CN105557603A - 自动喂鱼装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及鱼类饲养技术领域，特别涉及一种自动喂鱼装置，包括检测单元、信号处理单元以及饵料投放单元，所述检测单元的部分位于水面以下用于检测鱼和检测单元之间的触碰信号，信号处理单元接收到检测单元输出的触碰信号后驱动饵料投放单元动作进行饵料投放；同时还公开了该装置的控制方法。经过短时间训练的鱼在饿的时候会主动去本装置所在位置游动，游动的时候自然就会触碰到检测单元，本装置只有在鱼类触碰到检测单元时才进行投料，这样就能应用于鱼类主动摄食行为的研究，同时这种饲喂方式更加科学，不会出现多投料或少投料的现象。

Description

自动喂鱼装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及鱼类饲养技术领域，特别涉及一种自动喂鱼装置及其控制方法。

背景技术

鱼类摄食行为的研究很容易受到人为因素以及环境因素干扰，为了准备记录和分析鱼类的摄食行为(时间、频率、质量)，需要在安静或者黑暗的条件下分析鱼类的摄食，由于不能通过人工饲喂，这就需要有一种自动饲喂装置，能够实现鱼类的自动饲喂、记录鱼类摄食行为的相关参数、能够将参数上传至电脑中便于分析。

就目前来说，大多数的鱼类自动饲喂装置都是定时定量喂食的。比如名称为《一种鱼缸自动喂鱼装置》的发明专利(申请号：200910198157.9，公开日：2011年05月11日)中公开了如下方案：一种鱼缸自动喂鱼装置，包括鱼缸和鱼缸盖，在鱼缸盖上设置一轴心垂直的圆筒式鱼食筒，鱼食筒的轴心位置配置一根螺旋送料轴，螺旋送料轴由电机经减速机构带动，电机由定时器控制开启和关闭，针对鱼食筒的下方出口，鱼缸盖上开设相应的喂食孔。通过定时器每隔一段时间驱动电机投入一定量的饲料，达到自动喂鱼的目的。这个装置虽然能够实现宠物鱼的自动饲喂，但是由于它是定时定量的进行投喂的，故不能用于鱼类摄食行为的研究，因为通过这个装置喂食的鱼不能依据生理节律主动摄食。另外，当鱼缸中的鱼数量发生变化或者鱼的大小发生变化时，鱼饵的投喂量是不同的，上述发明中的自动饲喂装置对鱼饵的投放量不能很好的控制，容易造成多投料或少投料现象。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种自动喂鱼装置，能够根据鱼类触碰信号实现自动喂鱼。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种自动喂鱼装置，包括检测单元、信号处理单元以及饵料投放单元，所述检测单元的部分位于水面以下用于检测鱼和检测单元之间的触碰信号，信号处理单元接收到检测单元输出的触碰信号后驱动饵料投放单元动作进行饵料投放。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：经过短时间训练的鱼在饿的时候会主动去本装置所在位置游动，游动的时候自然就会触碰到检测单元，本装置只有在鱼类触碰到检测单元时才进行投料，这种饲喂方式更加科学，不会出现多投料或少投料的现象。

本发明的另一个目的在于提供一种自动喂鱼装置的控制方法，提高自动饲喂装置的智能化、合理化。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种自动喂鱼装置的控制方法，包括如下步骤：(A)信号处理单元判断是否接收到检测单元输出的触碰信号，若接收到，执行步骤B，否则执行步骤C；(B)信号处理单元判断距离上次投料是否超过指定时间T_MIN，若超过，则信号处理单元驱动饵料投放单元投料，否则不进行投料；返回步骤A；(C)信号处理单元判断单位时间内平均投料量是否小于设定值M，若小于，则信号处理单元驱动饵料投放单元投料，否则不进行投料；返回步骤A。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过设置时间T_MIN，避免连续多次投放饵料造成饵料浪费，通过设置最小投料量M，避免一开始鱼类触碰次数少导致投料少现象；以上保证了饵料投放量的合理，不会造成浪费。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是检测单元的结构剖视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是检测单元另一个实施例的结构剖视图；

图5是电源转换电路的电路图；

图6是传感器输入信号处理电路的电路图；

图7是MCU控制电路的电路图；

图8是继电器控制电路的电路图；

图9是RS485电路的电路图；

图10是JTAG电路的电路图；

图11是本发明的结构剖视图；

图12是图11的B-B剖视图；

图13是本发明的结构示意图；

图14是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图14，对本发明做进一步详细叙述。

参阅图1，一种自动喂鱼装置，包括检测单元10、信号处理单元20以及饵料投放单元30，所述检测单元10的部分位于水面以下用于检测鱼和检测单元10之间的触碰信号，信号处理单元20接收到检测单元10输出的触碰信号后驱动饵料投放单元30动作进行饵料投放。将检测单元10的部分置于水下，这样鱼在游的时候，就会触碰到检测单元10，当有触碰时，饵料投放单元30才进行投料，初次使用时鱼类可能是无意中碰到的，但是使用一段时间后，鱼类在需要觅食的时候自然会在该装置周围游荡，游荡的过程中会产生触碰，也就实现了鱼类的自主喂食。

由于本装置中的喂食方式是鱼类依据生理节律主动摄食的，此时鱼类的摄食行为就能够用来进行分析和研究。本装置还能用于普通的家用宠物鱼缸的宠物鱼自动喂食，不同于其他饲喂装置，本装置的投料量与鱼的数量、鱼的大小、鱼的食量均无关系，其主要依据鱼的自主触碰实现自动饲喂的，适用性更广，并且也不会出现投料多或投料少的现象，避免了饲料的浪费。

参阅图2-图4，优选地，检测单元10的结构有很多的实现方式，只要能检测到鱼类的触碰即可。所述的检测单元10包括固定座11和探针12，固定座11位于水面以上，探针12沿铅垂方向布置，探针12上段的部分杆身与固定座11构成活动式连接且探针12可绕该部分杆身的中心点自由摆动，当鱼触碰到探针12时，探针12就会进行摆动，这样，监测鱼类的触碰信息就等同于监测探针12的摆动，而探针12的摆动监测起来自然很容易。由于这里需要对探针12通电，为了防止对鱼缸内的鱼造成影响，探针12的下段伸入水面之下且探针12位于水面下的部分由绝缘材料制成。

实现探针12自由摆动的实施方式有多种，这里提供两种实施例以供参考。

实施例一，参阅图2、图3，所述的固定座11包括两个彼此平行布置的侧板111，侧板111所在的面与水平面相垂直；两个侧板111间设置有圆环13，圆环13与探针12同芯布置，探针12的外周壁上设置有两个同芯布置的第一销轴121，圆环13的外周壁上设置有两个同芯布置的第二销轴131，第一销轴121、第二销轴131、探针12三者的轴芯相交且两两垂直，第一销轴121自圆环13上开设的通孔中穿过，第二销轴131自侧板111上开设的通孔中穿过，第一、二销轴121、131的外径略小于其所穿过的通孔孔径，这样就能在通孔中旋转。第一、二销轴121、131的设置，保证了探针12可以绕第一、二销轴121、131交点自由摆动。

实施例二，参阅图4，所述的固定座11包括两个彼此平行布置的侧板111，侧板111所在的面与水平面相垂直；两个侧板111间设置有球头座15，探针12上段部分杆身上设置有球头124，球头124的球心位于探针12的轴芯上，球头124可在球头座15中自由转动。球头124和球头座15的设置，保证了探针12可以绕球头124的球心自由摆动。

本实施例中，由于鱼类的触碰力度较小，考虑到检测的准确性，保证鱼类在触碰的时候，探针12会发生摆动，这里优选使用图2所示的方案。

为了方便的检测到探针12的摆动信息，这里优选地，所述固定座11还包括连接两个侧板111的顶板112，顶板112与侧板111的上边缘相连，顶板112下端面上固定有铜套14；探针12包括导电材料制成的上杆体122和绝缘材料制成的下杆体123，上杆体122的上端悬置于铜套14内且当探针12自由摆动时上杆体122与铜套14的内壁相接触产生所述的触碰信号。当探针12摆动时，其上杆体122与铜套14相接触，当探针12位于铅垂位置时，其上杆体122与铜套14不接触，上杆体122和铜套14相当于一个虚拟的开关，接触时“开关”导通，不接触时“开关”断开，这样只要将上杆体122、铜套14分别作为“开关”的一端与信号处理单元20相连，信号处理单元20监测这个“开关”通断状态即可。

参阅图1，所述的信号处理单元20包括电源转换电路21、传感器输入信号处理电路22、MCU控制电路23以及继电器控制电路24，电源转换电路21为传感器输出信号处理电路22、MCU控制电路23以及继电器控制电路24提供电源，传感器输出信号处理电路22接收检测单元10输出的触碰信号并进行光耦隔离后将信号传至MCU控制电路23，MCU控制电路23提供控制信号和数据处理功能，其中的数据处理功能是根据需要设定的。继电器控制电路24接收到控制信号后驱动饵料投放单元30动作。设置传感器输出信号处理电路22后，用于将微弱的触碰信号转换成MCU控制电路23可以接收的信号，同时光耦隔离器的设置可以对MCU控制电路23起到保护作用。各电路的具体实施方式多样，这里提供一种具体的实施方式仅供参考。

参阅图5，所述的电源转换电路21包括电平转换芯片U1、U2，电平转换芯片U1将输入电压VCC转换成电压VCC1，用于给继电器控制电路24和传感器输入信号处理电路22中的光耦提供所需的驱动电源，电平转换芯片U2将电压VCC1转换成电压VCC2，用于给传感器输入信号处理电路22、MCU控制电路23提供所需的驱动电源。电路中二极管D1用做防反接，电容C1、C3、C5用作去纹波，电容C2、C4、C6用作去耦合，电阻R1、R2分别给发光二极管D2、D3分压，发光二极管D2、D3分别是VCC1和VCC2的指示灯，J1为电源接口。由于各电路对电源电压的需求不同，这里设置了两个电平转换芯片U1、U2，以满足电路使用需求。

参阅图6，传感器输入信号处理电路22包括光电耦合器U3，光电耦合器U3的输入端正极接探针12，铜套14经过电阻R5与VCC1相连，光电耦合器U3的输入端负极接地，光电耦合器U3的输出端正极经过电阻R6与VCC2相连，光电耦合器U3的输出端负极与MCU控制电路相连并通过电阻R7接地，二极管D4和电阻R8并联在电阻R7的两端。电路中，J2为外部传感器接口，电阻R5是传感器分压电阻，电阻R6、R7是隔离后信号分压电阻，二极管D4为防浪涌二极管，电阻R8为防静电压敏电阻。

参阅图7，MCU控制电路23包括单片机U6，单片机U6的DVCC引脚接VCC1并通过电容C7接单片机U6的DVSS引脚，电容C7为去耦合电容，单片机U6的P1.0引脚与光电耦合器U3的输出端负极相连，单片机U6的XIN引脚、XOUT引脚之间连接有晶振Y1。

参阅图8，继电器控制电路24包括三极管Q1、继电器U5，三极管Q1的基极通过电阻R12接单片机U6的P3.3引脚，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R14接继电器U5线圈的一端，继电器U5线圈的另一端接VCC1，串联后的电阻R13和发光二极管D6以及二极管D5均并联在继电器U5线圈的两端，继电器U5的公共端触点接VCC，继电器U5的常开触点与饵料投放单元30中的电机32输入端正极相连。继电器控制电路24控制继电器U5为外部设备即电机32供电，三极管Q1为开关型三极管，电阻R12为限流电阻，电阻R13为分压电阻，发光二极管D6继电器开关指示灯，二极管D5为续流二极管，电阻R14为限流电阻，J4为外部接口。

作为本发明的优选方案，所述的信号处理单元20还包括RS485电路25、JTAG电路26；设置RS485电路25后，MCU控制电路23可以将数据输出，方便数据的存储、分析，当然，也可以设置无线通讯模块，MUC控制电路23通过无线的方式将数据传输出去。设置JTAG电路26，方便对MCU控制电路23内的程序进行修改。

参阅图7，MCU控制电路23还包括发光二极管D7、D8，单片机U6的P3.1引脚经过发光二极管D7、电阻R3后接VCC2，单片机U6的P3.0引脚经过发光二极管D8、电阻R4接VCC2；电阻R3、R4分别给发光二极管D7、D8分压，发光二极管D7、D8分别是作为程序运行指示灯。

参阅图9，RS485电路25包括485总线芯片U4，485总线芯片U4的RO引脚、RE和OE引脚、DI引脚分别与单片机U6的RXD引脚、P1.3引脚、TXD引脚相连，485总线芯片U4的VCC引脚接电源转换电路21的VCC2、GND引脚接地，485总线芯片U4的A、B引脚间串联有电阻R9且A、B引脚分别通过电阻R10、R11与485总线接口J3的引脚2、3相连，485总线接口J3的引脚1、4分别接VCC1和接地。本电路提供485总线接口，电阻R9为匹配电阻，电阻R10、R11为保护用限流电阻，J3为外部接口。

参阅图10，JTAG电路26包括JTAG接口J5，JTAG接口J5的引脚1、2、3、5、7、8、11分别与单片机U6的TDO引脚、DVCC引脚、TDI引脚、TMS引脚、TCK引脚、TEST引脚、RST引脚相连，JTAG接口J5的引脚9接地，JTAG接口J5的引脚11分别通过电阻R15接VCC2、通过电容C8接地。JTAG接口J5为下载接口，电阻R15将单片机U6的RST引脚拉高，电容C8为防抖动电容。

参阅图11-图13，进一步地，所述饵料投放单元30包括料仓31、电机32、堵块33；料仓31用于盛放鱼饵，料仓31的下方设置有方形的出料口；堵块33呈圆柱状，堵块33的轴芯与出料口所在的面平行且堵块33与出料口构成堵塞配合，这里所说的堵塞配合，就是指堵块33不转动的时候正好将料仓31的出料口堵住。堵块33的外周壁上平行于轴芯方向开设有凹槽331，凹槽331的设置，使得堵块33绕轴芯转动时，能够带出容纳在凹槽331中的饵料，这样，通过设置凹槽331的大小和电机32的转速，就能精确的控制饵料的投入量。电机32的转轴与堵块33轴芯平行布置。需要说明的是，图11和图13中的标记为32的电机包括了电机的减速齿轮部分。

优选地，本装置还包括外壳40，固定座11、信号处理单元20的电路板以及电机32均固定在外壳40上，外壳40的部分壳体呈开口朝上的盒状形成所述料仓31，如图11所示。

参阅图13，本发明还公开了一种如前面所述的自动喂鱼装置的控制方法，包括如下步骤：(A)信号处理单元20判断是否接收到检测单元10输出的触碰信号，若接收到，执行步骤B，否则执行步骤C；(B)信号处理单元20判断距离上次投料是否超过指定时间T_MIN，若超过，则信号处理单元20驱动饵料投放单元30投料，否则不进行投料；返回步骤A；(C)信号处理单元20判断单位时间内平均投料量是否小于设定值M，若小于，则信号处理单元20驱动饵料投放单元30投料，否则不进行投料；返回步骤A。指定时间T_MIN以及设定值M都可以根据鱼缸内鱼的数量、特性等进行设置。指定时间T_MIN的设定，避免了连续投料，减少浪费；设定值M的设定，避免了投料过少的现象，特别是在初次使用的时候，这个时候鱼对于探头12没有任何的感觉，也不知道触碰后会有饵料投下。

Claims (10)

1.一种自动喂鱼装置，其特征在于：包括检测单元(10)、信号处理单元(20)以及饵料投放单元(30)，所述检测单元(10)的部分位于水面以下用于检测鱼和检测单元(10)之间的触碰信号，信号处理单元(20)接收到检测单元(10)输出的触碰信号后驱动饵料投放单元(30)动作进行饵料投放。

2.如权利要求1所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述的检测单元(10)包括固定座(11)和探针(12)，固定座(11)位于水面以上，探针(12)沿铅垂方向布置，探针(12)上段的部分杆身与固定座(11)构成活动式连接且探针(12)可绕该部分杆身的中心点自由摆动，探针(12)的下段伸入水面之下且探针(12)位于水面下的部分由绝缘材料制成。

3.如权利要求2所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述的固定座(11)包括两个彼此平行布置的侧板(111)，侧板(111)所在的面与水平面相垂直；两个侧板(111)间设置有圆环(13)，圆环(13)与探针(12)同芯布置，探针(12)的外周壁上设置有两个同芯布置的第一销轴(121)，圆环(13)的外周壁上设置有两个同芯布置的第二销轴(131)，第一销轴(121)、第二销轴(131)、探针(12)三者的轴芯相交且两两垂直，第一销轴(121)自圆环(13)上开设的通孔中穿过，第二销轴(131)自侧板(111)上开设的通孔中穿过。

4.如权利要求3所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述固定座(11)还包括连接两个侧板(111)的顶板(112)，顶板(112)与侧板(111)的上边缘相连，顶板(112)下端面上固定有铜套(14)；探针(12)包括导电材料制成的上杆体(122)和绝缘材料制成的下杆体(123)，上杆体(122)的上端悬置于铜套(14)内且当探针(12)自由摆动时上杆体(122)与铜套(14)的内壁相接触产生所述的触碰信号。

5.如权利要求4所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述的信号处理单元(20)包括电源转换电路(21)、传感器输入信号处理电路(22)、MCU控制电路(23)以及继电器控制电路(24)，电源转换电路(21)为传感器输出信号处理电路(22)、MCU控制电路(23)以及继电器控制电路(24)提供电源，传感器输出信号处理电路(22)接收检测单元(10)输出的触碰信号并进行光耦隔离后将信号传至MCU控制电路(23)，MCU控制电路(23)提供控制信号和数据处理功能，继电器控制电路(24)接收到控制信号后驱动饵料投放单元(30)动作。

6.如权利要求5所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述的电源转换电路(21)包括电平转换芯片U1、U2，电平转换芯片U1将输入电压VCC转换成电压VCC1，用于给继电器控制电路(24)和传感器输入信号处理电路(22)中的光耦提供所需的驱动电源，电平转换芯片U2将电压VCC1转换成电压VCC2，用于给传感器输入信号处理电路(22)、MCU控制电路(23)提供所需的驱动电源；

传感器输入信号处理电路(22)包括光电耦合器U3，光电耦合器U3的输入端正极接探针(12)，铜套(14)经过电阻R5与VCC1相连，光电耦合器U3的输入端负极接地，光电耦合器U3的输出端正极经过电阻R6与VCC2相连，光电耦合器U3的输出端负极与MCU控制电路相连并通过电阻R7接地，二极管D4和电阻R8并联在电阻R7的两端；

MCU控制电路(23)包括单片机U6，单片机U6的DVCC引脚接VCC1并通过电容C7接单片机U6的DVSS引脚，单片机U6的P1.0引脚与光电耦合器U3的输出端负极相连，单片机U6的XIN引脚、XOUT引脚之间连接有晶振Y1；

继电器控制电路(24)包括三极管Q1、继电器U5，三极管Q1的基极通过电阻R12接单片机U6的P3.3引脚，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过电阻R14接继电器U5线圈的一端，继电器U5线圈的另一端接VCC1，串联后的电阻R13和发光二极管D6以及二极管D5均并联在继电器U5线圈的两端，继电器U5的公共端触点接VCC，继电器U5的常开触点与饵料投放单元(30)中的电机(32)输入端正极相连。

7.如权利要求6所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述的信号处理单元(20)还包括RS485电路(25)、JTAG电路(26)；

MCU控制电路(23)还包括发光二极管D7、D8，单片机U6的P3.1引脚经过发光二极管D7、电阻R3后接VCC2，单片机U6的P3.0引脚经过发光二极管D8、电阻R4接VCC2；

RS485电路(25)包括485总线芯片U4，485总线芯片U4的RO引脚、RE和OE引脚、DI引脚分别与单片机U6的RXD引脚、P1.3引脚、TXD引脚相连，485总线芯片U4的VCC引脚接电源转换电路(21)的VCC2、GND引脚接地，485总线芯片U4的A、B引脚间串联有电阻R9且A、B引脚分别通过电阻R10、R11与485总线接口J3的引脚2、3相连，485总线接口J3的引脚1、4分别接VCC1和接地；

JTAG电路(26)包括JTAG接口J5，JTAG接口J5的引脚1、2、3、5、7、8、11分别与单片机U6的TDO引脚、DVCC引脚、TDI引脚、TMS引脚、TCK引脚、TEST引脚、RST引脚相连，JTAG接口J5的引脚9接地，JTAG接口J5的引脚11分别通过电阻R15接VCC2、通过电容C8接地。

8.如权利要求6所述的自动喂鱼装置，其特征在于：所述饵料投放单元(30)包括料仓(31)、电机(32)、堵块(33)；料仓(31)用于盛放鱼饵，料仓(31)的下方设置有方形的出料口；堵块(33)呈圆柱状，堵块(33)的轴芯与出料口所在的面平行且堵块(33)与出料口构成堵塞配合，堵块(33)的外周壁上平行于轴芯方向开设有凹槽(331)；电机(32)的转轴与堵块(33)轴芯平行布置。

9.如权利要求6所述的自动喂鱼装置，其特征在于：包括外壳(40)，固定座(11)、信号处理单元(20)的电路板以及电机(32)均固定在外壳(40)上，外壳(40)的部分壳体呈开口朝上的盒状形成所述料仓(31)。

10.一种如权利要求1所述自动喂鱼装置的控制方法，包括如下步骤：

(A)信号处理单元(20)判断是否接收到检测单元(10)输出的触碰信号，若接收到，执行步骤B，否则执行步骤C；

(B)信号处理单元(20)判断距离上次投料是否超过指定时间T_MIN，若超过，则信号处理单元(20)驱动饵料投放单元(30)投料，否则不进行投料；返回步骤A；

(C)信号处理单元(20)判断单位时间内平均投料量是否小于设定值M，若小于，则信号处理单元(20)驱动饵料投放单元(30)投料，否则不进行投料；返回步骤A。