналах, рекомендованных ВАК. Получены 2 патента РФ на полезные модели № 97264 и № 97265

Основные выводы

Анализ научных предпосылок и тенденций развития методов и технических средств для определения оптимального времени осеменения коров показал обоснованность разработки электротехнических средств для дистанционного выявления половой охоты коров и тёлок в режиме реального времени.

1. Разработан алгоритм функционирования электротехнической системы для дистанционного выявления половой охоты коров быком-пробником в режиме реального времени, обеспечивающий аутентификацию коровы и ее своевременное осеменение.

2. На основании разработанных математических моделей движения быка-пробника и чувствительного элемента в датчике установлено, что датчик в виде трубки, изогнутой по окружности, не восприимчив к ложному срабатыванию по сравнению с датчиком с прямыми участками. При этом движение чувствительного элемента в трубке, изогнутой по окружности, не зависит от массы элемента и радиуса трубки. С учетом минимизации габаритных размеров рациональными параметрами можно считать радиус изгиба трубки 25 мм, внутренний диаметр 6 мм, диаметр чувствительного элемента 5 мм, рабочий угол трубки 270°.

3. Разработана математическая модель функционирования приемопередающего ИК-устройства, устанавливающая зависимость успешной аутентификации коровы от его параметров. Для интерфейсного модуля ТРБТ4500: минимальная интенсивность излучения - 9 мВт/ер и минимальный л порог чувствительности 4 мВт/м с учетом отклонений осевой линии максимальной интенсивности ИК-передатчика от осевой линии максимальной чувствительности ИК-приёмника; угол коллимации - 32°; мажоритарное число -3 (количество информационных пакетов, принятых мастер-устройством от слейв-устройства).

4. Создан комплект электротехнических и программных средств для дистанционного выявления половой охоты коров в режиме реального времени в составе: стартерное устройство с датчиком положения быка, ИК-устройство, передающее устройство на корове, стационарный СБМ-модуль, приемное устройство у осеменатора. При этом стартерное устройство располагается на ошейнике быка, приемопередающее устройство - на ошейнике коровы в верхней части. При садке приемопередатчики ИК-устройства направлены навстречу друг другу и находятся на расстоянии 1,2. 1,8 м на одной осевой линии, с отклонением не более 32°.

5. Оценка технико-экономических показателей применения разработанного комплекта электротехнических и программных средств для определения оптимального времени осеменения коров показывает их эффективность за счет: сокращения межотельного периода, увеличения производства молока, снижения затрат на организацию и проведение работ по искусственному осеменению и более рационального использования скотомест на ферме. Эффективность применения разработанных средств составляет 1575 руб. на одну корову за лактацию.

1. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. - М.: Наука, 1965- 586с.

2. Баковецкая О. Прибор «Репротест».//Сельский механизатор.-2004.-№10.-С. 30.

3. Башилов A.M. Электронно-оптическое зрение в аграрном производстве. М.: ГНУ ВИЭСХ. 2005. - 312 с.

4. Белов М.И., Пылаев Б.В. Теоретическая механика. М.: Издательство РГАУ-МСХА. 2011.-296 с.

5. Больдт Ариане / Выявить охоту на дойке. Можно ли по надою распознать охоту.// Новое сельское хозяйство. -2010,-№1, С. 52-55.

6. Боровиков В.П., Боровиков И.П. / STATISTICA. М.: Издательство «Филинъ». 1998. - 608 с.

7. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов. М.: Колос, 2003.-344 с.

8. Бородин И.Ф. Исследование электрооптических датчиков систем сельскохозяйственной автоматики: Автореф. дис., док. тех. наук.- М., 1974.- 42 с.

9. Бородин И.Ф., Андреев С.А. Автоматизация технологических процессов и теория автоматического управления. М.: Колос, 2003. - 344 с.

10. Бреме У. / Охота за «охотой». // Новое сельское хозяйство №5. 2007. С. 116118.

11. Викторов А.И. Система управления технологическими процессами мобильных сельскохозяйственных агрегатов: Автореф. на соискание уч. степени док. тех. наук. 2002. - 314 с.

12. Воронин Е.А., Вискуб В.Г., Чинаев П.Н. Научные основы автоматизации животноводческих ферм. М.: МГАУ, - 2001.- 80с.

13. Гончаров A.B., Солдатов В.В. Применение парадигм интеллектуального управления при решении «открытых задач» автоматизации. М.: Пробел-2000, 2010.-360 с.

14. ГОСТ 2.721-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.

15. Гусаров А. 2005. Системы радиочастотной идентификации и регистрации объектов фирмы Texas Instruments, www.scanti.ru.

16. Дюльгер Г.П. Современные методы определения времени осеменения коров и телок. М.: МСХА, 2001. - 24 с.

17. Дюльгер Г. П., Филоненко А. И., Храмцов В. В., Буров В. Г. Рефлексологические способы выбора времени осеменения у коров и телок// Ветеринария 1994. -К. 6. - С. 34 -37.

18. Жиров М.В., Макаров В.В., Солдатов В.В. Идентификация и адаптивное управление технологическими процессами с нестационарными параметрами. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 203 с.

19. Жиров М.В., Солдатов В.В., Макаров В.В. Методы адаптивного и робастного управления технологическими процессами. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.

20. Загинайлов В. И., Шеповалова JI. Н.; ред. Н. К. Петрова. Основы автоматики: учебник для студентов средних специальных учебных заведений по специальности 3107 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства". -Москва: Колос, 2001. 198 с.

21. Иванов Ю.Г., Абрашин A.A. Технические средства для выявления половой охоты у коров. // Зоотехния. 2010, №12, С. 26-27.

22. Иванов Ю.Г., Абрашин A.A. Математическая модель датчика положения быка-пробника. // Техника в сельском хозяйстве. 2011. - №5 - С. 17-19.

23. Иванов Ю.Г., Абрашин A.A. Математическая модель чувствительного элемента датчика положения быка-пробника. // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. сер. Агроинженерия. 2012. -№1 - С. 51-54.t

24. Иванов Ю.Г., Абрашин A.A. Обоснование параметров электротехнической системы выявления половой охоты коров. // Вестник ФГБОУ ВПО МГАУ. сер. Агроинженерия. 2012. - №2 - С. 23-27.

25. Иванов Ю.Г. Радиотехническая система управления адресным обслуживанием животных на молочной ферме. //Известия ТСХА. -2005. №1. -С. 67-69.

26. Иванов Ю.Г. Адресное обслуживание животных на молочной ферме. //Зоотехния. 2005. - №5. - С. 16-19.

27. Иванов Ю.Г., Викторов А.И. Радиотехнический метод определения местонахождения животных и половой охоты коров и телок. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. - №4. - С. 9-11.

28. Иванов Ю.Г. Системы радиочастотной идентификации в животноводстве. -M.: МСХА, 2005.-20 с.

29. Иванов Ю.Г. Методы и технические средства контроля и управления технологическими процессами в молочном животноводстве. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, МГАУ имени В.П. Горячкина. - 2005. - 41 с.

30. Иванов Ю.Г., Баутин В.М., Викторов А.И. Радиотехнический метод и система определения времени осеменения животных //Техника и оборудование для села. 2005. №4, С. 43-44.

31. Интернет, сайт www.draminski.com

32. Интернет, сайт www.registru.md/autserv.ru

33. Интернет, сайт www.aerosolutions.ru

34. Интернет, сайт www.agrotorg.com/include/heatime.pdf

35. Карташов Л.П., Чугунов А.И., Аверниев A.A. Механизация и электрификация животноводства. М.: Колос, 1997. - 368 с.

36. Кирсанов В.В. Структурно-технологическое обоснование эффективного построения и функционирования доильного оборудования: Автореф. на соискание уч. степени док. тех. наук. 2001. - 47 с.

37. Князев А.Ф., Резник Е.И., Сторчевой В.Ф., Рыжов C.B. и др. Механизация и автоматизация животноводства (учебник). //М.: "Колос-С", 2004.

38. Кормановский Л.П. Теория и практика поточно-конвейрного обслуживания животных. М.: 1982. - 146 с.

39. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974. - 708 с.

40. Краусп В.Р. Комплексная автоматизация в промышленном животноводстве. -М.: Машиностроение, 1980. 214 с.

41. Краусп В.Р. Адаптивные технологии и оборудование для кормления и обслуживания животных. //Техника в сельском хозяйстве.- 2000.- №5. С. 18-22.

42. Мельников C.B. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. Л., 1978.-560 с.50. «Методика определения экономической эффективности технологий сельскохозяйственной техники» Минсельхозпрод, М.: 1998.

43. Методы классической и современной теории автоматического управления. Учебник в 3-х томах. Под редакцией Егунова Н.Д. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 748 с.

44. Морозов Н.М. Стратегия развития механизации и автоматизации животноводства. //Техника и оборудование для села.- 2001. №9. - С. 2-3.

45. Мурусидзе Д.Н. Левин А.Б. Технология производства продукции животноводства. М.: Агропромиздат, 1992. - 222 с.

46. Мусин A.M. Технологический эффект автоматизации биотехнических систем производства. //Автоматизация сельскохозяйственного производства. Сб. докладов международной научно-технической конференции. Углич, 2004. - С. 66-76.

47. Мусин A.M. Методические рекомендации по технико-экономической оценке автоматизированных технологических процессов животноводства. М.: ВИЭСХ, 2003.-44 с.

48. Никитин В .Я Бесплодие коров к меры борьбы с ним. -Ставрополь, 1973.-53 с.

49. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота: НТП 1-99. МСХ РФ. М.: 1999.- 152 с.

50. Павлов В. А. Методы выявления половой охоты //Достижения сельскохозяйственной науки и практики. 1979. - Вып. 2. - С. 10 - 19.

51. Патент РФ № 46427. Система для определения оптимального времени для осеменения коров и телок (Авторы Иванов Ю.Г., Викторов А.И., Дюльгер Г.П.). Бюл. № 19, 10.07. 2005.

52. Патент № 97264 РФ МПК A61D 19/00. Система для определения оптимального времени осеменения коров и тёлок. / Иванов Ю.Г., Дюльгер Г.П., Абрашин A.A.;- Заяв. 15.04.2010; Опуб. 10.09.2010. Бюл. № 25.

53. Патент № 97265 РФ МПК A61D 19/00. Система для определения оптимального времени осеменения коров и тёлок. / Иванов Ю.Г., Дюльгер Г.П., Абрашин A.A.;- Заяв. 15.04.2010; Опуб. 10.09.2010. Бюл. № 25.

54. Патент РФ № 44495. Система для определения оптимального времени осеменения коров и телок (Соавторы Викторов А.И., Дюльгер Г.П.). Бюл. № 9, 27.03.2005.

55. Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат. М.: ФОРУМ -ИНФРА-М, 2005. - 524 с.

56. Постановление Правительства РФ от 12.10.2004 № 539 «О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств» (в ред. Пост. Правительства РФ от 25.07.2007 № 476, от 13.10.2011 № 837).

57. Рекламные материалы фирмы De Laval (Швеция).

58. Рекламные материалы фирмы Gascoigne Melotte (Нидерланды).

59. Рекламные материалы фирмы Strangko (Дания).

60. Рекламные материалы фирмы Bou Matic (Великобритания).

61. Рекламные материалы фирмы Westfalia Surge ( Германия).

62. Рекламные материалы фирмы SAC.

63. Рекламные материалы фирмы Milkline (Италия).

64. Рекламные материалы фирмы SCR (Израиль).

65. Рекомендации по воспроизводству и реализации генетического потенциала крупного рогатого скота. Саранск, 2000. 46 с.

66. Родионов Г.В. Справочник по молочному скотоводству. М.: Агроконсалт, 2001.-200 с.

67. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Контроль и управление доением, кормлением и регистрация половой охоты коров» № 2005612809 от 31.10.2005г. (Иванов Ю.Г., Судник Ю.А., Кирсанов В.В, Гируцкий И.И.).

68. Севастьянов Б.А. Курс теории вероятностей и математической статистики. -М.: Наука, 1982. 146 с.

69. Сергованцев В.Т. Компьютеризация сельскохозяйственного производства. -М.: Колос, 2005.-310 с.

70. Силаев А. М., Нежданов А. Г. Оценка способов выбора времени осеменения коров// Ветеринария. 1977. - N 3. - С. 79 - 81.

71. Славин P.M. Научные основы автоматизации производства в животноводстве и птицеводстве. М.: Колос, 1974. - 226 с.

72. Спиваков А. Методы диагностики охоты у коров // Молочное и мясное скотоводство. 1983. - N 1. - С. 30 - 33.

73. Студенцов, B.C. Шипилов, В.Я. Никитин. Ветеринарное акушерство, гинекология и биотехника размножения. -М.: Колос, 1999. 495 с.

74. Судник Ю.А. Анализ и синтез автоматических систем. /Вестник ФГОУ ВПО МГАУ «Электротехнология электрификация и автоматизация сельского хозяйства». Вып. 3. 2003. - С. 67 - 69.

75. Сыроватка В.И., Цой Ю.А., Зеленцов А.И. Автоматизация оборудования молочных ферм. -М.: Росагропромиздат, 1989.- 262 с.

76. Трудоношин В.А., ПивовароЁа Н.В. Математические модели технических объектов. В 9 кн. Кн.4. М.: Высшая школа, 1986. - 158с.

77. Федеральный закон «О связи». Статья 24. Выделение полос радиочастот и присвоение (назначение) радиочастот или радиочастотных каналов.

78. Филоненко А.И., Дюльгер Г. П., Храмцов В. В., Буров В. Г. Выбор времени осеменения у коров и телок. Методические рекомендации. -М.: «Издательство МСХА»,1992. 22с.

79. Филоненко А. И., Дюльгер Г. П. Когда осеменять корову// Фермер. -1993. -N.10-12. С. 85-87.

80. Хазанов Е.Е., Гордеев В.В., Хазанов В.Е. Технология и механизация молочного животноводства. СПб.: Лань, 2010.-352 с.

81. Цой Ю., Зеленцов А. Качественная техника качественное молоко. //Животноводство России. - 2001. - №10. - С. 42-44.

82. Цой Ю.А., Мишуров Н.П., Кирсанов В.В., Зеленцов А.И. Тенденции развития доильного оборудования за рубежом. М.: Росинформагротех, 2000. -76 с.

83. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. М.: Колос, 2000 - 182 с.

84. Шипилов B.C. Основы повышения плодовитости животных. 1994, «Délo», 158 с.

85. Шипилов В. С. Физиологические основы профилактики бесплодия коров. -М.: Колос, 1977. 336 с,

86. Шипилов В. С., Храмцов В. В. Об электрометрическом методе выбора времени осеменения коров// Молочное и мясное скотоводство. 1968. - N. 6. - С. 23 - 24.

87. Шичков JI.П. Основы информатики и информационных технологий. М.: РГАЗУ, 2002.-78 с.

88. Шичков Л.П., Дубровин A.B., Мохова О.П. Компьютерное проектирование электротехнических систем. М.: РГАЗУ, 2005. - 72 с.

89. Шичков Л.П., Коломиец А.П. Электрооборудование и средства автоматизации сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1995.

90. Armstong D.,Middel R., Oenema R. Automatic apply of teat cups. PCT Patent WO 85/02973, AO lj7/00,1985.

91. Ball P.J.H., Morant S.V., Cant E.J./ Measurement of milk temperature as an aid to oestrus detection in dairy cattle. // J. Agric. Sei. 1978, 91, P. 593-597.

92. Becker F., Kanitz W., Heuwieser W. / Vor- und Nachteile einzelner Methoden der Brunsterkennung beim Rind // Züchtungskunde, 77, (2/3), 2005. S. 140-150.

93. Beerwinkle L.G. Heat detection programs and techniques // Proc. of 8-th Annual Conf. on Artif. Insem. of beef catle. 1974. - N.24 -P. 30.

94. Blödow G., Götze M., Kitzig M., Brüssow K.P., Duschinski U. / Radioimmunologische Steroidhormonbestimmung in der Follikelflüssigkeit bei Rind und Schwein. // Isotopenpraxis, 1988, 24, S. 151-155.

95. Boyd H.W. Aids to estrous detection. A review. // Daiery cows fertility -1984.-P. 60 -67.

96. Dransfield M.B.G., Nebel R.L., Pearson R.E., Warnick L.D. / Timming of insemination for dairy cows «identified in estrus by a radiotelemetric estrus detection system. // J. Dairy Sei, 1998, 81, P. 1874-1882.

97. Dreier H. / Progesterongehalt schnell bestimmt. // Bauernzeitung, 2004, 8, S. 17.

98. Esslemont R.J. Dairy profitability and detection of estrous// Farmmanagement/ 1974. - V.2. - N.9. - P. 500 - 508.

99. Esslemont R.J., Baile J.H., CooperM.J. Fertility management in dairy cattle. London, 1985. 143 p.

100. Fordham D.P.,Rowlinsen P., McCarthy T.T. Estrous detection in cows by milk temperature management //Res. In Vet. Sei. 1988. - V.44. - N.3. - P. 366 -374.

101. Fulkerson W.J., Sawyer O.J., Crothers J. The accuracy of several aids in detecting estrous in dairy cattle// Appl. Anim. Ethol. 1983. - V.10. - N.3. - P. 199 -203.

102. Glenn Selk. Heat Detection Aids for Dairy and Beef A.I. Oklahoma Cooperative Extension Fact Sheets are also available on our website at: http://osufacts.okstate.edu.

103. Grunert E. Fertilitätsstörungen beim weiblichen Rind: mit 49 Tabellen. Berlin, 1999, 430 p.

104. Gwazdauskas F., Nebel R.L., Sprecher D.J. et al. Effectiveness of ramp-mounted devices and androgenized females for detection of estrous in dairy cattle// J. Dairy Sei. 1990. - V.73. - N.10. - P. 2965 - 2970.

105. Hackett A.J., Lin C.Y. Comparison of females treated with oestradiol or testosterone to detect estrous in dairy cattle maintained indoors year-raund // Anim. Reprod. Sei. 1985. - V.9. - N.2. - P. 119 - 123.

106. Hackett A. Testosterone or oestradiol treatment of heifers or freemartins to detect estrous in confined dairy cattle// Theriogenoly. 1987. - V.26. - N.4. - P. 475 -481.

107. Holdworth R.J., Markillie N.A.R. Evalution of perdometers for oestrus detection dairy // Vet. Ree. 1982. V.U. - N.I. - P. 16.

108. Horrel R.I., Kilgour R., Macmillan & Bremner K. Evalution of fluctuations inmilk yield and parlour behavior as indicators of oestrus in dairy cows // Vet. Rec. 1984.-V. 114.-P. 36-39.

109. Hurnick J.F., King G.J., Robertson H.A. Estrous and related behaviour in postpartum Holstein cows // Appl. Anim. Ethol. 1975. V.2. - N.l. P. 55 - 68.

110. ISO 11788-2:2000. Electronic data interchange between information systems in agriculture Agricultural data element dictionary. Part 2: Dairy farming

111. ISO 11784:1996. Radio frequency identification of animals Code structure.

112. ISO 11785:1996. Radio frequency identification of animals Technical concept.

113. ISO 14223-1:2003. Radio frequency identification of animals Advanced transponders. Part 1: Air interface.

114. Kiddy C.A., Conley H.H., Hawk H.W. / Identification by trained dogs of milk samples from estrous cows. // J. Dairy Sci. 1980, 63, Suppl. 1.91.

115. Kiser T.E., Britt J.H., Ritchie H.D. Testosterone treatment of cows for use in detection of estrous// J. Anim. Sci. 1977, - Vol.44. - N.6. - P.1030 - 1035.

116. Lehrer A.R., Lewis C.S., Aizinbud, 1992, Oesstrus detection in cattle: recent developmens, Anim Reprod, see, 28. P. 355-361.

117. Lewis G.S., Newman S.C. Changes throughout estrous cycles of variables that maight indicate estrus in dairy cows// J. Dairy Sci. 1984. - V.64. - N.l. - P. 146- 152.

118. McCaughey W.J., Martin J.B. Preparation and use of teaser bull // Vet. Rec.- 1980. V.106.-N.6.-P.119- 121.

119. McDonald T.J., Foote R.H. Drost M. et al. Preparation of teaser bull and steroid-implanted steers and their effectiveness in detecting estrus// Theriogenoly. 1976. - V.6. -N.l. -P.51 - 60.

120. Oltenacy P.A., Roensaville T.R., Milligan R.A., Foote R.H. System's analysis for designing reproductive management programs to increase production and profit in dairy herd // J. Dairy Sci. 1981. - V.64. - N.10. - P. 2096 - 2104.

121. Ordolff D. Vollantomatisches Melken. Techinc und Entwicklunqstendenzen. «Landmechnik», 1986. 41. №5. - S. 227-229.

122. Ordollf D. Kontrolierter Abflus. Aqrar Praxis, 1986. №5. - S. 80-83.

123. Ordollf D. Einfluss von Milchbeschaffenbeit und technischen Bedingungen des maschinellen Milchentzuges auf die Messgenauidkeit von Milchentzuges auf die Messgengengereten.- Kieler milch. Forsch. -Ber., 1986. Bd 38. H.2. S. 83-94.

124. Sambraus H.H. / Telemetrische Erfassung der Vaginaltemperatur von Kühe. // Dtsch. Tierärztl. Wschr. 1980, 87, S. 292-294.

125. Sawyer G.J., Fulkerson W.J. The effectiveness of steers and heifers treated with oestrogen or testosterone to detect estrous in cattle // Anim. Prod. Sei. 1982 -V.3.-N.4. -P.259 269.

126. Sawyer G.J.,Russell-Brown I.D., Silcock J.K. A comparison of three methods of estrous detection on commercial dairy herds verified by serum progesterone analysis// Anim. Repr. Sei, 1986. - V.10. - N.l. - P. 1 - 10.

127. Signoret J.P. Nouvelle methode de detection L'oestrus chez les bovins // Ann. Zootech. 1975. - V.24. - N.l. - P.125 - 127.

128. A. Sobiraj, K. Seyrek-Intas, B. Wollgarten, В. Torday / Die Anwendungseignung aktueller Milchprogesteronschnelltests für Rinder im Vergleich zu einer laborgebundenen Routinemethode. // Tierärztl. Praxis, 1996, 23, S. 32-36.

129. Turner L.W., Udal M.C., Larson B.T., Shearer S.A. 2000 Monitoring catte behavior and pasture use with GPS and GIS. Can.J.Anim.Sei. 80: P. 405-413.

130. Vernunft A., Becker Dr.F., Dr. habil. W.Kanitz /Effiziente Brunsterkennung: Eine Schüsselmaßnahme im Reproduktionsmanagement von Rindern. // Rekasan, №31-32, 2009, S.118-121.

131. Wehowski I, Ebendorff W. Praxisempfehlunqen zum Einsatz nener Mellktechnik nuter besonderer Berucksichtinqunq des Nachmelk und Abnahmeroboters (NAR). Tiersucht, 1985. 39, 5. - S. 21-213.

132. Wwhittelstone, Ralold K. Vollantomatisches Melken. Erqebnisse ans Turverhaltens und phynoloqishen Untersuschunqen Von Stromunqs-Vorqannqen in Rohmlich. Milchwissenschaft, 1977. №32 (12). - S. 716-718.