CN104872042A - 利用红外触发式鱼类自主采食系统及采食方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外触发式鱼类自主采食系统及利用该系统实现的误触发检测方法，所述系统包括：传感模块、控制模块、投饵模块、显示模块和无线传输模块；所述传感模块，用于发射红外线，并实时接收鱼类触发后产生的红外反射脉冲；控制模块，通过设置的单片机对传感模块传来的脉冲进行分析判断，并控制显示模块、无线传输模块和投饵模块；投饵模块，由步进电机和食物储存箱组成；显示模块，用于显示当天的投饵状况；无线传输模块，将触发投饵记录无线传输到上位机，并存储。本发明单片机控制，智能化程度高；红外实现无接触传感，通过对脉冲宽度设置，可对大型鱼类、小型鱼类或鱼苗进行检测，准确度高；回波检测算法，能准确消除回波抖动及外物干扰，防止误判。
Description
技术领域
本发明涉及鱼类摄食技术领域，尤其涉及一种利用红外触发式鱼类自主采食系统及采食方法。
背景技术
进行鱼类摄食科学研究，阐明影响鱼类摄食行为的因素及其机制，是水产应用科学中一个十分重要的研究方向和领域。在水产养殖过程中，充分的摄食是鱼类赖以快速生长的必要条件，是提高产量的有效保证。鱼类对食物的摄取和摄食活动受到多方面因素的影响，比如生物因素(如鱼的品种)、饲料因素(如饲料适口性、饲料营养)和环境因素(如温度、溶氧)等。通过研究这些影响因素并相应地改进条件，有助于促进养殖鱼类的生长，降低饲料系数，同时减少水中残饵量，提高养殖水质质量，降低水体污染排放。
在摄食科研实验中，常常需要准确地监测并量化鱼类的摄食情况。与畜禽等动物不同，鱼类是生活在水体环境中的，而投喂的饲料在水中会逐渐溶解，使水质恶化，影响鱼类健康。所以在水产养殖过程中，无法在水中长期投放过量的饲料让其自由采食。因此，目前鱼类摄食的常规研究手段主要都是人为地预先设定了投喂时间、投喂频率甚至是投喂量，然后通过以下方法来量化其摄食量：1、直接观察法：通过观察鱼只摄入的饲料颗粒数，来估算其摄食量。2、直接测定法：根据饲料投喂量和摄食后的剩余量来估算鱼类的实际摄食量。3、消化道内含物分析：通过获取并分析鱼类消化道内含物，来定性和定量其摄食情况。
这些常规研究手段，因为受到预定投喂时间和投喂量的影响，所以无法获取鱼类自主摄食的准确数据。目前市场上已有的更多是一些鱼缸自动喂养系统，其功能比较分散，往往是基于一种机械动作喂食系统，如靠手动或定时系统等，而且大多需要人工操作，自动化程度不高。且定时不准确，投料不均匀，可靠性差，投饵与间歇时间设置不合理实时性不高，易浪费饵料，这些都无法满足鱼自动喂养的功能要求，对分析鱼类的生活习性不是太全面，而且数据也不能进行离线分析。现有的中国专利，名称为一种自动感应控制养殖池塘饲料投喂量的系统(申请号为201410697483.5)，该发明是鱼类以外力触碰水下感受器，触发投饵机延时工作，从而实现了依据鱼类的状态定量喂食。但是对于小型鱼、幼鱼甚至是鱼苗来说，其力量弱小，无法对此装置产生有效的外力触碰，因此该装置只适用于较大型的鱼类，不适用于小型鱼类或鱼苗。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种利用红外触发式鱼类自主采食系统及采食方法，所述系统和方法应用于鱼类养殖场、鱼类研究所等场所，通过本系统可对鱼类的生活习性进行有效研究，分析其活动习性，食物消化时间、进食阶段以及鱼群的集体捕食习性等。并且通过测量触发脉宽，实现误差法检测。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
利用红外触发式鱼类自主采食系统，包括：
传感模块、控制模块、投饵模块、显示模块和无线传输模块；所述
传感模块，用于发射红外线，并实时接收鱼类触发后产生的红外反射脉冲；
控制模块，通过设置的单片机对传感模块传来的脉冲进行分析判断，并控制显示模块、无线传输模块和投饵模块；
投饵模块，由步进电机和食物储存箱组成；
显示模块，用于显示当天的投饵状况；
无线传输模块，将触发投饵记录无线传输到上位机，并存储。
利用红外触发式鱼类自主采食方法，包括：
A区域内实时发射红外线，并接收鱼类触发所述区域后产生的红外反射脉冲；
B通过单片机控制模块接收红外反射脉冲的回波信号；
C根据回波信号判断脉冲的宽度，并根据脉冲的宽度判断是否进行投饵；是，则执行步骤D；否则，为误触发；
D由投饵模块进行投饵；
E将触发投饵记录数据无线传输到上位机，并存储。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
单片机控制，智能化程度高。
红外实现无接触传感，通过对脉冲宽度设置，可对大型鱼类、小型鱼类或鱼苗进行检测，准确度高。
回波检测算法，能准确消除回波抖动及外物干扰，防止误判。
附图说明
图1是利用红外触发式鱼类自主采食方法流程图；
图2是红外触发式鱼类自主采食系统结构图；
图3是单片机控制器软件算法工作流程图；
图4是误触发检测事件流程图；
图5是红外触发式鱼类自主采食系统硬件原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为利用红外触发式鱼类自主采食方法流程，所述方法包括：
步骤10区域内实时发射红外线，并接收鱼类触发所述区域后产生的红外反射脉冲；
红外传感器在一定距离区域内实时发射红外线，有鱼类经过该区域便触发，产生红外反射脉冲。
步骤20通过单片机控制模块接收红外反射脉冲的回波信号；
单片机控制模块通过I/O口和中断连接红外传感器，红外传感器产生红外反射脉冲后，单片机中断立马触发，便通知I/O口接收完整回波信号。
步骤30根据回波信号判断脉冲的宽度，并根据脉冲的宽度判断是否进行投饵；是，则执行步骤步骤40；否则，为误触发；
当脉冲宽度小于设定脉冲宽度一定范围值可认为是由外部波动干扰产生的误触发，当脉冲宽度大于设定脉冲宽度一定范围值可认为是由固定物体(如死鱼、沉淀物等)产生的误触发；
步骤40由投饵模块进行投饵；
脉冲宽度符合设定脉冲宽度范围值时，便控制步进电机进行投食。
步骤50将触发投饵记录数据无线传输到上位机，并存储。
图2为红外触发式鱼类自主采食系统结构图，所述系统包括：传感模块、控制模块、投饵模块、显示模块和无线传输模块；所述
传感模块，用于发射红外线，并实时接收鱼类触发后产生的红外反射脉冲；
控制模块，通过设置的单片机对传感模块传来的脉冲进行分析判断，并控制显示模块、无线传输模块和投饵模块；
投饵模块，由步进电机和食物储存箱组成；
显示模块，用于显示当天的投饵状况；
无线传输模块，将触发投饵记录无线传输到上位机，并存储。
上述传感模块为红外传感器。
上述单片机采用C8051F340单片机作为主控模块。
设置有单片机的控制模块通过I/O口和中断连接红外传感器。
上述控制模块控制投饵模块中的步进电机转动一定角度，且步进电机转动的角度与投饵量成正比。
图3为单片机控制器软件算法工作流程图，主程序是检测鱼缸内各种环境参数从而进行智能控制的主监控程序，根据模块化的设计思想可以将系统功能划分为多个子任务，每个子任务由对应的子程序运行来实现。通过主程序将各个子程序整合起来就可以实现实时投饵等功能，研究鱼群的活动规律与食物链结构，从而为鱼类进化研究提供一些有利信息。
红外传感器在一定距离区域内实时发射红外线，有鱼类经过该区域便触发，产生红外反射脉冲；单片机控制模块通过I/O口和中断连接红外传感器，红外传感器产生红外反射脉冲后，单片机中断立马触发，便通知I/O口接收完整回波信号；图4为误触发检测事件流程图，根据回波信号进行脉冲宽度判断，当脉冲宽度小于一定值可认为是由外部波动干扰产生的误触发，当脉冲宽度大于一定值可认为是由固定物体(如死鱼、沉淀物等)产生的误触发；当脉冲宽度符合设定脉冲宽度时，便控制步进电机进行投食物；投饵记录数据通过无线发送到上位机。
图5为红外触发式鱼类自主采食系统硬件原理图。本设计选用C8051F340单片机作为自动喂食系统的核心控制器，加上外设备组成单片机最小系统，用红外传感器采集获取鱼类活动信息，输入单片机处理，单片机控制各执行机构实现自动投饵，参数实时显示，再通过无线模块把数据传输出去等功能，力求系统集成化高，结构小巧，操作简单。
其中主控制芯片采用C8051F340，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线ISP下载程序，功耗低，能够满足该系统软件的需要，有两个中断控制器，最高48MIPS执行速度。可通过扫描方式实时监测红外传感器的反射信号，测量其脉宽、接收频率，并对其进行分析。红外传感器选择NPN三线漫反射红外传感器，检测范围为10-200cm±10％。电机控制投食模块：考虑到步进电机有较高的位置精度，可控制仓门开口大小，从而达到控制投食量。显示模块：选用128*64LCD实现系统数字和字符的显示。把仓门开启的次数以及所剩食物量信息加以实时显示，通过SPI串口模式对输送液晶显示信息。数据传输模块：通过单片机C8051F340内部的USB控制器作为传输模块，可外接无线收发模块与内部进行通信，把采集到的信息发送到客服端进行离线分析，客服也可以发送控制命令对鱼类自动喂食系统进行有效控制。
上述实施例设计的观赏鱼自动喂养系统，采用单片机为控制芯片，实现定时定量投饵，分析鱼类的活动规律，对研究鱼类的觅食物习惯与规律很有帮助。系统体积小，重量轻，自动化程度高，操作简便，能够实现科学、自动喂养，用户可以通过按键选择，设定自动喂养系统的各项工作参数，从而控制喂养系统工作。在软件设计上，本设计用C语言进行编程，采用模块化的编程方法，采用中断方式检测鱼类的反射红外波形，各模块间独立程度高，避免了模块间的相互影响，对系统整体进行了综合调试，运行效果良好，设计比较完善。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.利用红外触发式鱼类自主采食系统，其特征在于，所述系统包括：传感模块、控制模块、投饵模块、显示模块和无线传输模块；所述
传感模块，用于发射红外线，并实时接收鱼类触发后产生的红外反射脉冲；
控制模块，通过设置的单片机对传感模块传来的脉冲进行分析判断，并控制显示模块、无线传输模块和投饵模块；
投饵模块，由步进电机和食物储存箱组成；
显示模块，用于显示当天的投饵状况；
无线传输模块，将触发投饵记录无线传输到上位机，并存储。
2.如权利要求1所述的利用红外触发式鱼类自主采食系统，其特征在于，所述传感模块为红外传感器。
3.如权利要求1所述的利用红外触发式鱼类自主采食系统，其特征在于，设置有单片机的控制模块通过I/O口和中断连接红外传感器。
4.如权利要求1所述的利用红外触发式鱼类自主采食系统，其特征在于，所述控制模块中设置的单片机为C8051F340单片机。
5.如权利要求1所述的利用红外触发式鱼类自主采食系统，其特征在于，所述控制模块控制投饵模块中的步进电机转动，且步进电机转动的角度与投饵量成正比。
6.利用红外触发式鱼类自主采食方法，其特征在于，所述方法包括：
A区域内实时发射红外线，并接收鱼类触发所述区域后产生的红外反射脉冲；
B通过单片机控制模块接收红外反射脉冲的回波信号；
C根据回波信号判断脉冲的宽度，并根据脉冲的宽度判断是否进行投饵；是，则执行步骤D；否则，为误触发；
D由投饵模块进行投饵；
E将触发投饵记录数据无线传输到上位机，并存储。
7.如权利要求6所述的利用红外触发式鱼类自主采食方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：单片机控制模块通过I/O口和中断连接红外传感器，红外传感器产生红外反射脉冲后，单片机中断立马触发，便通知I/O口接收完整回波信号。
8.如权利要求6所述的利用红外触发式鱼类自主采食方法，其特征在于，所述步骤C中根据脉冲的宽度判断是否进行投饵具体包括：
当脉冲宽度小于或大于设定的脉冲宽度值时，判断为误触发；
当脉冲宽度符合设定的脉冲宽度值时，则进行投饵。
9.如权利要求6所述的利用红外触发式鱼类自主采食方法，其特征在于，所述误触发包括由外部波动干扰产生的误触发和由固定物体产生的误触发。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |