CN108710374A - 一种全自动鱼池吸污机的行走控制方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开鱼池清污领域中的一种全自动鱼池吸污机的行走控制方法与装置，污泥含量检测装置外部是封闭的壳体，壳体内部设有舵机，舵机通过Z型摆动杆固定连接注射器固定盒，注射器固定连接注射器固定盒，注射器上设有面对面的LED光源和硅光电池，注射器的活塞上固定连接固定板，固定板与螺纹杆前端之间以丝杠螺母副方式相接，螺纹杆后端同轴固定连接步进电机的输出轴；注射器的后端头部连接三通接头的前接口，三通接头的第一个后接口通过污水电磁阀连接污水进水软管，三通接头的第二个后接口通过清水电磁阀连接清水进水软管；根据吸污机抽取鱼池污水的污泥含量高低来控制吸污机是否行走，提高了吸污机清污效果。
Description
技术领域
本发明属于鱼池清污领域，涉及水产养殖过程中的鱼池清污技术，具体是一种鱼池吸污机，对鱼类的排泄物及残饵进行清洁。
背景技术
鱼池是鱼类饲养和生存的场所，鱼类的排泄物及残饵会污染鱼池水体，引起腐生的细菌滋生，容易导致鱼类感染病菌甚至死亡，降低鱼类产量和经收益。水产养殖过程中难免会产生大量的排泄物及残饵等污泥，因此，清理鱼类排泄物及残饵的工作尤为重要。目前，鱼池清污工作朝着更优效果、更高效率以及自动化方向发展。例如中国专利申请号为CN201610424273.8、名称为“全自动鱼池吸污机及清污方法”的文献中公开的一种全自动鱼池吸污机，通过潜水泵将鱼池底部污水抽取到过滤容器中，通过三个防水超声波传感器、两个驱动轮以及一个万向轮实现吸污机遍历鱼池底部，实现了鱼池自动清污工作，提高了鱼池清污效率。但是该鱼池吸污机存在的明显问题是：吸污机行走速度始终保持不变，行走过程没有反馈信号，属于开环控制；由于行走速度不变，在吸污机经过鱼池污泥含量高的地方时，会出现污泥还未被清理干净，吸污机就行走离开的现象，造成清污不彻底，清污效果差。
发明内容
本发明的目的是针对上述全自动鱼池吸污机存在的清污不彻底的问题，提出一种全自动鱼池吸污机的行走控制方法与装置，能够根据鱼池污泥含量的高低来自动控制鱼池吸污机的行走和停止，实现吸污机行走的闭环控制，以提高清污效果和效率。
为实现上述目的，本发明所述的一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置采用的技术方案是：包括潜水泵和MCU控制器，还设有一个污泥含量检测装置，污泥含量检测装置外部是封闭的壳体，壳体内部设有舵机，舵机通过Z型摆动杆固定连接注射器固定盒，注射器固定连接注射器固定盒，注射器上设有面对面的LED光源和硅光电池，注射器的活塞上固定连接固定板，固定板与螺纹杆前端之间以丝杠螺母副方式相接，螺纹杆后端同轴固定连接步进电机的输出轴；注射器的后端头部连接三通接头的前接口，三通接头的第一个后接口通过污水电磁阀连接污水进水软管，三通接头的第二个后接口通过清水电磁阀连接清水进水软管，污水进水软管连接所述潜水泵的进水管，清水进水软管连接鱼池清水；MCU控制器通过控制信号线分别连接污水电磁阀、清水电磁阀、LED光源、硅光电池、步进电机和舵机。
所述的全自动鱼池吸污机的行走控制装置的行走控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：
A：在潜水泵抽取鱼池污水的过程中，MCU控制器控制污水电磁阀开通和步进电机正转，螺纹杆带动注射器活塞向前运动，注射器抽取污水；
B：MCU控制器控制污水电磁阀关闭和步进电机停止转动，污水抽取结束；MCU控制器再控制清水电磁阀开通和步进电机正转，螺纹杆带动注射器活塞向前运动，注射器抽取鱼池清水；
C：MCU控制器控制舵机转动，将污泥分散和混合；
D：MCU控制器控制LED光源工作，并检测硅光电池产生的电流信号，计算出污泥含量cx：
E：MCU控制器将污泥含量cx与预设的阈值c0作比较，当cx≥c0时，MCU控制器控制吸污机停止行走，当cx＜c0时，控制吸污机继续行走。
步骤A中，MCU控制器根据式V1＝S·u′1·d·T0计算出注射器所抽取的污水体积V1，S是注射器29的内径的截面积，u′1是步进电机23的转速，d是螺纹杆24的螺纹螺距。
步骤B中，MCU控制器根据式V2＝S·u′1·d·T1计算出注射器抽取的清水体积V2。
步骤D中，MCU控制器根据式计算出污泥含量cx，Ix是硅光电池产生的电流，Imax是硅光电池产生的最大电流。
本发明与已有技术相比具有如下优点：
1、本发明全自动鱼池吸污机的行走控制方法以污泥含量作为反馈信息，实现吸污机行走闭环控制，提高了吸污机清污效果。根据吸污机抽取鱼池污水的污泥含量高低来控制吸污机是否行走。在污泥含量较高的时候，吸污机停止行走，原地清污，提高吸污机清污效果；在污泥含量较低的时候，吸污机继续行走，提高吸污机清污效率。
2、由于鱼池污泥体积比较大，浓度比较高，无法使用浊度计进行污泥含量检测，本发明采用污泥含量检测装置来稀释污水和分散污泥，并采用可见光分光光度法检测计算污泥含量。通过注射器抽取一定比例潜水泵进水管中的鱼池污水和清水，实现高浓度鱼池污水的稀释。通过舵机快速摆动注射器，将体积较大的污泥分散成体积较小的污泥，使注射器中污泥混合均匀。利用污泥不透光和可见光照射到硅光电池产生电流的特性，LED光源发射的可见光部分被污泥挡住后，照射到硅光电池的采光面。然后，MCU控制器检测硅光电池的电流信号并计算得到污泥含量。
附图说明
图1是本发明一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置的整体结构图；
图2是图1中底座15的俯视放大图；
图3是图1中污泥含量检测装置9的内部结构放大图；
图4是图3中污泥含量检测装置9的控制电路框图。
附图中各部件的序号和名称：1、车体，2、过滤容器，3、鱼池清水，4、密封箱，5、MCU控制器，6、控制信号线，7、软管接口，8、清水进水软管，9、污泥含量检测装置，10、污水进水软管，11、潜水泵进水管，12、吸污头，13、潜水泵，14、右侧后轮，15、底座，16、污泥，17、左侧后轮，18、左侧后轮驱动电机，19、右侧后轮驱动电机，20、万向轮，21、注射器固定盒，22、LED光源，23、步进电机，24、螺纹杆，25、固定板，26、清水电磁阀，27、污水电磁阀，28、三通接头，29、注射器，30、硅光电池，31、摆动杆，32、舵机，33、注射器活塞。
具体实施方式
参见图1，本发明一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置是在中国专利申请号为CN201610424273.8、名称为“全自动鱼池吸污机及清污方法”文献中公开的附图1的结构基础上增加有污泥含量检测装置9。本发明所述的行走控制装置具有与文献中公开的所述全自动鱼池吸污机相同的车体1、过滤容器2、密封箱4、MCU控制器5、潜水泵13、吸污头12、底座15等结构，潜水泵13经潜水泵进水管11连接吸污头12。再参见图2，本发明所述的行走控制装置具还具有与文献中公开的所述全自动鱼池吸污机相同的万向轮20、左侧后轮17、左侧后轮驱动电机18、右侧后轮14和右侧后轮驱动电机19等，由底座15带动吸污机行走。
参见图1，污泥含量检测装置9固定安装在车体1前腔室的侧壁上，位于密封箱4前下方。从污泥含量检测装置9中引出污水进水软管10，污水进水软管10连接到潜水泵进水管11，污水从到潜水泵进水管11经污水进水软管10后能进入到污泥含量检测装置9中。从污泥含量检测装置9中还引出清水进水软管8，清水进水软管8通过车体1前侧壁中间位置开的软管接口7连通车体1外部前方的鱼池清水3，鱼池清水3能经清水进水软管8进入到污泥含量检测装置9中。从污泥含量检测装置9中引出信号控制线6，信号控制线6连接MCU控制器5。
参见图3所示的污泥含量检测装置9的结构，污泥含量检测装置9外部是一个封闭的壳体，壳体内部设有舵机32、注射器29、注射器固定盒21、步进电机23等，注射器29与固定在注射器固定盒2固定连接在一起。注射器29前后水平布置并且穿过注射器固定盒2被固定。
舵机32固定在壳体内的前底部，舵机32通过Z型摆动杆31固定连接注射器固定盒2。在舵机32的驱动下，Z型摆动杆31摆动，带动注射器固定盒21绕注射器29的中心轴来回摆动。
在注射器29上设有LED光源22和硅光电池30。将LED光源22和硅光电池30均固定注射器固定盒21内腔室上，并且LED光源22和硅光电池30在一条直线上，位于注射器29的两侧，注射器29穿过LED光源22和硅光电池30之间，LED光源22和硅光电池30面对面安装。
在注射器29的活塞33上固定连接一块固定板25，固定板25与螺纹杆24的前端之间以丝杠螺母副的方式相连接。螺纹杆24的后端同轴固定连接步进电机23的输出轴，步进电机23的壳体固定在注射器固定盒21外部，螺纹杆24也在注射器固定盒21外部并且水平布置，与注射器29相平行。在步进电机23的驱动下，螺纹杆24正反旋转，带动注射器活塞33前后水平运动。
注射器29的后端头部连接一个三通接头28的前接口，三通接头28的第一个后接口通过污水电磁阀27连接图1中的污水进水软管10。三通接头28的第二个后接口通过清水电磁阀26连接图1中的清水进水软管8。
参见图4，图1中的MCU控制器5通过控制信号线6分别连接污水电磁阀27、清水电磁阀26、LED光源22、硅光电池30、步进电机23和舵机32。MCU控制器5通过控制步进电机23的转动以及污水电磁阀27的开通和关闭来控制注射器29抽取潜水泵进水管11的污水，通过控制步进电机23的转动以及清水电磁阀26的开通和关闭来控制注射器29抽取吸污机前方的鱼池清水3，通过控制舵机32来控制注射器固定盒21带动注射器29一起摆动。MCU控制器5控制LED光源22的开通和关闭，然后检测硅光电池30的电流信号来计算潜水泵进水管11中污水的污泥含量。
参见图1-4，本发明全自动鱼池吸污机工作时，具体行走控制过程如下：
步骤1：在潜水泵13抽取鱼池底部鱼池污水的过程中，MCU控制器5控制污水电磁阀27开通，同时控制步进电机23以速度u1正转，正转至设定的时间T0。步进电机23正转，通过螺纹杆24带动注射器活塞33向前运动，使注射器29抽取潜水泵进水管11的污水。然后，MCU控制器5根据下式计算出注射器29所抽取的污水体积V1：
V1＝S·u′1·d·T0
其中，S是注射器29的内径的截面积，u′1是步进电机23的转速，d是螺纹杆24的螺纹螺距。
在到达设定的T0时间后，MCU控制器5控制污水电磁阀27关闭，同时控制步进电机23停止转动，污水抽取过程结束。
步骤2：MCU控制器5控制清水电磁阀26开通，同时控制步进电机23以速度u1正转，正转至设定的时间T1。步进电机23正转，通过螺纹杆24带动注射器活塞33向前运动，注射器29抽取吸污机前方的鱼池清水3，对注射器29中的污水进行稀释。然后，MCU控制器5根据下式计算出注射器29抽取的清水体积V2：
V2＝S·u′1·d·T1。
在到达设定的T1时间后，MCU控制器5控制清水电磁阀26关闭，同时控制步进电机23停止转动，清水抽取过程结束。
步骤3：在污水和清水都抽取在注射器29中后，MCU控制器5控制舵机32以速度u2转动，先从初始位置转动角度位置，然后从角度位置再转动到角度位置，再从角度位置转动到角度位置，即在角度位置范围内来回转动，转动时间设定为T2。舵机32通过摆动杆31带动注射器固定盒22和注射器29左右来回摆动，注射器固定盒22在摆动过程中，使注射器29里体积比较大的污泥16被分散成体积小的污泥16，同时将污泥16混合均匀。
在到达设定的转动T2时间后，MCU控制器5控制舵机32停止转动。
步骤4：MCU控制器5控制LED光源22工作。LED光源22发射可见光，可见光透过注射器29到达硅光电池30采光面，其中部分被注射器29中污泥16挡住。可见光照射到硅光电池30采光面，硅光电池30产生电流信号。MCU控制器5检测硅光电池30的电流信号。注射器29中污泥含量越高，被污泥挡住的可见光越多，照射到硅光电池30采光面的可见光越少，硅光电池30的电流信号就越小。根据下式计算出潜水泵进水管11中的污泥含量cx：
其中，Ix是硅光电池30产生的电流。Imax是硅光电池30产生的最大电流。
在计算得到污泥含量cx后，MCU控制器5控制LED光源22停止工作。
步骤5：MCU控制器5以污泥含量cx作为反馈信号，与预设的污泥含量阈值c0作比较，当cx≥c0时，说明污泥含量较高，MCU控制器5控制吸污机保持停止行走状态，使吸污机在原地继续清污，提高清污效果，吸污机保持停止行走状态的时间设定为T4。反之，当cx＜c0时，说明污泥含量低，此时MCU控制器5控制左侧后轮驱动电机18和右侧后轮驱动电机19以速度u3同步转动，控制吸污机继续匀速行走，继续匀速行走的时间设定为T4，使吸污机进入下一段清污区域；在到达设定的T4时间后，MCU控制器5控制左侧后轮驱动电机18和右侧后轮驱动电机19停止转动，吸污机停止行走。返回到步骤1，如此循环往复地实现吸污机的行走控制。
Claims (8)
1.一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置，包括潜水泵和MCU控制器，其特征是：还设有一个污泥含量检测装置(9)，污泥含量检测装置(9)外部是封闭的壳体，壳体内部设有舵机(32)，舵机(32)通过Z型摆动杆(31)固定连接注射器固定盒(2)，注射器(29)固定连接注射器固定盒(2)，注射器(29)上设有面对面的LED光源(22)和硅光电池(30)，注射器(29)的活塞上固定连接固定板(25)，固定板(25)与螺纹杆(24)前端之间以丝杠螺母副方式相接，螺纹杆(24)后端同轴固定连接步进电机(23)的输出轴；注射器(29)的后端头部连接三通接头(28)的前接口，三通接头(28)的第一个后接口通过污水电磁阀(27)连接污水进水软管(10)，三通接头(28)的第二个后接口通过清水电磁阀(26)连接清水进水软管(8)，污水进水软管(10)连接所述潜水泵的进水管，清水进水软管(8)连通鱼池清水；MCU控制器(5)通过控制信号线分别连接污水电磁阀(27)、清水电磁阀(26)、LED光源(22)、硅光电池(30)、步进电机(23)和舵机(32)。
2.根据权利要求1所述的一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置，其特征是：注射器(29)前后水平布置并且穿过注射器固定盒(2)，螺纹杆(24)与注射器(29)相平行。
3.根据权利要求1所述的一种全自动鱼池吸污机的行走控制装置，其特征是：LED光源(22)和硅光电池(30)均固定连接在注射器固定盒(21)内腔室上，注射器(29)穿过LED光源(22)和硅光电池(30)之间。
4.一种如权利要求1所述的行走控制装置的行走控制方法，其特征是包括以下步骤：
A：在潜水泵抽取鱼池污水的过程中，MCU控制器(5)控制污水电磁阀(27)开通和步进电机(23)正转，螺纹杆(24)带动注射器活塞(33)向前运动，注射器(29)抽取污水；
B：MCU控制器(5)控制污水电磁阀(27)关闭和步进电机(23)停止转动，污水抽取结束；MCU控制器(5)再控制清水电磁阀(26)开通和步进电机(23)正转，螺纹杆(24)带动注射器活塞(33)向前运动，注射器(29)抽取鱼池清水；
C：MCU控制器5控制舵机(32)转动，将污泥分散和混合；
D：MCU控制器(5)控制LED光源(22)工作，并检测硅光电池(30)产生的电流信号，计算出污泥含量cx：
E：MCU控制器5将污泥含量cx与预设的阈值c0作比较，当cx≥c0时，MCU控制器(5)控制吸污机停止行走，当cx＜c0时，控制吸污机继续行走。
5.根据权利要求4所述的行走控制方法，其特征是：步骤A中，MCU控制器(5)根据式V1＝S·u′1·d·T0计算出注射器(29)所抽取的污水体积V1，S是注射器(29)的内径的截面积，u′1是步进电机(23)的转速，d是螺纹杆24的螺纹螺距。
6.根据权利要求5所述的行走控制方法，其特征是：步骤B中，MCU控制器(5)根据式V2＝S·u′1·d·T1计算出注射器(29)抽取的清水体积V2。
7.根据权利要求6所述的行走控制方法，其特征是：步骤D中，MCU控制器(5)根据式计算出污泥含量cx，Ix是硅光电池30产生的电流，Imax是硅光电池(30)产生的最大电流。
8.根据权利要求5所述的行走控制方法，其特征是：步骤C中，MCU控制器(5)控制舵机(32)先从初始位置转动角度位置，然后从角度位置再转动到角度位置，再从角度位置转动到角度位置，在角度位置范围内来回转动。
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2018
- 2018-06-01 CN CN201810553878.6A patent/CN108710374A/zh active Pending
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