CN104969897A - 使用mems加速度传感器的养殖鱼类摄食信息探测器 - Google Patents

Abstract

本发明属水产养殖业使用的养殖鱼类摄食信息传感探测设备，特别涉及一种使用“MEMS加速度传感器”的养殖鱼类摄食信息探测器，由多个探头T1-Tn及与多个探头T1-Tn相连接的信号电缆总线8等组成，每个探头Tn由内部焊接在同一块电路板上的MEMS加速度传感器单元2及微处理器单元3等组成，是一种适用于各种水体，能为投饵机的微电脑主控制器9提供摄食鱼群体范围大小及吃食的激烈程度等信息的养殖鱼类摄食信息传感探测设备。

Description

使用MEMS加速度传感器的养殖鱼类摄食信息探测器

技术领域

本发明属水产养殖业使用的养殖鱼类摄食信息传感探测设备，特别涉及一种使用“MEMS加速度传感器”的养殖鱼类摄食信息探测器。 

背景技术

目前国内集约化水产养殖业所使用的自动投饵装备大都是属于非监测与反馈形式的设备，只能根据预先编好的程序或者设置好的机械状态按一定的时间间隔投喂，普遍存在的最大问题是在脱离人工控制的情况下只能以恒定的速度投饲而不能根据鱼的吃食情况自行调整投饲范围和投饲速度，由于投饲速度不变而鱼类吃食速度与数量却随着外界条件（如溶氧﹑水温﹑水质等）的变化而变化，尤其是在内陆的大水面养殖的情况下更加显著，如果不考虑这些因素那么投饲速度过快会造成一部分饲料因不能被鱼类及时吃掉而沉底浪费，并且严重污染水质，如果投饲速度过慢就会使一部分抢食能力强的鱼类吃食过饱才停止投饲有可能造成大小不同规格的鱼发生吃食不均的情况，还会拉长投饲时间影响鱼类生长，因此迫切需要一种能够对养殖鱼类的摄食状态进行及时探测和反馈的装置。 

国外反馈和判断摄食情况的简单办法是利用气力提升泵和水下摄像机。当被气力提升泵提升上来的残余饵料颗粒的数量达到一个显著值时，操作者就可以停止投饵，此外一些养殖场也在投饵时使用水下摄像机来观察摄食情况，目前，气力提升和水下摄像也仅仅只是一种操作者对投饵和摄食情况做出判断的协助手段而已，可靠性和自动化水平均有待提高。 

除气力提升和水下摄像外，传感器也是一种常用的监测手段。传感器系统收集到的数据可以直接作为自动控制程序中的变量来控制投饵。目前常用的主要是红外传感器和水底声波传感器。红外传感系统的基本原理是用设置在养殖容器下方的传感器测试沉降到残饵收集装置中的残余饲料颗粒数量；当散落到收集装置中的饲料量占总投饵量的比值达到 “投饵专家软件”设定的边界值时，说明鱼已经吃饱，可以停止投饵。 

声波传感系统的基本原理为传感器朝水面安装在养殖容器下方，生成鱼和饲料颗粒的影像图片，通过影像图片监视残饵量或者养殖对象的行为来决定是否停止投饵。声波传感监测残饵量的典型应用是AKVA公司的多普勒单元，该仪器能将饲料颗粒和其它物质区分开来，然后判断沉降到养殖容器底部的饲料量是否达到了一个显著水平。Feed—ingSystemsA．S．公司的一款类似产品——ThePeneye则使用了水下传感器来监测网箱中鱼的位置和密度。一般情况下．鱼位置的改变跟鱼食欲的变化是相关的  。当鱼饥饿时，鱼将浮到水面去抢食饵料；当鱼的食欲开始降低时，这种聚集到水面的趋势也会降低。投喂饵料时如果鱼聚集在网箱的底部，通常说明鱼已经吃饱了。利用软件分析鱼群位置和密度信号可以为投饵机的控制系统提供基本的参考数据（引自2008年 8月“南 方 水 产” 第4卷第4期《水产养殖自动投饵装备研究进展与应用》作者；庄保陆 ，郭根喜）。 

以上几种国外的检测与反馈装置基本原理相似但都是以恒定的投饲速度为前提，其一以鱼群争食速度减慢，部分饲料来不及被鱼吃掉开始沉底作为鱼类吃饱的标志，其二以鱼群从水面下沉到网箱底部为标志，而当鱼群从水面上下沉时，则往往意味着投饲速度已高于鱼类的争食速度，因此都会有一定程度上的饲料浪费，装置成本高并且只适用于网箱等较小体积的情况，不适用于大水面养殖。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种适用于各种水体，能随时监测吃食鱼群大小及吃食的激烈程度的一种养殖鱼类摄食信息探测器，为投饵机的微电脑主控制器提供充分完整的摄食信息。 

本发明的具体技术方案 

养殖鱼类摄食信息探测器采用多探头探测方式，每个探头内部装有一块将MEMS加速度传感器单元与微处理器单元及其他元器件焊接在一起的电路板 ,MEMS加速度传感器单元具有智能检测撞击和晃动等功能，其功耗极低，灵敏度高及抗干扰性能好且可编程，具有成本低及可靠性好等优点，非常适合于养殖鱼类摄食活动的检测，MEMS加速度传感器单元和微处理器单元之间单独进行通讯，微处理器单元再与主控制器之间通过信号电缆进行信息交换。

在鱼群摄食的范围内每隔一定距离在水面下放入一个检测探头，放置探头的数量及方法根据不同的养殖方式有所不同，以大水面养殖为例，从投饵机放置地点为起点，穿过鱼群中心沿直线每隔一定距离在水面下放入一个探头，每个探头由信号总线电缆分支连接在一起，再与投饵机的主控制系统相连接，小水体如网箱等一般采用分散放置方法来放置足够数量的探头以保证需要的精确度。 

当投喂饲料时鱼会聚集到一起抢食饲料从而不断对探头产生碰撞，不同位置探头内的MEMS加速度传感器单元就会发出数字信息，再由微处理器单元将处理后的信息（包含探头位置，碰撞频率，碰撞力度等信息）通过信号总线电缆传回到投饵机的主控制器上，主控制器收集到各个探头发来的信息后，利用软件分析鱼群范围大小和吃食的激烈程度就可以控制投饵机随时根据鱼群的吃食情况调整投饲范围（大水面养殖）及投饲速度。 

本发明的有益效果是：能够即时监测养殖鱼类的吃食情况，为投饵机的控制系统提供充分的参考数据从而控制投饵机随时根据鱼群的吃食情况调整投饲范围（大水面养殖）及投饲速度，并由分析软件根据检测数据在判断鱼类达到一定的饱食度后关闭投饵机以减少饲料的浪费和因此对生态系统的污染。 

附图说明

附图1是封装在各个探头T1-Tn内部的电路板中MEMS加速度传感器单元2与微控制器单元3之间及微控制器单元3与主控制器9的连接关系，每个探头T1-Tn的内部构造是完全相同的。

附图2是每个探头T1-Tn在大水面水体中的实际位置分布及与投饵机10的连接关系。

具体实施方式

下面通过具体一个实施例并结合附图，对本发明作进一步地描述， 

MEMS加速度传感器单元2与微控制器单元3之间连接有一根数据线4,和一根时钟线5，采用I2C方式进行通讯，微控制器单元3与主控制器9之间通过信号总线电缆8中的连线6,7进行信息交换， 主控制器9控制投饵机10向水中抛撒饲料。

从投饵机10所在的投料台11开始向外每隔1米放置一个检测探头T1-Tn，本例中共放置n个，当鱼群开始摄食时就聚集到料台11附近的上层水域中并碰撞在鱼群范围内的探头T1-Tn，鱼越多其所占的水域面积就越大，碰撞的探头Tn数量就越多，鱼抢食越激烈，其碰撞探头Tn的力度也越大，碰撞频率也越高，各个探头T1-Tn将初步处理后的数据传递到主控制器后，主控制器的CPU根据这几种采集的数据用软件进行分析后控制投饵机随时根据鱼群的吃食情况调整投饲范围（大水面养殖）及投饲速度，并由分析软件根据检测数据在判断鱼类达到一定的饱食度后关闭投饵机停止投饲从而达到既满足鱼群摄食速度的需要，又不浪费饲料的目的。 

  

Claims (3)

1.一种使用“MEMS加速度传感器”的养殖鱼类摄食信息探测器，其特征在于使用“MEMS加速度传感器”作为养殖鱼类摄食信息探测单元。

2.根据权利要求1所述的一种使用“MEMS加速度传感器”的养殖鱼类摄食信息探测器，其特征还在于每个探头（Tn）内部的MEMS加速度传感器单元（2）与微处理器单元（3）焊在同一块电路板上相互之间单独进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种使用“MEMS加速度传感器”的养殖鱼类摄食信息探测器，其特征还在于每个探头（Tn）内部的微处理器单元（3）与主控制器（9）之间通过一条信号总线电缆（8）进行信息交换。