Mazcenas boluss spurekļa parametru monitoringam un agrīnai subakūtas spurekļa acidozes (SARA) diagnostikai govīm

Eiropas Lauksaimniecības fonda lauku attīstībai (ELFLA) līdzfinansēts projekts Lauku attīstības programmas 2014. – 2020.gadam (LAP) 16.pasākuma “Sadarbība” 16.1. apakšpasākuma “Atbalsts Eiropas Inovāciju partnerības lauksaimniecības ražīgumam un ilgtspējai lauksaimniecības ražīguma un ilgtspējas darba grupu projektu īstenošanai” ietvaros.

 

Projekta numurs 18-00-A01612-000004
Projekta vadošais partneris: Rīgas Tehniskā universitāte
Projekta partneri: Elektronikas un datorzinātņu institūts (EDI), Latvijas Lauksaimniecības universitāte (LLU), Lauksaimniecības organizāciju sadarbības padome (LOSP), SIA Ogres piens, z/s Zilūži.

Projekta mērķis – izstrādāt un ieviest praksē intraruminālu ilgas darbības sistēmu un metodi spurekļa parametru monitoringam, lai paildzinātu augstražīgo slaucamo govju mūžu, palielinātu izslaukumu, savlaicīgi konstatētu nevēlamās spurekļa parametru pārmaiņas un veiktu pasākumus subakūtai spurekļa acidozes (SARA) novēršanai.

Plānotās aktivitātes un rezultāts: eksperimentāla izstrāde – SARA diagnosticēšanas sistēmas prototipa izgatavošana, testēšana un validēšana vidē, kas atspoguļo reālus darbības apstākļus, un sistēma testēšana reālajā vidē. Izstrādātā sistēma palielinās lopkopības nozares ražīgumu, samazinās saimniecību mazproduktīva darba apjomu un uzlabos dzīvnieku uzturēšanas apstākļus.

pH bolusa un tā sastāvdaļu izstrādes process

Saturs

  1. Īss kopsavilkums

  2. Galvenās sastāvdaļas un to izvēle

  3. Izvēlēto risinājumu realizācija

  4. Bolusa korpusa un mikrokontrolera plašu izstrāde

  5. Bolusa hermetizācija un testēšana

  6. pH bolusa saturs

  1. Īss kopsavilkums

    pH bolusu izstrāde ietvēra to galveno sastāvdaļu izvēli, to saskarņu izvēli, sastāvdaļu detalizāciju un to izstrādi, algoritmu un programmatūras izstrādi un lāgošanu, aparatūras maketu izstrādi, aparatūras projektēšanu un izgatavošanu, izgatavoto moduļu testēšanu, operētājsistēmas ierakstus, lietotājprogrammu skaņošanu, bolusu sagatavošanu, aizsargapstrādi, pH sensoru kalibrēšanu, bolusa korpusa hermētiskuma pārbaudi un pH bolusa mērījumu datu savākšanu.

  1. Galvenās sastāvdaļas un to izvēle

pH bolusa veicamās funkcijas viennozīmīgi nosaka tajā ietilpstošo aparatūras sastāvu un nepieciešamos programmatūras dziņus. pH bolusa pamatfunkcijair ilgstoši, regulāri pH un temperatūras mērījumi govs spureklī un veikto mērījumu datu pārraide ārpus govs spurekļa noteiktos laika brīžos. pH mērījumu veikšanai ir vajadzīgs pH sensors un tā saskarne ar mikrokontroleri.Temperatūras mērījumu veikšanai ir vajadzīgs temperatūras sensors. Mērījumu datu pārraideiir nepieciešams radio raiduztvērējs. Mikrokontroleris veic pH, temperatūras mērījumu, radio un ierīču barošanas vadību, padodot izpildei vadības signālus. Vienlaikus mikrokontroleris nolasa pH un temperatūras mērījumu vērtības un saglabā tās atmiņā. Radio, saņemot mērījumu datus un vadības signālus no mikrokontrolera, veic datu pārraidi. Būtiskasbolusa sastāvdaļas ir arī barošanas baterija, barošanas bloks un barošanas slēdži.

  1. Izvēlēto risinājumu realizācija

    Pastāvošie ierobežojumi risinājumu realizācijai ir saistīti ar bolusa izmēriem, kurus nosaka tā pielietojuma mērķis, ar barošanas baterijas kapacitāti. Tāpēc bija jāizstrādā 4-slāņu kompakta mikrokontrolera plate uz kuras atrastos visi elementi, izņemot pH sensoru. pH sensors atrodas bolusa ārpusē un tiek aizsargāts ar bolusa uzmavu. pH sensora komutācijas daļa atrodas bolusa iekšienē. pH sensors ar kabeli tiek pieslēgts mikrokontrolerim. pH sensors ir pH bolusa būtiskākais un dārgākais elements, cena aptuveni 400 euro. pH sensors sastāv no ISFET ( jonu jūtīga lauka tranzistora) ierīces un references elektroda ET072, kas atšķirībā no citiem references elektrodiem ir ilgmūžīgs, kalpo 1-2 gadus. Sākotnējā realizācija bija paredzēta moduļu izpildījuma, izmantojot uzprojektētu moduļu komutācijas plati ar barošanas bloku. Šādā koncepta pārbaudei izveidotā komutācijas platē varētu saspraust vajadzīgos moduļus un ievietot to bolusā. Tomēr koncepta plates izmēri pārsniedz pieļaujamos un to nevarēja ievietot bolusā. Koncepta plate tika izmantota pH sensora un radio raiduztvērēja darbības pārbaudei

  1. Bolusa korpusa un mikrokontrolera plašu izstrāde

    Bolusa korpusa izveide ir viens no svarīgākajiem izstrādes posmiem, jo korpusa kvalitāte nosaka tā spēju aizsargāt izmantojamās elektroniskās ierīces pret govs spureklī esošajām vielām un šķidrumu, kas spēj oksidēt ierīces un izraisīt elektrisko ķēžu īssavienojumu. Bolusa korpusa izstrāde notika vairākos posmos. 1. posmā tika modelēti bolusa korpusa izmēri, kas atbilstu to pielietošanai govs spureklī un vienlaikus atbilstu pieļaujamiem mikrokontrolera plates un barošanas bateriju izmēriem. Tika izgatavoti 2 bolusa korpusi no ABS plastmasas. Tika validēta to atbilstība plates izmēriem un iespējamam pH sensora novietojumam. 2. posmā tika izgatavoti 3 reāli, izmantošanai derīgi bolusa korpusi no PLA plastmasas. PLA plastmasa ir dzīvniekiem nekaitīga atšķirībā no ABS plastmasas. PLA plastmasa ar laiku degradējas, tāpēc to var izmantot tikai īslaicīgai ievietošanai govs spureklī. Ņemot vērā pH bolusu sagatavošanas mērīšanai un īslaicīgās ievietošanas rezultātus, tika veiktas korekcijas un izmaiņas bolusa korpusa konstrukcijā. 3.posmā tika izgatavoti 6 koriģētie bolusa korpusi no PEI1010 plastmasas, kas līdzīgi PLA plastmasai ir nekaitīga dzīvniekiem, bet atšķirībā no PLA plastmasas nedegradējas. Bolusu korpusu izstrāde notika, izmantojot programmatūru SolidWorks. Izstrādātais kods un bolusu korpusu elementu attēli ir parādīti pielikumā Nr.1.

    Mikrokontroleru plašu izstrāde ar Altium Designer tika uzsākta pēc AFE(Analog Front-End) shēmas izstrādes, projektēšanas, maketēšanas un pārbaudes ar pH sensoru. Tika uzprojektēta 4-slāņu mikrokontrolera plate, uz atradās sekojoši bloki: 1) mikrokontroleris; 2) pH sensora saskarnes shēma AFE; 3) radio raiduztvērējs; 4) temperatūras sensors; 5) radio un pH sensora barošanas slēdži; 6) barošanas bloks; 7) barošanas baterija. Izstrādāto plašu shēmas ir pielikumā Nr.2. Mikrokontrolera plate tika izgatavota Vācijā, jo Latvijā nav iespēju izgatavot 4-slāņu plati. Pirmajā pasūtījumā tika izgatavotas 10 plates, no kurām pēc lodēšanas, izmantošanai bija derīgas 8. Veicot OS ierakstus platēs un pārbaudot mikrokontroleru darbību, normāli funcionēja 6 plates. Blīvā trasējuma un mazo izmēru dēļ bija neiespējami veikt labojumus ar lodāmuru. Plašu testēšanas procesā, ievietojot tās bolusā un veicot mērījumus tika izmantotas 5 plates. Plates pilnveides nolūkā tika uzprojektēta otra mikrokontrolera plate ar uzlabotu barošanas bloku un novērstām pirmās plates nepilnībām. Taču otra plate netika izgatavota, jo nebija iespējams pasūtīt mikroshēmas. Papildus tika izgatavotas 4 pirmās plates, kurās izmantoja RTU izstrādātu barošanas bloku.

  2. Bolusa hermetizācija un testēšana

    Sākotnēji bolusa aizsardzībai paredzētā hermetizācija pret govs spurekļa saturu izrādījās nepietiekoša. Atkārtoti bolusa darbības testi parādīja, ka nepietiek tikai ar bolusa hemetizāciju, bet ir nepieciešama papildus elektronisko ierīču aizsardzība. Šim nolūkam tika iegādātas vispārējā pārklājuma silikona izsmidzinātājs DCA SCC3 un divkomponenšu silikona pārklājuma masa 021. To pielietojums ievērojami uzlaboja bolusa elektronikas aizsardzību pret govs spurekļa saturu.

    pH bolusa hermetizācijas testēšana notika, ievietojot to ūdenī 5-10 dienas. pH bolusa testēšana sākotnēji noritēja govīs ar fistulu, kas ļāva operatīvi ievietot un izņemt pH bolusu.

    Pārliecinoties par pH bolusa normālu darbību fistulētajās govīs, pH boluss tika ievietots govs spureklī SIA “Ogres piens”.

pH bolusa attēli

6. pH bolusa saturs

Bolusa izmēri ir sekojoši: diametrs – 40 mm, garums – 143 mm.

Bolusa apakšējā daļā ir ievietota vara caurules posms ar diametru 30 mm un augstumu 50 mm. Vara caurules biezums 1,5 mm. Vara caurules posms nodrošina nepieciešamo bolusa svaru un svara sadalījumu.

Bolusā ievieto mikrokontroliera plati SESP, radio inAIR9B ar antenu W3502 un 2 x 3.6 V AA izmēra SAFT LS14500 CNA litija bateriju. Bolusa apakšējā daļā ir caurumi references elektrodam ET072 un ISFET sensoram A120-001.

Bolusa augšējā daļā atrodas radio un antena.

SIA “Ogres Piens” govs spureklī ievietotā pH bolusa mērījumi

Iesaistītie zinātnieki

    Mg. sc. comp. Jānis Judvaitis
    Mg. sc. comp. Jānis Judvaitis

    Pētnieks

    +371 67558-182
    [protected]
    Mg. sc. comp. Uldis Grunde
    Mg. sc. comp. Uldis Grunde

    Pētnieks

    +371 67558130
    [protected]
    Mg. sc. comp. Rihards Balašs
    Mg. sc. comp. Rihards Balašs

    Pētnieks

    +371 67558154
    [protected]