CN103461257A - 一种养殖池塘自动投饲系统 - Google Patents

Abstract

一种养殖池塘自动投饲系统，所述养殖池塘呈矩形，所述系统包括投饲船体、控制器和投料机，投饲船体为双船体结构，由漂浮在水面上的两条并列船形浮体和覆盖在两船形浮体上、将两者连接为一体的甲板组成，在甲板上安装电子罗盘，无线信号接收器，控制器和投料机，在池塘基围上间隔安装两个无线信号发射器，螺旋桨数量为两个，对称安装在投饲船体船尾的左右两侧，每个船形浮体上分别配置一个，电子罗盘监测投饲船体的即时航向，并反馈给控制器，无线信号接收器接收无线信号发射器发出的无线信号，并反馈给控制器，控制器控制两个螺旋桨的运转。该投饲船体巡船过程中的定位及定向，均不受池塘基围及天气因素影响，并且航行及转向的平稳性更好。

Description

一种养殖池塘自动投饲系统

技术领域

本发明涉及池塘对虾养殖领域，尤其涉及养殖饲料的自动投喂技术。

背景技术

对虾是我国重要的水产养殖品种。在对虾养殖过程中，饲料投喂是一项重要的日常工作。由于对虾的特殊生活习性，需要将饲料均匀地投放在池塘四周。目前虾塘投饲主要由人工完成，劳动强度大，难以做到均匀投喂。

申请号为201120380114.5的专利“一种可自动巡塘的虾料投放装置”公开了一种可自动巡塘的虾料投放船，该装置采用单船体结构，船体在池塘中的航线是通过如下方法控制的：利用分别安装在船头正面、船头拐角和船体侧面的三个探头分别探测船体前面与池塘基围、船体侧面与池塘基围的距离，当探测到的距离不等于设定距离时，安装在船头的船体转向控制器控制船体转向以达到设定距离，当探测到的距离等于设定距离时，安装在船侧的船体前行控制器控制船体前行。

探头发出并接收由池塘基围反射的信号，用信号传播速度乘以信号传播时间，就可以获得探头与池塘基围之间的距离。信号通常是超声波信号或者激光信号。但是，不论哪种类型的信号，其本质都是利用池塘基围对信号的反射来测距的，因此都对池塘基围条件有限制，不仅要求池塘基围的表面材质能够很好地反射信号，而且还需要池塘基围表面尽可能的平直，同时，信号的反射还会受到天气条件的影响。上述种种限制，导致现有的航线控制方式存在以下缺陷：

第一，对于超声波测距方式来说，由于多数池塘基围不平整、长满杂草，超声波信号反射效果不佳，容易导致测距失败；另外，由于超声波信号的传播是有一定的角度的（就像手电筒的光束），离得越远，声波信号的覆盖范围越大，当池塘水位较高时，如果池塘基围高出水面的高度不足，会导致信号反射面积小，只能反射一小部分声波信号，大部分声波信号不能反射或打在水面上，也容易导致测距失败或测距错误；还有，天气条件对于超声波测距影响很大，超声波依靠空气传播，风（空气流动）会影响声波传的传播，导致测距误差很大；雨和雾也会阻碍声波在空气中的传播，从而影响测距的准确性。

第二，对于激光测距方式来说，池塘基围土壤颜色较深时会吸收激光信号能量，导致可测距离缩短甚至无法测距；此外，池塘基围上生长的杂草也会影响激光信号的反射。

第三，船体的左右晃动会导致超声波波束或激光光束发射方向出现上下晃动，使信号打在水面上或越过了塘埂，从而导致测距错误或测距失败。

第四，该装置通过对比安装在船头拐角和船体侧面的两个探头的信号传播时间是否相同来判断船体航向是否平行于池塘基围，其前提是池塘基围表面必须平直，如果塘埂有杂草或凹凸，导致测距误差很大，则定向也会存在很大误差；此外，即使池塘基围表面平直，当船体受到突然的风或水流出现旋转，例如从原方向转了90度，此时探测器测量的就不是与原先池塘基围的距离，而是与原池塘基围相交的另一侧池塘基围的距离，这样船体就会失去正确的航向。

第五，安装在船侧的船体前行控制器控制船体前行。船体前行控制器是安装在船体一侧的，那么船体在前行过程中，其实是受到的位于船体一侧的、不对称的向前推动力，因此船体在前行时，前行控制器和转向控制器必须不断地交替工作才能保证航向，两个控制器的频繁切换控制，会影响到船体行进的平稳性，甚至会导致投饲船体“原地打转”。

除上述航线控制方式存在的缺陷外，该装置采用了单船体结构，当船体左右摆动幅度较大时，此种结构也会影响船体操纵（例如转向）的平稳性，如果此时船体重心比较高，严重时甚至会导致船体侧翻。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种养殖池塘自动投饲系统，该系统能够较好的克服现有航线控制方式存在的缺陷，并且投饲船体的航行和转向的平稳性更好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种养殖池塘自动投饲系统，所述养殖池塘呈矩形，所述系统包括投饲船体、控制器和投料机，其特征在于：

投饲船体为双船体结构，由漂浮在水面上的两条并列船形浮体和覆盖在两船形浮体上、将两者连接为一体的甲板组成，

在甲板上安装电子罗盘，无线信号接收器，控制器和投料机，

在池塘基围的两个相邻转角上分别安装一个无线信号发射器，

螺旋桨数量为两个，对称安装在投饲船体船尾的左右两侧,每个船形浮体上分别配置一个，

电子罗盘监测投饲船体的即时航向，并反馈给控制器，

无线信号接收器接收无线信号发射器发出的无线信号，并将无线信号的传播时间反馈给控制器，

控制器控制两个螺旋桨的运转，两个螺旋桨等速运转时，投饲船体前行，两个螺旋桨差速运转时，投饲船体向左/向右转向，

以安装了一个无线信号发射器的池塘基围转角为坐标原点，以在该转角相交的池塘基围两边分别为X轴正向、Y轴正向建立直角坐标系，另一个无线信号发射器在坐标系中的坐标为（L，0），

在该坐标系内围绕养殖池塘的矩形基围设定一个矩形环面的航道，所述航道离池塘基围的距离为a,航道的宽度为b，

投饲船体在该航道内的设定航向为沿航道周向的矩形环向，

设无线信号接收器与第一无线信号发射器之间的即时距离为dA，无线信号接收器与第二无线信号发射器之间的即时距离为dB，投饲船体的即时坐标为（x,y），其中，变量x﹥0，变量y﹥0；

通过解如下方程组得到即时坐标位置（x,y）：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dA}}^2=y^2+x^2\\ {\mathrm{dB}}^2=y^2+{(L-x)}^2\end{array}\right.$

将投饲船体的即时坐标位置（x,y）与设定航道作如下比较：

如果即时坐标位置（x,y）向左/右偏离于设定航道外，则船头向右/左转向，直至即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，两螺旋桨等速运转；

如果即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，并且投饲船体的即时航向与设定航向保持一致,两螺旋桨等速运转；

如果即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，并且投饲船体的即时航向相对设定航向右偏/左偏,则船头向左/右转向，直至即时航向与设定航向保持一致，两螺旋桨等速运转。

本自动投饲系统采用无线电定位技术，通过测量投饲船体上的无线信号接收器与固定在池塘基围上的两个无线信号发射器之间的无线电传播时间（射频信号飞行时间），用传播时间乘以无线电信号的传播速度，就可以获得投饲船体与池塘基围上两个定点之间的距离，利用预先建立的直角坐标系，设立关于该距离与投饲船体在坐标系中的坐标x,y值之间的函数关系方程，从而计算中具体的x,y值，实现对投饲船体的定位。现有定位技术的定位基准是养殖池塘的整圈基围，因此对养殖池塘的基围存在诸多限制，而本发明定位方法的定位基准仅是养殖池塘基围上的两个定点，对池塘基围没有限制条件，并且由于无线电信号的固有传播特点，定位的准确性也不会受到天气因素的影响。

在本自动投饲系统中，投饲船体的即时航向是通过电子罗盘监测的，电子罗盘测量船头方向与地磁场的夹角来确定投饲船体的航向，因此可以实时测量投饲船体的即时航向，其定向基准同样不是池塘基围，因此对池塘基围也没有限制条件。船体沿池塘基围航行时，其航向固定沿着池塘基围的周向，因此，船体在预定的航道上任意一点的航向是事先已知的。如果船体受外力旋转，航向出现变化，但船体此时应该保持的预定航向是已知的，所以控制器可以根据设定航向调整投饲船体的即时航向，使其回复至正确的方向；即使投饲船体在外力作用下突然偏离出了设定的航道，控制器也可以根据记录的历史数据，判定投饲船体在偏离前的航道位置，从而调整投饲船体的即时航向，使其回复至偏离前的航道位置上。

本自动投饲系统采用双船体结构，并将船体上的大部分负载固定在两条船体浮体之间的甲板上，与现有技术相比，其稳定性更好，相对于单体船，双体结构能有效减少船体横向的左右摆动。

进一步的，考虑到养殖池塘的实际大小，航道离池塘基围的距离a的范围值为2～10m，航道宽度b的范围值为2～8m。

本发明的有益效果在于：

1、基于池塘基围上的两个设定点来测定位置，定位不受池塘基围的条件的限制，并且定位准确性大大提高；

2、基于船头方向与地磁场的夹角来测定航向，航向测定也不受池塘基围的影响，定向的准确性也大大提高；

3、由于无线电信号的固有传播特点，定位的准确性不会受到天气因素的影响，利于恶劣天气条件下的自动投饲；

4、双船体结构及负载的合理配置位置，使船体航行及转向的平稳性更好，能有效预防投饲船体在工作中“原地打转”或“侧翻”现象出现。

附图说明

图1为本发明投饲船体的俯视图

图2为本发明投饲船体的左视图

图3为本发明投饲船体的后视图

图4为本发明投饲船体在养殖池塘中航行位置示意图

图5为本发明一种优选定位方案的直角坐标系示意图

图6为本发明另一种优选定位方案的直角坐标系示意图

图7为一种错误的无线信号发射器安装位置示意图

图1～7中：1为投饲船体，2为螺旋桨，3为甲板，4、5为蓄电池，6为控制器，7为无线信号接收器，10为电子罗盘，11为投料机，12为投料口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1～3为投饲船体及其负载的结构图，投饲船体1为双船体结构，由漂浮在水面上的两条并列船形浮体和覆盖在两船形浮体上、将两者连接为一体的甲板3组成；甲板3上安装了电子罗盘10，无线信号接收器7，控制器6和投料机11；两个螺旋桨2数量对称安装在投饲船体1船尾的左右两侧,每个船形浮体上分别配置一个。

本发明的控制及执行单元主要包括控制器6，无线信号发射器，无线信号接收器7，电子罗盘10及螺旋桨2。两个无线信号发射器间隔安装在池塘基围上，电子罗盘10监测投饲船体1的即时航向，并反馈给控制器6，无线信号接收器7接收无线信号发射器发出的无线信号，并反馈给控制器6，控制器6控制两个螺旋桨2的运转。

两个无线信号发射器分别安装在池塘基围的两个相邻转角上，如图5所示。事实上，如果两个无线信号发射器同时安装位于X轴正向的那道塘埂上，如图6中所示，也仅是对本发明技术方案的一种简单变形，其定位原理是相同的，仅是基于坐标系建立的具体函数方程式存在区别。但是，如果两个无线信号发射器不是安装在同一道塘埂上，控制器6计算出的即时坐标位置（x,y）就有可能是（x,y）和（x’,y’）两个坐标，如图7所示，从而导致定位错误。因此，在基于该直角坐标系、并且限定了x﹥0，y﹥0的前提条件下，两个无线信号发射器必须同时位于X轴正向或者Y轴正向，控制器6计算出的即时坐标位置（x,y）才是唯一值。

现以图5为例具体说明本发明的定向及定位原理。

图5中，投饲船体1的设定航道为与池塘基围的距离为a,航道面的宽度为b矩形环面，并且该航道由首尾顺次相连的上、下左、右四个航道段组成，投饲船体1在航道内的设定航向为沿航道周向的逆时针矩形环向，如图中箭头方向所示。针对具体的四个航道段：投饲船体1在下航道段中的设定航向为沿X轴正向，在右航道段中的设定航向为沿Y轴正向，在上航道段中的设定航向为沿X轴负向，在左航道段中的设定航向为沿Y轴负向，每个航道段中的设定航向都是确定的。

投饲船体1在下航道段中航行时，判断其即时坐标位置（x,y）是否偏移了设定航道，只需将y值与区间范围[a,a+b]作比较即可：

如果a≦y≦a+b,并且投饲船体1的即时航向与设定航向保持一致,说明投饲船体1是按设定航道、设定航向航行的，此时投饲船体1保持前行即可；

如果a≦y≦a+b,并且投饲船体1的即时航向相对设定航向右/左偏,说明投饲船体1是按设定航道航行的、但此时航向偏离了设定航向，为防止投饲船体1偏离出设定航道外，船头应向左/右转向，直至即时航向与设定航向保持一致，此时投饲船体1前行；

如果y﹥a+b,说明投饲船体1向左偏离了设定航道，船头应向右转向，直至投饲船体1返回设定航道内，投饲船体1前行；

如果y﹤a,说明投饲船体1向右偏离了设定航道，船头应向左转向，直至投饲船体1返回设定航道内，投饲船体1前行。

投饲船体1在其它设定航道段的航向控制也是类似的原理，在此不再一一赘述。

本发明中投饲船体1的定位及定向均不依赖于对投饲船体1和实际池塘基围之间即时距离的精确测定，因此对实际池塘基围表面是否存在凹凸，是否杂草生长过高，是否外露在水面上的基围高度过低，甚至，对池塘实际形状是否是严格的矩形都不存在种种限制。如图6所示，事实上，受地理环境限制，某些改造池塘只能保证池塘大体上接近矩形，池塘形状态不规整的情况是普遍存在的，由于本发明中的定位取决于预先设定的关于池塘的直角坐标系及坐标系中的两个定点，并且设定的航道是一个区间范围值，因此即使是在形状不太规整的池塘中，只要在坐标系中建立好与实际池塘基围大致相符合的矩形模型池塘基围，并基于该模型池塘基围设定好合理的航道矩形环面，也能够实现精确的自动巡塘，这是现有技术所无法比拟的。

此外，池塘的形状也并不局限于矩形，在三角形，正方形，五边形等多边形的池塘中，都能建立类似的坐标系，投饲船体1在该坐标系中的航道为沿池塘基围的三角环形、正方形环，五边环形等多边形环面航道，投饲船体的航向是相应的多边形环向，投饲船体1的定向及定位控制依然可以利用本发明提供的方法实现。

Claims (2)

1.一种养殖池塘自动投饲系统，所述养殖池塘呈矩形，所述系统包括投饲船体（1）、控制器（6）和投料机（11），其特征在于：

投饲船体（1）为双船体结构，由漂浮在水面上的两条并列船形浮体和覆盖在两船形浮体上、将两者连接为一体的甲板（3）组成，

在甲板（3）上安装电子罗盘（10），无线信号接收器（7），控制器（6）和投料机（11），

在池塘基围的两个相邻转角上分别安装一个无线信号发射器，

螺旋桨（2）数量为两个，对称安装在投饲船体（1）船尾的左右两侧,每个船形浮体上分别配置一个，

电子罗盘（10）监测投饲船体（1）的即时航向，并反馈给控制器（6），

无线信号接收器（7）接收无线信号发射器发出的无线信号，并将无线信号的传播时间反馈给控制器（6），

控制器（6）控制两个螺旋桨（2）的运转，两个螺旋桨（2）等速运转时，投饲船体（1）前行，两个螺旋桨（2）差速运转时，投饲船体（1）向左/向右转向，

以安装了一个无线信号发射器的池塘基围转角为坐标原点，以在该转角相交的池塘基围两边分别为X轴正向、Y轴正向建立直角坐标系，另一个无线信号发射器在坐标系中的坐标为（L，0），

在该坐标系内围绕养殖池塘的矩形基围设定一个矩形环面的航道，所述航道离池塘基围的距离为a,航道的宽度为b，

投饲船体（1）在该航道内的设定航向为沿航道周向的矩形环向，

设无线信号接收器（7）与第一无线信号发射器之间的即时距离为dA，无线信号接收器（7）与第二无线信号发射器之间的即时距离为dB，投饲船体（1）的即时坐标为（x,y），其中，变量x﹥0，变量y﹥0；

通过解如下方程组得到即时坐标位置（x,y）：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dA}}^2=y^2+x^2\\ {\mathrm{dB}}^2=y^2+{(L-x)}^2\end{array}\right.$

将投饲船体（1）的即时坐标位置（x,y）与设定航道作如下比较：

如果即时坐标位置（x,y）向左/右偏离于设定航道外，则船头向右/左转向，直至即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，两螺旋桨等速运转；

如果即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，并且投饲船体（1）的即时航向与设定航向保持一致,两螺旋桨等速运转；

如果即时坐标位置（x,y）位于设定航道内，并且投饲船体（1）的即时航向相对设定航向右偏/左偏,则船头向左/右转向，直至即时航向与设定航向保持一致，两螺旋桨等速运转。

2.根据权利要求1所述的养殖池塘自动投饲系统，其特征在于：所述航道离池塘基围的距离a的范围值为2～10m，航道宽度b的范围值为2～8m。

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