CN106771031A - 一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，包括电源管理模块、环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块、信号传递和执行模块以及云服务与数据分析模块，电源管理模块可根据天气情况，灵活切换设备供电来源，环境数据收集模块可移动，进行多方位测量，投料模块采用带有定量控制器的投食机和采用离心抛食方式运行的抛食器，本发明集水质环境参数采集、远程投料增氧、智能投料增氧（定时定量、专家系统）、安防监控、太阳能电源管理等功能于一体，采用数据收集分析、远程控制的方式，实现水产养殖的科学养殖与管理，同时支持移动终端及电脑对嵌入式智能系统的控制，实现养殖户多样化的养殖测控管理，本设备还更加注重系统的安装便利性，结合WIFI技术，使部署更加方便，减少了布线的麻烦，实现设备信息和用户请求的无缝传输。

Description

一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备
技术领域
本发明涉及养殖领域，特别是一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备。
背景技术
我国是一个发展中的农业大国，农业问题始终是关系到我国经济社会发展的根本问题。我国已研制成功蔬菜嫁接机器人并成功进行了试验性嫁接生产。但在精度、效率和稳定度方面和国外还有一定的差距。中国水产养殖产量占到了全世界总产量的73%，是名副其实的水产养殖大国。随着物联网养殖技术的出现，传统的养殖模式开始向这一新型养殖模式靠拢。很多科技人员致力于集成智能水质传感器、无线传感网、无线通信、智能管理系统和视频监控系统等专业技术，对养殖环境、水质、鱼类生长状况等进行全方位监测管理，最终实现节能降耗、增产增收的目标。但智能水产养殖多集中于单个指标控制、无线传感器网络信息采集等应用和研究，缺乏系统性和整体性，且监测系统和控制系统的精准化和智能化程度较低，缺乏系统协同作业能力，推广应用性较差，渔业养殖依然有很大的市场发展空间。
目前，我国自行开发的水产养殖测控设备其技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。而我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研究单个或少量环境因子调控技术的阶段，而实际上，养殖场内的环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对水产品的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。因此我们应该根据我国的国情研制出适合我国养殖业的发展的自动化设备，并在养殖场中进行推广。未来水产养殖的智能化，需要物联网技术与大数据、云计算平台的应用相结合，研发更多的创新技术为养殖业服务，才能进一步发挥养殖业的生产潜力。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是:
一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，包括电源管理模块、环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块、信号传递和执行模块以及云服务与数据分析模块；
所述电源管理模块包括太阳能电池板、市电充电器、MPPT充电器、第一充电线路、第二充电线路、蓄电池和电源管理器，所述市电充电器与市电相连，并通过第一充电线路与蓄电池相连，所述MPPT充电器与太阳能电池板相连，并通过第二充电线路与蓄电池相连，所述电源管理器与市电充电器、MPPT充电器相连，控制市电充电器、MPPT充电器开闭；
所述环境数据收集及增氧模块包括增氧模块和环境数据收集模块，所述增氧模块自适应各种类型增氧机（移动式/固定式/太阳能），所述环境数据收集模块包括溶解氧传感器、浑浊度传感器和ph值传感器、温度传感器；
所述投料模块包括投食机，所述投食机包括壳体、储料罐和抛食器，所述储料罐位于壳体上端，储料罐的下端连接有定量控制器，所述定量控制器包括储料盒、投料罩和输料管，所述储料盒呈上开口的中空圆柱形，储料盒的下端设有呈扇形的投料口，所述投料罩呈圆形，其中部与储料盒的中部转动连接，并通过投食电机实现转动，投料罩的周边设有多个分料隔板，将储料盒分为多个等分的出料腔，所述输料管与投料口联通，所述抛食器包括抛盘和抛料口，抛盘设置于壳体内，位于定量控制器的下方，抛盘呈扁圆柱形，抛盘所呈的扁圆柱形的底部与抛食电机相连，并通过抛食电机高速转动，所述抛料口位于壳体一侧，并连通壳体内部空腔，抛料口横截面呈扇形，且抛料口的下端面斜向设置，投食机的下端设有旋转装置，控制投食机抛食方向；
所述音视频采集模块包括摄像头和麦克风，所述音视频采集模块安装于投料模块上；
所述信号传递和执行模块包括智能网关、路由器和客户端，所述客户端包括移动终端和电脑终端，所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，所述智能网关基于Linux操作系统运行，采用具有WIFI模组的嵌入式模块，考虑到鱼塘的所有角落都覆盖很好的网络信号，本系统利用HF-LPB100 Wi-Fi模块支持AP+STA共存的特性，该方案主要分为STA工作模式和AP工作模式，使得基于HF-LPB100 Wi-Fi模块的本设备可以不考虑鱼塘信号问题就可以进行投料与增氧控制。HF-LPB100 Wi-Fi模块出厂时，Wi-Fi模块处于AP工作模式下，移动终端利用客户端软件进行一键配置，将Wi-Fi模块切换成STA+AP共存的工作模式，并将连上互联网为工作状态为STA模式时使用。模块开启了AP+STA的功能，模块的STA接口可以与路由器相连，并通过TCP连接与网络中的服务器相连，移动终端通过发送指令给服务器，服务器将命令转发给Wi-Fi模块，Wi-Fi模块控制增氧机进行增氧，溶解氧传感器测量水质溶解氧数据并通过Wi-Fi模块发送给服务器进行保存。移动终端连接到这个AP接口上，可以直接利用手机遥控增氧机进行增氧，增氧的同时将溶解氧传感器采集的数据进行保存，当STA接口连上路由器时，将数据通过Wi-Fi模块上传服务器（投料机类似）。智能网关通过HF-LPB100 WIFI模组、Wi-Fi模块的配合实现对环境数据、音视频数据的收集，以及对环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块的执行信号的传递，客户端与智能网关交互，并接收环境数据、音视频数据和发送执行信号。
所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，云服务与数据分析模块通过路由设备与Internet相连，并通过Internet与客户端交互，实现对环境数据、音视频数据、增氧次数与时间、投料次数与投料量的存储与分析，实现智能喂食与定时定量喂食。
上述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其中，所述投食机上设有太阳能板和投食摄像头，太阳能板可调节角度，所述太阳能板与投料模块内部组件电性相连，提供电能，所述投食摄像头位于抛料口上方。
上述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其中，所述储料罐与定量控制器之间设有控制阀，所述控制阀与抛食电机关联，抛食电机达到一定转速，控制阀开启，否则控制阀处于关闭状态。
上述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其中，所述Wi-Fi模块为HF-LPB100 Wi-Fi模块。
本发明的有益效果为：
本发明的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，包括电源管理模块、环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块、信号传递和执行模块以及云服务与数据分析模块，电源管理模块包括太阳能电池板、市电充电器、MPPT充电器、蓄电池和电源管理器，可根据天气情况，灵活切换设备供电来源，增氧模块支持移动式/固定式/太阳能，可灵活变换增氧位置，同时环境数据收集模块可移动，进行多方位测量，投料模块采用带有定量控制器的投食机和采用离心抛食方式运行的抛食器，同时设置音视频采集模块，采集音、视频数据，本发明集水质环境参数采集、远程投料增氧、智能投料增氧（定时定量、专家系统）、安防监控、太阳能电源管理等功能于一体，支持STA+AP两种模式，采用数据收集分析、远程控制的方式，实现水产养殖的科学养殖与管理，最终实现节能降耗、绿色环保、增产增收的目标，同时支持移动终端、微信端及电脑对嵌入式智能系统的控制，实现养殖户多样化的养殖测控管理，本设备还更加注重系统的安装便利性，结合WIFI技术，使部署更加方便，减少了布线的麻烦，实现设备信息和用户请求的无缝传输。
附图说明
图1本发明示意图。
图2电源管理模块示意图。
图3投料机、环境数据收集及增氧模块逻辑示意图。
图4定量控制器示意图。
图5投料机整体示意图。（此为剖面图，实际摄像机与投料口在正面）
图6数据挖掘与关联技术图解。
附图标号说明，1：电源管理模块；2：环境数据收集及增氧模块；3：投料模块；4：音视频采集模块；5：信号传递和执行模块；6：云服务与数据分析模块；7：市电充电器；8：MPPT充电器；9：第一充电线路；10：第二充电线路；11：蓄电池；12：增氧模块；13：环境数据收集模块； 22：投食机；23：摄像头；24：麦克风；25：智能网关；26：路由器；28：客户端；29：移动终端；30：电脑终端；31：数据库；32：服务器；33：路由设备；34：电源管理器；35：太阳能电池板；36：储料盒；37：投料罩；38：输料管；39：投料口；40：分料隔板；41：定量控制器；42: 抛食器；43: 储料罐；44: 抛盘；45: 抛料口；46: 锥形坡面；47: 抛食电机；48、旋转装置；49、壳体；52、太阳能板； 53、投食摄像头；54、控制阀。
具体实施方式
如图所示的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，包括电源管理模块、环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块、信号传递和执行模块以及云服务与数据分析模块；
所述电源管理模块包括太阳能电池板、市电充电器、MPPT充电器、第一充电线路、第二充电线路、蓄电池和电源管理器，所述市电充电器与市电相连，并通过第一充电线路与蓄电池相连，所述MPPT充电器与太阳能电池板相连，并通过第二充电线路与蓄电池相连，所述电源管理器与市电充电器、MPPT充电器相连，控制市电充电器、MPPT充电器开闭；
所述环境数据收集及增氧模块包括增氧模块和环境数据收集模块，所述增氧模块自适应各种类型增氧机（移动式/固定式/太阳能）。所述环境数据收集模块包括溶解氧传感器、浑浊度传感器和ph值传感器、温度传感器；
所述投料模块包括投食机，所述投食机包括壳体、储料罐和抛食器，所述储料罐位于壳体上端，储料罐的下端连接有定量控制器，所述定量控制器包括储料盒、投料罩和输料管，所述储料盒呈上开口的中空圆柱形，储料盒的下端设有呈扇形的投料口，所述投料罩呈圆形，其中部与储料盒的中部转动连接，并通过投食电机实现转动，投料罩的周边设有多个分料隔板，将储料盒分为多个等分的出料腔，所述输料管与投料口联通，所述抛食器包括抛盘和抛料口，抛盘设置于壳体内，位于定量控制器的下方，抛盘呈扁圆柱形，抛盘所呈的扁圆柱形的底部与抛食电机相连，并通过抛食电机高速转动，所述抛料口位于壳体一侧，并连通壳体内部空腔，抛料口横截面呈扇形，且抛料口的下端面斜向设置，投食机的下端设有旋转装置，控制投食机抛食方向；
所述音视频采集模块包括摄像头和麦克风，所述音视频采集模块安装于投料模块；
所述信号传递和执行模块包括智能网关、路由器和客户端，所述客户端包括移动终端和电脑终端，所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，所述智能网关基于Linux操作系统运行，采用具有WIFI模组的嵌入式模块，考虑到鱼塘的所有角落都覆盖很好的网络信号，利用HF-LPB100 Wi-Fi模块支持AP+STA共存的特性，该方案主要分为STA工作模式和AP工作模式，使得基于HF-LPB100 Wi-Fi模块的本设备可以不考虑鱼塘信号问题就可以进行投料与增氧控制。HF-LPB100 Wi-Fi模块出厂时，Wi-Fi模块处于AP工作模式下，移动终端利用客户端软件进行一键配置，将Wi-Fi模块切换成STA+AP共存的工作模式，并将连上互联网为工作状态为STA模式时使用，模块开启了AP+STA的功能，模块的STA接口可以与路由器相连，并通过TCP连接与网络中的服务器相连，移动终端通过发送指令给服务器，服务器将命令转发给Wi-Fi模块，Wi-Fi模块控制增氧机进行增氧，溶解氧传感器测量水质溶解氧数据并通过Wi-Fi模块发送给服务器进行保存；移动终端连接到这个AP接口上，可以直接利用手机遥控增氧机进行增氧，增氧的同时将溶解氧传感器采集的数据进行保存，当STA接口连上路由器时，将数据通过Wi-Fi模块上传服务器（投料机类似）。智能网关通过HF-LPB100WIFI模组、Wi-Fi模块的配合实现对环境数据、音视频数据的收集，以及对环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块的执行信号的传递，客户端与智能网关交互，并接收环境数据、音视频数据和发送执行信号。
所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，云服务与数据分析模块通过路由设备与Internet相连，并通过Internet与客户端交互，实现对环境数据、音视频数据、增氧次数与时间、投料次数与投料量的存储与分析。
所述投食机上设有太阳能板和投食摄像头，太阳能板可调节角度，所述太阳能板与投料模块内部组件电性相连，提供电能，所述投食摄像头位于抛料口上方。
所述储料罐与定量控制器之间设有控制阀，所述控制阀与抛食电机关联，抛食电机达到一定转速，控制阀开启，否则控制阀处于关闭状态。
如图6所示，本发明支持远程查询环境参数并控制投料量、投料次数与增氧时间等功能，并支持定时定量投料、增氧与专家智能投料、增氧方式，专家智能智能投料、增氧方式利用数据挖掘技术对过往环境数据、投食量与次数、增氧时间与次数进行关联规则分析，找出具有现实意义的规律，在此基础上建立专家系统，同时结合自适应 Smith 算法克服大滞后、大惯性的系统特性，可以根据环境参数自适应的完成增氧与投食操作，具有较强的抗内、外干扰和对象变化适应能力；也可以在异常情况下实现自动预警。
上述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其中，所述Wi-Fi模块为HF-LPB100Wi-Fi模块。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，包括电源管理模块、环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块、信号传递和执行模块以及云服务与数据分析模块；
所述电源管理模块包括太阳能电池板、市电充电器、MPPT充电器、第一充电线路、第二充电线路、蓄电池和电源管理器，所述市电充电器与市电相连，并通过第一充电线路与蓄电池相连，所述MPPT充电器与太阳能电池板相连，并通过第二充电线路与蓄电池相连，所述电源管理器与市电充电器、MPPT充电器相连，控制市电充电器、MPPT充电器开闭；
所述环境数据收集及增氧模块包括增氧模块和环境数据收集模块，所述增氧模块自适应各种类型增氧机（移动式/固定式/太阳能），所述环境数据收集模块包括溶解氧传感器、浑浊度传感器和ph值传感器、温度传感器；
所述投料模块包括投食机，所述投食机包括壳体、储料罐和抛食器，所述储料罐位于壳体上端，储料罐的下端连接有定量控制器，所述定量控制器包括储料盒、投料罩和输料管，所述储料盒呈上开口的中空圆柱形，储料盒的下端设有呈扇形的投料口，所述投料罩呈圆形，其中部与储料盒的中部转动连接，并通过投食电机实现转动，投料罩的周边设有多个分料隔板，将储料盒分为多个等分的出料腔，所述输料管与投料口联通，所述抛食器包括抛盘和抛料口，抛盘设置于壳体内，位于定量控制器的下方，抛盘呈扁圆柱形，抛盘所呈的扁圆柱形的底部与抛食电机相连，并通过抛食电机高速转动，所述抛料口位于壳体一侧，并连通壳体内部空腔，抛料口横截面呈扇形，且抛料口的下端面斜向设置，投食机的下端设有旋转装置，控制投食机抛食方向；
所述音视频采集模块包括摄像头和麦克风，所述音视频采集模块安装于投料模块上；
所述信号传递和执行模块包括智能网关、路由器和客户端，所述客户端包括移动终端和电脑终端，所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，所述智能网关基于Linux操作系统运行，采用具有WIFI模组的嵌入式模块，考虑到鱼塘的所有角落都覆盖很好的网络信号，本系统利用HF-LPB100 Wi-Fi模块支持AP+STA共存的特性，该方案主要分为STA工作模式和AP工作模式，使得基于HF-LPB100 Wi-Fi模块的本设备可以不考虑鱼塘信号问题就可以进行投料与增氧控制；
HF-LPB100 Wi-Fi模块出厂时，Wi-Fi模块处于AP工作模式下，移动终端利用客户端软件进行一键配置，将Wi-Fi模块切换成STA+AP共存的工作模式，并将连上互联网为工作状态为STA模式时使用；
模块开启了AP+STA的功能，模块的STA接口可以与路由器相连，并通过TCP连接与网络中的服务器相连，移动终端通过发送指令给服务器，服务器将命令转发给Wi-Fi模块，Wi-Fi模块控制增氧机进行增氧，溶解氧传感器测量水质溶解氧数据并通过Wi-Fi模块发送给服务器进行保存；
移动终端连接到这个AP接口上，可以直接利用手机遥控增氧机进行增氧，增氧的同时将溶解氧传感器采集的数据进行保存，当STA接口连上路由器时，将数据通过Wi-Fi模块上传服务器（投料机类似）；
智能网关通过HF-LPB100 WIFI模组、Wi-Fi模块的配合实现对环境数据、音视频数据的收集，以及对环境数据收集及增氧模块、投料模块、音视频采集模块的执行信号的传递，客户端与智能网关交互，并接收环境数据、音视频数据和发送执行信号；
所述云服务与数据分析模块包括数据库和服务器，云服务与数据分析模块通过路由设备与Internet相连，并通过Internet与客户端交互，实现对环境数据、音视频数据、增氧次数与时间、投料次数与投料量的存储与分析，实现智能喂食与定时定量喂食。
2.如权利要求1所述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，所述投食机上设有太阳能板和投食摄像头，太阳能板可调节角度，所述太阳能板与投料模块内部组件电性相连，提供电能，所述投食摄像头位于抛料口上方。
3.如权利要求1所述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，所述储料罐与定量控制器之间设有控制阀，所述控制阀与抛食电机关联，抛食电机达到一定转速，控制阀开启，否则控制阀处于关闭状态。
4.如权利要求1所述的一种基于实时养殖水质监测的智能投食设备，其特征在于，所述Wi-Fi模块为HF-LPB100 Wi-Fi模块。
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