一種水產養殖精準投喂控制系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種水產養殖精準投喂控制系統及方法，系統包括喂食對象(即魚類)的行為探測傳感器、單片機、步進電機和電源；單片機分別與傳感器、步進電機連接，電源分別為傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給所述單片機；所述單片機根據魚群的活動頻度信息，控制所述步進電機的開啟和關閉，進而實現控制飼料機的開啟和關閉。本發明專利技術結構簡單、安裝簡單、維護方便，傳感器僅用一些彈性纖維或彈簧片即可實現，在水體下不需要任何電氣設備，安裝、維護(更新)都非常便利。

【技術實現步驟摘要】
一種水產養殖精準投喂控制系統及方法
本專利技術屬于養殖設備
，具體涉及一種水產養殖精準投喂控制系統及方法。
技術介紹
我國是一個漁業大國，在水產養殖中，養殖活動所產生的經濟效益及生態效益，往往與養殖的方式有密切關系。目前，漁民喂魚通常是按照自己的經驗，來判斷飼料的投喂量和投喂時間，這種方式存在諸多問題：魚的食量不僅與魚的生長階段、每日的喂養時段有關，還與天氣、水溫及魚的實時狀態有關，使得投喂量和投喂時間無法精準把控，一方面漁民不知道魚的準確“食量”，但又擔心魚吃不飽，所以要不出現魚的挨餓現象，要不加大投喂量，而過量的飼料在水中未被魚群進食，沉入水底分解成氮、磷化合物，對水體造成污染，這都使得。為了實現精準投喂自動控制，已有的一些方法，存在不少局限性，如基于水下攝像頭觀察法，往往受到水體的顏色、渾濁度的影響。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供的一種自動實現精準投喂，避免造成了飼料的浪費，避免過量飼料給水體帶來的污染，同時也保證了魚達到"飽食"點水產養殖精準投喂控制系統及方法。本專利技術的系統所采用的技術方案是：一種水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；所述單片機分別與所述傳感器、步進電機連接，所述電源分別為所述傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組所述傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給所述單片機；所述單片機根據魚群的活動頻度信息，控制所述步進電機的開啟和關閉，進而實現控制飼料機的開啟和關閉。本專利技術的方法所采用的技術方案是：一種水產養殖精準投喂控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：開啟飼料機，開始投飼；步驟2：魚群觸碰所述傳感器，記錄每一個傳感器的每一個時間點T上被觸碰的次數F；步驟3：根據觸碰頻次F，繪制時間T-頻次F曲線，從而獲取飼料機最佳停止時間點。與傳統人工投喂的方式相比，本專利技術技術方案具有下述明顯優點：1、人工喂食依賴于人的經驗(如根據魚的生長階段、魚的總量決定投喂量)，如魚的即時狀態、水體環境都會影響魚的攝食量都會對實際投喂需求產生較大影響，而本方法依據魚的本身行為，可精準探測魚群“飽食”點，避免傳統人工方式依賴于人的經驗而導致的不準確性。2、自動實現精準投喂，避免造成了飼料的浪費，避免過量飼料給水體帶來的污染，同時也保證了魚達到"飽食"點。3、節省了人工成本，不需要漁民每天幾次都到養殖區去投喂，尤其是大型的水產養殖區，這套系統將能夠節省大量的人工。與其它自動投喂系統如水下攝像頭方式相比，本專利技術技術方案也具有下述優勢：1、基于魚的行為模式獲取“飽食”點，避免其它方式依賴于環境因素(如光照)的弊端。2、結構簡單、安裝簡單、維護方便，傳感器僅用一些彈性纖維或彈簧片即可實現，在水體下不需要任何電氣設備，安裝、維護(更新)都非常便利。附圖說明圖1：本專利技術實施例的傳感器陣列采用并聯連接示意圖。圖2：本專利技術實施例的傳感器陣列采用串聯連接示意圖。圖3：本專利技術實施例的時間-頻次(T-F)曲線。具體實施方式為了便于本領域普通技術人員理解和實施本專利技術，下面結合附圖及實施例對本專利技術作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術提供的一種水產養殖精準投喂控制系統，包括包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；單片機分別與傳感器、步進電機連接，電源分別為傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給單片機；單片機根據魚群的活動頻度信息，控制步進電機的開啟和關閉，進而實現控制飼料機的開啟和關閉。單片機控制系統實現傳感器頻率自動計數裝置。有并行檢測和串行檢測兩種方式。觸碰探測開關固定在上固定面上，可分為若干組，每組對應固定面的一行，在并行檢測時，當該組的任意一個觸碰開關被觸發(連通)，單片機將按照該組觸碰開關被觸碰的個數進行累計計數(圖1)，當進行串行檢測時，在同一時間，當同一組的兩個或多個觸碰開關被同時觸碰時，僅計數一次(圖2)，并行檢測的精度高，但對單片機的IO輸入接口數要求較高，串行檢測精度稍差，但可以用最簡單的51單片機就可以完成。對于上述內容中的傳感器部分的內容，可以采用拉線法和懸多叉樹法兩種方案。對于單片機控制系統，可以采用經驗頻率拐點或穩定時間點法。單片機控制系統實現傳感器頻率自動計數裝置，可以有串聯和并聯法。本專利技術提供的一種水產養殖精準投喂控制方法，包括以下步驟：步驟1：開啟飼料機，開始投飼；當魚群聽到飼料機響起，游到投喂區域時，魚群會觸碰傳感器；步驟2：魚群觸碰所述傳感器，記錄每一個傳感器的每一個時間點T上被觸碰的次數F；步驟3：當魚群飽食之后，會慢慢散去，離開投喂區域時也會傳感器進行計數。根據觸碰頻次F，繪制時間T-頻次F曲線，從而獲取飼料機最佳停止時間點。連續記錄從投喂開始的傳感器計數，形成時間-頻次(T-F)曲線，分析T-F曲線，采用F對T的數學拐點(一階導數最大時對應的T)、經驗頻率拐點(如當F＝20％*Max(F)時，F值所對應的時間點T)或F低于某個閾值且相對穩定時的時間點T，根據養殖對象的特點，可采用經驗頻率拐點或穩定時間點作為魚的“飽食”點，并在此時單片機給步進電機(飼料機)傳遞一個結束投喂信號。請見圖3，本實施例的時間-頻次(T-F)曲線攝食行為模式理論，以時間為橫坐標、頻率為縱坐標，形成的反映攝食活躍程度的曲線，可分為4個區域：始食區、爭食區、過渡區和飽食區。其中始食區時間較短，很快進入爭食區，經歷過渡區(頻率快速下降)，到達飽食區。基于時間-頻次(T-F)曲線計算經驗頻率拐點、穩定時間點的方法，并以此確定魚的“飽食”點。圖3中，計算過渡區的方法，先用3次(或n次，n>＝3)移動平均獲取移動平均曲線，計算曲線的一階導數，獲取最小一階導數值對應的T作為拐點，之后再計算連續兩個頻率采樣點的一階導數接近0(滿足>-0.05且<0.05)時對應的T作為進入飽食區的入口點(即穩定時間點)。此處采用n次平均的目的，是避免T-F曲線的不平滑導致求導困難。本專利技術設計的一套以傳感器為信息獲取源、以單片機為控制器、以步進電機為反饋控制的三部件精準養殖投喂控制系統，傳感器部件是該系統的核心部件，基本原理是基于魚的攝食行為模式，即在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組傳感器，當投喂開始時，飼料投入水體中，此時魚處在最饑餓狀態下，魚群在投喂區的活動將快速而頻繁，這種運動通過魚體與傳感器的相互接觸而被感應到，獲取到最大活動頻度(Max(F))，系統持續打開投喂開關進行飼料投喂，傳感器持續監測并記錄魚的活動頻率(F)，而當一定時間后魚群“吃飽”了，魚群開始離開投喂區域，且魚體的游動速度變緩，此時也會被傳感器感應到，通過繪制時間-活動頻率曲線，形成隨投喂時間(T)逐漸降低的F值曲線，通過分析T-F曲線，就可以發現魚被“喂飽”的經驗頻率拐點(如當F＝20％*Max(F)的時間點T)或穩定時間點T，從而單片機給飼料機的步進電機開關發出停止信號，控制電機關閉，飼料機停止投喂。相比傳統方式，這套本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；所述單片機分別與所述傳感器、步進電機連接，所述電源分別為所述傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組所述傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給所述單片機；所述單片機根據魚群的活動頻度信息，控制所述步進電機的開啟和關閉，進而實現控制飼料機的開啟和關閉。

【技術特征摘要】
1.一種水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；所述單片機分別與所述傳感器、步進電機連接，所述電源分別為所述傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區一定范圍的水域中，布置一組所述傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給所述單片機；所述單片機根據魚群的活動頻度信息，控制所述步進電機的開啟和關閉，進而實現控制飼料機的開啟和關閉。2.根據權利要求1所述的水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：所述傳感器通過彈性纖維或彈簧片布設在投喂區水域。3.根據權利要求1所述的水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：所述傳感器采用串聯或并聯連接，組成傳感器陣列。4.根據權利要求1-3任意一項所述的水產養殖精準投喂控制系統，其特征在于：所述傳感器采用拉線法和懸多叉樹法布設在投喂區水域中。5.一種水產養殖精準投喂控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：開啟飼料機，開始投飼；步驟2：魚群觸碰所述傳感器，記錄每一個傳感器的每一個時間點T上被觸碰的次數F；步驟3：根據觸碰頻次F，繪制時間T-頻次F曲線，從而計算飼料機最佳停止時間點。6.根據權利要求5所述的水產養殖精準投喂控制方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沙宗堯，王春芳，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42