一种水产养殖精准投喂控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水产养殖精准投喂控制系统及方法，系统包括喂食对象(即鱼类)的行为探测传感器、单片机、步进电机和电源；单片机分别与传感器、步进电机连接，电源分别为传感器、单片机、步进电机提供电力；在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组传感器，用于获取鱼群的活动频度信息，并将获取的活动频度信息传递给所述单片机；所述单片机根据鱼群的活动频度信息，控制所述步进电机的开启和关闭，进而实现控制饲料机的开启和关闭。本发明专利技术结构简单、安装简单、维护方便，传感器仅用一些弹性纤维或弹簧片即可实现，在水体下不需要任何电气设备，安装、维护(更新)都非常便利。

【技术实现步骤摘要】
一种水产养殖精准投喂控制系统及方法
本专利技术属于养殖设备
，具体涉及一种水产养殖精准投喂控制系统及方法。
技术介绍
我国是一个渔业大国，在水产养殖中，养殖活动所产生的经济效益及生态效益，往往与养殖的方式有密切关系。目前，渔民喂鱼通常是按照自己的经验，来判断饲料的投喂量和投喂时间，这种方式存在诸多问题：鱼的食量不仅与鱼的生长阶段、每日的喂养时段有关，还与天气、水温及鱼的实时状态有关，使得投喂量和投喂时间无法精准把控，一方面渔民不知道鱼的准确“食量”，但又担心鱼吃不饱，所以要不出现鱼的挨饿现象，要不加大投喂量，而过量的饲料在水中未被鱼群进食，沉入水底分解成氮、磷化合物，对水体造成污染，这都使得。为了实现精准投喂自动控制，已有的一些方法，存在不少局限性，如基于水下摄像头观察法，往往受到水体的颜色、浑浊度的影响。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种自动实现精准投喂，避免造成了饲料的浪费，避免过量饲料给水体带来的污染，同时也保证了鱼达到"饱食"点水产养殖精准投喂控制系统及方法。本专利技术的系统所采用的技术方案是：一种水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：包括对喂食对象的行为进行探测的传感器、单片机、步进电机和电源；所述单片机分别与所述传感器、步进电机连接，所述电源分别为所述传感器、单片机、步进电机提供电力；在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组所述传感器，用于获取鱼群的活动频度信息，并将获取的活动频度信息传递给所述单片机；所述单片机根据鱼群的活动频度信息，控制所述步进电机的开启和关闭，进而实现控制饲料机的开启和关闭。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种水产养殖精准投喂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：开启饲料机，开始投饲；步骤2：鱼群触碰所述传感器，记录每一个传感器的每一个时间点T上被触碰的次数F；步骤3：根据触碰频次F，绘制时间T-频次F曲线，从而获取饲料机最佳停止时间点。与传统人工投喂的方式相比，本专利技术技术方案具有下述明显优点：1、人工喂食依赖于人的经验(如根据鱼的生长阶段、鱼的总量决定投喂量)，如鱼的即时状态、水体环境都会影响鱼的摄食量都会对实际投喂需求产生较大影响，而本方法依据鱼的本身行为，可精准探测鱼群“饱食”点，避免传统人工方式依赖于人的经验而导致的不准确性。2、自动实现精准投喂，避免造成了饲料的浪费，避免过量饲料给水体带来的污染，同时也保证了鱼达到"饱食"点。3、节省了人工成本，不需要渔民每天几次都到养殖区去投喂，尤其是大型的水产养殖区，这套系统将能够节省大量的人工。与其它自动投喂系统如水下摄像头方式相比，本专利技术技术方案也具有下述优势：1、基于鱼的行为模式获取“饱食”点，避免其它方式依赖于环境因素(如光照)的弊端。2、结构简单、安装简单、维护方便，传感器仅用一些弹性纤维或弹簧片即可实现，在水体下不需要任何电气设备，安装、维护(更新)都非常便利。附图说明图1：本专利技术实施例的传感器阵列采用并联连接示意图。图2：本专利技术实施例的传感器阵列采用串联连接示意图。图3：本专利技术实施例的时间-频次(T-F)曲线。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种水产养殖精准投喂控制系统，包括包括对喂食对象的行为进行探测的传感器、单片机、步进电机和电源；单片机分别与传感器、步进电机连接，电源分别为传感器、单片机、步进电机提供电力；在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组传感器，用于获取鱼群的活动频度信息，并将获取的活动频度信息传递给单片机；单片机根据鱼群的活动频度信息，控制步进电机的开启和关闭，进而实现控制饲料机的开启和关闭。单片机控制系统实现传感器频率自动计数装置。有并行检测和串行检测两种方式。触碰探测开关固定在上固定面上，可分为若干组，每组对应固定面的一行，在并行检测时，当该组的任意一个触碰开关被触发(连通)，单片机将按照该组触碰开关被触碰的个数进行累计计数(图1)，当进行串行检测时，在同一时间，当同一组的两个或多个触碰开关被同时触碰时，仅计数一次(图2)，并行检测的精度高，但对单片机的IO输入接口数要求较高，串行检测精度稍差，但可以用最简单的51单片机就可以完成。对于上述内容中的传感器部分的内容，可以采用拉线法和悬多叉树法两种方案。对于单片机控制系统，可以采用经验频率拐点或稳定时间点法。单片机控制系统实现传感器频率自动计数装置，可以有串联和并联法。本专利技术提供的一种水产养殖精准投喂控制方法，包括以下步骤：步骤1：开启饲料机，开始投饲；当鱼群听到饲料机响起，游到投喂区域时，鱼群会触碰传感器；步骤2：鱼群触碰所述传感器，记录每一个传感器的每一个时间点T上被触碰的次数F；步骤3：当鱼群饱食之后，会慢慢散去，离开投喂区域时也会传感器进行计数。根据触碰频次F，绘制时间T-频次F曲线，从而获取饲料机最佳停止时间点。连续记录从投喂开始的传感器计数，形成时间-频次(T-F)曲线，分析T-F曲线，采用F对T的数学拐点(一阶导数最大时对应的T)、经验频率拐点(如当F＝20％*Max(F)时，F值所对应的时间点T)或F低于某个阈值且相对稳定时的时间点T，根据养殖对象的特点，可采用经验频率拐点或稳定时间点作为鱼的“饱食”点，并在此时单片机给步进电机(饲料机)传递一个结束投喂信号。请见图3，本实施例的时间-频次(T-F)曲线摄食行为模式理论，以时间为横坐标、频率为纵坐标，形成的反映摄食活跃程度的曲线，可分为4个区域：始食区、争食区、过渡区和饱食区。其中始食区时间较短，很快进入争食区，经历过渡区(频率快速下降)，到达饱食区。基于时间-频次(T-F)曲线计算经验频率拐点、稳定时间点的方法，并以此确定鱼的“饱食”点。图3中，计算过渡区的方法，先用3次(或n次，n>＝3)移动平均获取移动平均曲线，计算曲线的一阶导数，获取最小一阶导数值对应的T作为拐点，之后再计算连续两个频率采样点的一阶导数接近0(满足>-0.05且<0.05)时对应的T作为进入饱食区的入口点(即稳定时间点)。此处采用n次平均的目的，是避免T-F曲线的不平滑导致求导困难。本专利技术设计的一套以传感器为信息获取源、以单片机为控制器、以步进电机为反馈控制的三部件精准养殖投喂控制系统，传感器部件是该系统的核心部件，基本原理是基于鱼的摄食行为模式，即在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组传感器，当投喂开始时，饲料投入水体中，此时鱼处在最饥饿状态下，鱼群在投喂区的活动将快速而频繁，这种运动通过鱼体与传感器的相互接触而被感应到，获取到最大活动频度(Max(F))，系统持续打开投喂开关进行饲料投喂，传感器持续监测并记录鱼的活动频率(F)，而当一定时间后鱼群“吃饱”了，鱼群开始离开投喂区域，且鱼体的游动速度变缓，此时也会被传感器感应到，通过绘制时间-活动频率曲线，形成随投喂时间(T)逐渐降低的F值曲线，通过分析T-F曲线，就可以发现鱼被“喂饱”的经验频率拐点(如当F＝20％*Max(F)的时间点T)或稳定时间点T，从而单片机给饲料机的步进电机开关发出停止信号，控制电机关闭，饲料机停止投喂。相比传统方式，这套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：包括对喂食对象的行为进行探测的传感器、单片机、步进电机和电源；所述单片机分别与所述传感器、步进电机连接，所述电源分别为所述传感器、单片机、步进电机提供电力；在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组所述传感器，用于获取鱼群的活动频度信息，并将获取的活动频度信息传递给所述单片机；所述单片机根据鱼群的活动频度信息，控制所述步进电机的开启和关闭，进而实现控制饲料机的开启和关闭。

【技术特征摘要】
1.一种水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：包括对喂食对象的行为进行探测的传感器、单片机、步进电机和电源；所述单片机分别与所述传感器、步进电机连接，所述电源分别为所述传感器、单片机、步进电机提供电力；在饲料投喂区一定范围的水域中，布置一组所述传感器，用于获取鱼群的活动频度信息，并将获取的活动频度信息传递给所述单片机；所述单片机根据鱼群的活动频度信息，控制所述步进电机的开启和关闭，进而实现控制饲料机的开启和关闭。2.根据权利要求1所述的水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：所述传感器通过弹性纤维或弹簧片布设在投喂区水域。3.根据权利要求1所述的水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：所述传感器采用串联或并联连接，组成传感器阵列。4.根据权利要求1-3任意一项所述的水产养殖精准投喂控制系统，其特征在于：所述传感器采用拉线法和悬多叉树法布设在投喂区水域中。5.一种水产养殖精准投喂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：开启饲料机，开始投饲；步骤2：鱼群触碰所述传感器，记录每一个传感器的每一个时间点T上被触碰的次数F；步骤3：根据触碰频次F，绘制时间T-频次F曲线，从而计算饲料机最佳停止时间点。6.根据权利要求5所述的水产养殖精准投喂控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙宗尧，王春芳，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42