CN109329194A - 一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人 - Google Patents
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Abstract
一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，属于智能化农业技术领域。该机器人可实现智能供氧、自动投放鱼食、自动对鱼塘进行降温、鱼池巡游监测等多种功能。该机器人由太阳能电池板、浮盒和减压腔构成，减压腔由不透明刚性防水材料制成，减压腔内装有压力传感器，减压腔外壁设有反光膜，前后两端安装有输气管和排气管，在气泵的持续抽气下，减压腔处于低压状态让减压腔内的水吸热汽化，从而降低鱼塘水温，浮盒内部装有锂电池、舵和GPS定位芯片，浮盒左下方的位置装有针孔摄像头，可观测鱼塘内鱼的情况。该鱼塘机器人结构简单，造价低廉，采用全自动化智能操作，无需人员操作，方便实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，属于智能化农业技术领域。
背景技术
目前，在池塘降温监控和饲养这一方面，现有的饲养降温和监控方式大多都需要人工亲自到现场进行操作，这种方式都大量消耗人力和物力；传统的鱼塘喂养采用人工定点定时投喂的方式，而鱼塘的监管则普遍采用安装摄像头的方式不仅无法对鱼塘内的情况进行彻底的监控更无法实时监管鱼塘内的鱼群数量和鱼群的生活情况；水温过高导致鱼塘内的鱼大面积死亡，现有降温措施：1、可引入水葫芦、浮萍等上层水生植物，使其覆盖1/10的水面，以防阳光全池直射，降低水温。2、把喂食时间改在上午11时前和下午4时以后，避开中午表层水温高的时间。3、加注新水，不断加高水位，成鱼塘水位应加深到2米以上。这些措施不仅会降低鱼塘内的含氧量更是对人工人力资源的消耗，也是对于水资源的一种浪费；如何减少人为的操作，又细致又有效地对鱼塘进行调控管理，是一个值得去研究的方面，而目前无人这一概念深入现代发展，机器人成为了人们的助手，在人类社会发展中，机器人将发挥越来越大的作用，比如说作业功能；感知功能；行走功能；还能完成各种动作，它还有一个特点是根据人的编程能自动的工作，这里一个显著的特点，就是它可以编程，改变它的工作、频率、工作的对象和工作的一些要求。而这里则提出了一种利用太阳能进行降温充氧、喂食管理检测的鱼塘管理机器人，可自动监测鱼塘情况，无需人员看管操作，无需更换电池，大大减少了人力物力，且体积小，使用方便，符合当下时代的农业发展的规律。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是通过设计一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，属于智能化农业技术领域。该机器人由减压腔（2）、太阳能电池板（6）、气泵（15）、针孔摄像头（5）、电磁阀、船舵（11）、温度传感器（16）、压力探测器（4）构成，机器人的中央有一个大减压腔（2）一是可以为装置提供浮力，二是在减压腔（2）内的水因为气泵（15）抽气，低压下水气化吸收热量；减压腔（2）前方有一根进气管，进气管中部安装有一个电磁阀控制减压腔（2）的吸气吸水和密封；进气管前端装有一个漂浮浮子进口（1），使进气口2/3露出水面，减压腔（2）后方有一根排气管将减压腔（2）内的水和水蒸气排出，排气管上下两端分别有一个电磁阀，上端电磁阀在减压腔（2）内的压力过低时由上口排出水蒸气，当压力不低规定值的时候下端电磁阀打开氧气由下端排出，给鱼塘充氧；排气管上方安装有太阳能电池板（6）为装置提供电力，太阳能电池板（6）下方安装有一个空心浮盒，浮盒左下方装有针孔摄像头（5），可观测鱼塘的水下情况；浮盒中下部安装有船舵（11）用来控制装置的漂浮方向，而浮盒内右下端安装有中心控制电路板和GPS控制浮盒的位置；该鱼塘机器人采用程序控制实现全自动化智能操作。
本发明采用的技术方案是：一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，包括漂浮浮子进口（1）、减压腔（2）、通气管（3）、压力探测器（4）、针孔摄像头（5）、太阳能电池板（6）、鱼食投喂器（7）、单片机（8）、机器人控制模块（9）、驱动模块（10）、船舵（11）、电路控制中心（12）、电磁单向阀；气泵（15）、GPS定位芯片与单片机（8）连接，单片机（8）可对各信息采集装置所采集到的信息进行数据分析，根据所分析的结果，对机器人身上的相应部分发出指令，使机器人开始进行相应的操作。该鱼塘器人采用全自动化智能操作，无需人员操作，方便实用。
进一步的，该机器人外表与飞碟类似，由一个半圆形的减压腔（2）和圆盘形状的太阳能电池板（6）与浮盒构成，为了方便移动浮盒左下方设有船舵（11）以便控制方向。
进一步的，减压腔（2）由不透明刚性防水材料制成，减压腔（2）内装有压力传感器，减压腔（2）外壁设有反光膜，减少因阳光照射所导致的减压腔（2）温度升高，前后两端安装有输气管和排气管，置于排气管上的气泵（15）抽气，通过漂浮浮子进口（1）使水面的水和空气一起抽入减压腔（2）内，在气泵（15）的持续抽气下，减压腔（2）处于低压状态，减压腔（2）内的水吸热汽化，吸收蒸发热，从而降低鱼塘水温。
进一步的，减压腔（2）内设有压力探测器（4）用于监测减压舱内的压力变化，当减压腔（2）开始充入空气时，进口电磁阀（14）打开，进气管前端装有一个漂浮浮子进口（1），使进气口2/3露出水面，气泵（15）将水和气抽入减压腔（2）内，随后上出口电磁阀（13）关闭，下出口电磁阀（13）打开，气泵（15）抽出空气从排气管的下出口排入鱼塘内，为鱼塘充氧，当一段时间后，减压腔（2）压力降低，内充满水蒸气，下出口电磁阀（13）关闭，上出口电磁阀（13）打开，气泵（15）便会将水蒸气由排气管向上的排气口排出，进口电磁阀（14）、出口电磁阀（13）、压力探测器（4）都由单片机（8）控制。
进一步的，单片机（8）连接机器人控制模块（9），机器人控制模块（9）又连接并控制着一个驱动模块（10），驱动模块（10）控制着鱼食投喂器（7），给鱼塘投食。
进一步的，机器人移动范围通过单片机（8）来控制，浮盒内部装GPS定位芯片，有单片机（8）可通过GPS定位芯片控制机器人在鱼塘的行动方向和鱼塘所需监测的范围内浮动。
进一步的，浮盒下端安装有温度传感器（16），温度传感器（16）与单片机（8）连接由单片机（8）控制温度传感器（16）的运行，温度传感器（16）用于监测水温控制装置的降温功能，当水温低于鱼塘中鱼群的生长温度时，气泵（15）在低压状态下停止抽水蒸气，停止降温。
进一步的，浮盒左下方的位置装有针孔摄像头（5），针孔摄像头（5）可观测到机器人行进过程中的情景，以及鱼塘的实际环境，鱼群的运动方向等，通过单片机（8）分析摄像头所采集到的数据，并将采集到的数据发送给工作人员，可让机器人选择最佳路线前进对鱼塘更好的监控。
进一步的，浮盒内装有GPS定位芯片，通过该GPS定位芯片可明确机器人的所在位置，若需要回收时，可直接通过定位的位置找到机器人，所以机器人无需人员看管，可自由进行移动。
进一步的，减压腔（2）周围是一层太阳能电池板（6），同时内部装有锂电池，锂电池电容量大，体积小，可满足机器人的使用；太阳能电池板（6）又可通过太阳能产生电量并储存在锂电池里，无需人员操作更换电池。
进一步的，单片机（8）通过对针孔摄像头（5）采集的图像数据、压力传感器的压力数据、温度传感器（16）的温度数据以及GPS定位芯片的定位范围进行分析，以发出适当的指令使机器人做出相应的操作。
一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其控制方法包括如下步骤：
步骤1.启动机器人后，机器人开始移动，依靠气泵（15）吸气吸水前行，在移动时单片机（8）会通过GPS定位芯片分析机器人所经过的范围，从而控制机器人活动范围，使机器人不会重复在一个范围内打转。
步骤2.移动过程中，温度传感器（16）监测鱼塘的水温，针孔摄像头（5）进行观测，通过两方面的数据，单片机（8）对其进行分析，将需要降温和喂食的区域与其他高温区域区分锁定需要降温的区域。
步骤3.锁定需要降温的区域后，单片机（8）发出指令，使机器人移动到高温水面，机器人中央的减压腔（2）外壁设有反光膜，减少因阳光照射所导致的减压腔（2）温度升高，前后两端安装有输气管和排气管，置于排气管上的气泵（15）抽气，通过漂浮浮子进口（1）使水面的水和空气一起抽入减压腔（2）内，当减压腔（2）开始充入空气时进口电磁阀（14）打开气泵（15），水和气抽入减压腔（2）内，随后上出口电磁阀（13）关闭，下出口电磁阀（13）打开，气泵（15）抽出空气从排气管的下出口排入鱼塘内，为鱼塘充氧，当一段时间后，减压腔（2）压力降低，内充满水蒸气，下出口电磁阀（13）关闭，上出口电磁阀（13）打开，气泵（15）便会将水蒸气由排气管向上的排气口排出，在气泵（15）的持续抽气下，减压腔（2）处于低压状态，减压腔（2）内的水吸热汽化，吸收蒸发热，从而降低鱼塘水温。
步骤4.鱼塘的工作人员还可以定点对于需要投食的区域进行定时投喂，全程做到无需人工手动操作，全程通过手机等装置实时接收并调控机器人的去向，监控鱼的状态，对于鱼塘的出现的情况作出调整。
步骤5.减压腔（2）周围的太阳能电池板（6）位于水面下0.5-2cm下，通过太阳能产生电能并储存在锂电池内，供机器人使用，当需要回收时，可直接通过GPS定位芯片定位的位置找到机器人，可自由进行移动，所以机器人无需人工看管，实现全程智能化。
本发明的工作原理是：机器人中央有一个大减压腔（2）一是可以提供浮力，二是在减压腔（2）内的水因为气泵（15）抽气，低压下水气化吸收热量降低水温；减压腔（2）前方有一根进气管，进气管中部安装有一个电磁阀控制减压腔（2）的吸气吸水；减压腔（2）周围的太阳能电池板（6）位于水面下0.5-2cm下，通过鱼塘的水对太阳能板进行自动散热，并保持合适的温度，提高太阳能板转换效率；进气管前端装有一个漂浮浮子进口（1），使进气口2/3露出水面，减压腔（2）后方有一根排气管将减压腔（2）内的水和水蒸气排出，排气管上下两端分别有一个电磁阀，上端电磁阀在减压腔（2）内的压力过低时由上口排出水蒸气，当压力不低规定值的时候，下端电磁阀打开氧气由下端排出，给鱼塘充氧；排气管上方安装有太阳能电池板（6）为装置提供电力，太阳能电池板（6）下方安装有一个空心浮盒，浮盒左下方装有针孔摄像头（5），可观测鱼塘的水下情况；浮盒中下部安装有船舵（11）用来控制装置的漂浮方向，而浮盒内右下端安装有中心控制电路板，可通过GPS和管理程序控制方向舵，实现机器人运动位置控制及定位寻找，所以机器人无需人员看管，可自由进行移动。鱼食的投放通过管理程序来实现，在巡游到一定位置的时候，打开鱼食投喂器（7）上的阀门投放鱼食，投放一定量之后，关闭阀门。
本发明的有益效果是：本发明采用智能自动化技术，使机器人可自主进行鱼塘监测降温和喂食，通过各部分的协调工作，可自行进行监测、降温和喂食等功能，而且通过太阳能进行充电，无需人员看管操作，无需更换电池，大大减少了人力物力，而且由于装有GPS定位芯片，所以不必担心机器人丢失，在需要回收时，可通过定位找到；该发明体积较小，使用方便，符合当下时代的发展的规律。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的电路逻辑图；
图3为本发明的太阳能电路逻辑图。
图中各标号为1-漂浮浮子；2-减压腔；3-通气管；4-压力探测器；5-针孔摄像头；6-太阳能电池板；7-鱼食投喂器；8-单片机；9-机器人控制模块；10-驱动模块；11-船舵；12-电路控制中心；13-1-上出口电磁阀；13-2-下出口电磁阀；14-进口电磁阀；15-气泵；16-温度传感器；17-电磁方向舵。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明：
如图所示，一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，包括漂浮浮子进口（1）、减压腔（2）、通气管（3）、压力探测器（4）、针孔摄像头（5）、太阳能电池板（6）、鱼食投喂器（7）、单片机（8）、机器人控制模块（9）、驱动模块（10）、船舵（11）、电路控制中心（12）、出口电磁阀（13）、进口电磁阀（14）、气泵（15）、温度传感器（16）；GPS定位芯片与单片机（8）8连接，单片机（8）8可对各信息采集装置所采集到的信息进行数据分析，根据所分析的结果，对机器人身上的相应部分发出指令，使机器人开始进行相应的操作。该鱼塘机器人采用全自动化智能操作，无需人员操作，方便实用。
该机器人外表与飞碟类似，由一个半圆形的减压腔（2）和太阳能电池板（6）与浮盒构成，为了方便移动浮盒左下方设有船舵（11）以便控制方向。
减压腔（2）由不透明刚性防水材料制成，减压腔（2）内装有压力传感器，减压腔（2）外壁设有反光膜，减少因阳光照射所导致的减压腔（2）温度升高，前后两端安装有输气管和排气管，置于排气管上的气泵（15）抽气，通过漂浮浮子进口（1）使水面的水和空气一起抽入减压腔（2）内，在气泵（15）的持续抽气下，减压腔（2）处于低压状态，减压腔（2）内的水吸热汽化，吸收蒸发热，从而降低鱼塘水温。
减压腔（2）内设有压力探测器（4）用于监测减压舱内的压力变化，当减压腔（2）开始充入空气时，进口电磁阀（14）打开，进气管前端装有一个漂浮浮子进口（1），使进气口2/3露出水面，气泵（15）将水和气抽入减压腔（2）内，同时，漂浮浮子进口（1）会产生一个负压，拉动整个装置向前移动，移动的方向通过给电磁方向舵（17）通电，根据对左右两边不同的电磁进行吸引达到改变方向的目的，，随后上出口电磁阀（13）关闭，下出口电磁阀（13）打开，气泵（15）抽出空气从排气管的下出口排入鱼塘内，为鱼塘充氧，当一段时间后，减压腔（2）压力降低，内充满水蒸气，下出口电磁阀（13）关闭，上出口电磁阀（13）打开，气泵（15）便会将水蒸气由排气管向上的排气口排出，进口电磁阀（14）、出口电磁阀（13）、压力探测器（4）都由单片机（8）控制。
单片机（8）连接机器人控制模块（9），机器人控制模块（9）又连接并控制着一个驱动模块（10），驱动模块（10）控制着鱼食投喂器（7），给鱼塘投食。
机器人移动范围通过单片机（8）来控制，浮盒内部装GPS定位芯片，有单片机（8）可通过GPS定位芯片控制机器人在鱼塘的行动方向和鱼塘所需监测的范围内浮动且通过该GPS定位芯片可明确机器人的所在位置，若需要回收时，可直接通过定位的位置找到机器人，所以机器人无需人员看管，可自由进行移动。
浮盒下端安装有温度传感器（16），温度传感器（16）与单片机（8）连接由单片机（8）控制温度传感器（16）的运行，温度传感器（16）用于监测水温控制装置的降温功能，当水温低于鱼塘中鱼群的生长温度时，气泵（15）在低压状态下停止抽水蒸气，停止降温。
浮盒左下方的位置装有针孔摄像头（5），针孔摄像头（5）可观测到机器人行进过程中的情景，以及鱼塘的实际环境，鱼群的运动方向等，通过单片机（8）分析摄像头所采集到的数据，并将采集到的数据发送给工作人员，可让机器人选择最佳路线前进对鱼塘更好的监控。
减压腔（2）周围是一层太阳能电池板（6），同时内部装有锂电池，锂电池电容量大，体积小，可满足机器人的使用；太阳能电池板（6）又可通过太阳能产生电量并储存在锂电池里，无需人员操作更换电池。
单片机（8）通过对针孔摄像头（5）采集的图像数据、压力传感器的压力数据、温度传感器（16）的温度数据以及GPS定位芯片的定位范围进行分析，以发出适当的指令使机器人做出相应的操作。
减压腔（2）周围部表面是一层太阳能电池板（6），同时内部装有锂电池，锂电池电容量大，体积小，可满足机器人的使用；太阳能电池板（6）又可通过太阳能产生电量并储存在锂电池里，无需人员操作更换电池。
单片机（8）通过对针孔摄像头（5）采集的图像数据、红外线探测仪采集的红外线数据以及GPS定位芯片的定位范围进行分析，以发出适当的指令使机器人做出相应的操作。
如图2和图3所示，图中太阳能电池板（6）提供6V电压。LT1073经由电阻R6检测充电电流，在蓄电池中维持16毫安的充电电流；LT1073内有低电压测定器，在太阳能板的输出电压将至4V时，LT1073将断开充电电路； 太阳能电池板（6）与锂电池板相接，为整个电路提供电能；XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机（8）工作所必须的起震电路；RST相接的是单片机（8）开关，可通过按键控制整个电路的开关；与TXD、RXD相接的是GPS定位系统，获取机器人的位置信息再将信息通过串口通信传给单片机（8）；与P0.0相接的是气泵（15），通过单片机（8）控制其工作与否；与P1.4相接的是针孔摄像头（5），安装在躯干的正前方，通过图像处理观测机器人实际的环境情况；与P1.6相接的是压力探测器（4），全程通过压力探测器（4）检测减压腔（2）内的压力变化；与P1.7相接的是机器人控制模块（9），控制着整个机器人的活动；与P2.0，P2.1，P2.2，P2.3, P2.4相接的是NRF24L01无线收发模块。电路说明：该鱼塘机器人，通过太阳能蓄电，将电储存在锂电池中，为整个机器人供电。在机器人的躯干前方装有针孔摄像头（5），通过图像可知鱼塘实际的环境情况。压力传感器的压力发射端发出信号，再通过分析接收的信息，可知减压腔（2）内的压力变化；温度传感器（16）也实时探测鱼塘水温，将信号发送给单片机（8），单片机（8）将信号整合传给手机等接收装置，人工对鱼塘进行监测；单片机（8）接着机器人控制模块（9），控制模块控制着四个驱动模块（10），控制机器人的行动。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：包括漂浮浮子进口（1）；减压腔（2）；通气管（3）；压力探测器（4）；针孔摄像头（5）；太阳能电池板（6）；鱼食投喂器（7）；单片机（8）；机器人控制模块（9）；驱动模块（10）；船舵（11）；电路控制中心（12）；出口电磁阀（13）；进口电磁阀（14）；气泵（15）；温度传感器（16）；电磁方向舵（17）；
该机器人由一个半圆形的减压腔（2）和太阳能电池板（6）与浮盒构成，为了方便移动浮盒左下方设有船舵（11）以便控制方向；减压腔（2）由不透明刚性防水材料制成，减压腔（2）内装有压力传感器，减压腔（2）外壁设有反光膜，减少因阳光照射所导致的减压腔（2）温度升高，前后两端安装有输气管和排气管，置于排气管上的气泵（15）抽气，通过漂浮浮子进口（1）使水面的水和空气一起抽入减压腔（2）内，在气泵（15）的持续抽气下，减压腔（2）处于低压状态，减压腔（2）内的水吸热汽化，吸收蒸发热，从而降低鱼塘水温;
根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：减压腔（2）内设有压力探测器（4）用于监测减压舱内的压力变化，当减压腔（2）开始充入空气时，进口电磁阀（14）打开，进气管前端装有一个漂浮浮子进口，使进气口2/3露出水面，气泵（15）将水和气抽入减压腔（2）内，漂浮浮子进口（1）会产生一个负压，拉动整个装置向前移动，移动的方向通过给电磁方向舵（17）通电，根据对左右两边不同的电磁进行吸引达到改变方向的目的，随后上出口电磁阀（13）关闭，下出口电磁阀（13）打开，气泵（15）抽出空气从排气管的下出口排入鱼塘内，为鱼塘充氧，当一段时间后，减压腔（2）压力降低，内充满水蒸气，下出口电磁阀（13）关闭，上出口电磁阀（13）打开，气泵（15）便会将水蒸气由排气管向上的排气口排出，进口电磁阀（14）、出口电磁阀（13）、压力探测器（4）都由单片机（8）控制。
2.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：单片机（8）连接机器人控制模块（9），机器人控制模块（9）又连接并控制着一个驱动模块（10），驱动模块（10）控制着鱼食投喂器（7），给鱼塘投食。
3.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：机器人移动范围通过单片机（8）来控制，浮盒内部装GPS定位芯片，有单片机（8）可通过GPS定位芯片控制机器人在鱼塘的行动方向和鱼塘所需监测的范围内浮动。
4.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：浮盒下端安装有温度传感器（16），温度传感器（16）与单片机（8）连接由单片机（8）控制温度传感器（16）的运行，温度传感器（16）用于监测水温控制装置的降温功能，当水温低于鱼塘中鱼群的生长温度时，气泵（15）在低压状态下停止抽水蒸气，不再降温。
5.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：浮盒左下方的位置装有针孔摄像头（5），针孔摄像头（5）可观测到机器人行进过程中的情景，以及鱼塘的实际环境，鱼群的运动方向等，通过单片机（8）分析摄像头所采集到的数据，并将采集到的数据发送给工作人员，可让机器人选择最佳路线前进对鱼塘更好的监控。
6.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：浮盒内装有GPS定位芯片，通过该GPS定位芯片可明确机器人的所在位置，若需要回收时，可直接通过定位的位置找到机器人，所以机器人无需人员看管，可自由进行移动。
7.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：减压腔（2）周围是一层太阳能电池板（6），减压腔（2）周围的太阳能电池板（6）位于水面下0.5-2cm下，同时内部装有锂电池，可满足机器人的使用；太阳能电池板（6）又可通过太阳能产生电量并储存在锂电池里，无需人员操作更换电池。
8.根据权利要求1所述的一种集监控降温和喂食于一体的鱼塘机器人，其特征在于：单片机（8）通过对针孔摄像头（5）采集的图像数据、压力传感器的压力数据、温度传感器（16）的温度数据以及GPS定位芯片的定位范围进行分析，以发出适当的指令使机器人做出相应的操作。
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