CN112931356B - 一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法，属于声学技术领域，所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。所述装置根据养殖水产动物进食时的发声状况，判断水产动物的进食情况，进而控制饵料的投放量和投放速度，实现对水产动物按需、精细化投喂，轻松实现“少食多餐”，有效的降低了饵料沉底的污染，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明属于声学技术领域，具体地涉及一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法。
背景技术
传统池塘水产养殖多采用经验方法进行投料，由于无法实时掌握水生生物的进食状态，多依据经验方法进行投喂，该类方法存在以下缺点：1.养殖者无法精确掌握不同养殖生物、不同生长期、不同环境条件下进食状态，会造成投料过多或过少的问题2.投料过多造成多余饵料沉入塘底，进而发生机质腐烂变质，超过了池塘本身的净化能力，造成有害细菌生长和有毒气体的富集，影像水生动物的健康；过量投饵也提升了养殖成本3.投料不足，造成水生动物无法充分进食，影像水生动物生长，造成减产，影像养殖者经济效益4.无法根据水生动物连续的进食状态判断其生长健康状态，增加池塘养殖风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法，所述装置根据养殖水产动物进食时的发声状况，判断水产动物的进食情况，进而控制饵料的投放量和投放速度，实现对水产动物按需、精细化投喂，轻松实现“少食多餐”，有效的降低了饵料沉底的污染，提高经济效益。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种用于水产养殖的智能化按需投料装置，所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；
水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。
进一步，所述的智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出投料的控制信号，控制型号分为N个等级，控制信号在自动化投料机转换成投料信号，同时投料信号也分为N个等级，不同等级代表投料量不同。
进一步，自动化投料机包括箱体、料仓、下料控制器、抛料盘、抛料盘电机及抛料电机控制器；下料控制器控制下料速度，抛料电机控制器控制抛料盘电机的运转速度，抛料盘电机带动抛料盘旋转。
本发明还提供所述装置的运行方法如下：
1)水听器采集养殖水体中的音频数据，并将音频数据传送给智能投料系统控制器实时分析处理；
2)智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料的控制信号，控制信号分为0、1、2、……N,不同等级；
智能投料系统控制器根据运算得出投料的控制信号，遵循“下料多抛料快，下料少抛料慢”的原则进行控制；
3)自动化投料机运行方法
(1)投料机实时接收智能投料系统控制器输出的控制信号，传输至下料控制器和抛料电机控制器转换为投料信号，控制下料速度和抛料速度，也即投料信号为下料速度信号和抛料速度信号；
(2)下料控制器根据接收到的下料速度信号等级，驱动下料口圆盘旋转至对应角度，不同下料速度信号等级对应圆盘0°到90°旋转角度，0°圆盘处于水平位置，停止下料，90°圆盘处于垂直位置，为最大下料速度；
(3)抛料电机控制器根据接收到的控制信号等级，驱动抛料盘电机旋转以带动抛料盘，不同抛料速度信号等级代表抛料盘电机运转速度不同，0表示电机停止运转，最高等级的抛料速度信号代表抛料盘电机100％转速。
进一步，所述步骤2)中智能投料系统控制器根据背景噪声高出阈值的量值以及进 食特征信号的能量值，输出饲料控制信号的方法如下：
1)背景噪声和进食特征信号的阈值检测
水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；
所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：
(1)计算背景噪声的声压级
将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：
设ti时刻接收器收到的海洋环境噪声信号pn(ti)，对pn(ti)做傅里叶变换：
Pn(fi)＝FFT(pn(ti))，其中fi＝ifs/N,i＝1,2,...,N；fs为采样频率，N为FFT的点数；
以f0(f0＜fs/2)为中心频率，在一定带宽范围内Δf＝fb-fa(fa≤f0≤fb)进行求和平均，获得背景噪声的强度：
对一定时间内的噪声强度进行平均，
背景噪声的声压级Lpf＝10log10(I/I0)，I0为参考声强；
遵循ANSI标准的S1.6-1984中通讯频率三分之一倍频程的划分标准，选取合适的fa和fb，分析背景噪声声压级；
将计算得到的背景噪声声压级存储进存储模块；
(2)设置背景噪声的阈值
在水生动物进食欲望强烈时，对应背景噪声的声压级较高；背景噪声的声压级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，背景噪声的声压级回复到正常状态；
根据存储模块中的背景噪声的声压级，每半小时进行平均，获得平均背景噪声的声压级A；实时获取存储的背景噪声的声压级的最大值B,阈值选取为T＝A+1/3*(B-A)；
(3)对背景噪声进行阈值检测
在背景噪声的实时声压级Lpf低于阈值T时，flag_n设为0；当背景噪声高于阈值时，flag_n设为1，富余量N＝Lpf-T；
所述进食特征信号的阈值检测方法：
在水生动物进食欲望强烈时，进食特征信号声压谱级也较高；进食特征信号声压谱级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，进食特征信号声压谱级回复到正常状态；
(1)计算进食特征信号的声压谱级
进食特征信号有特定的频段，计算该频带内的进食特征信号的声压谱级，获得进食特征信号的声压谱级,具体步骤如下：
按照公式(1)计算以f1为中心频率，其中f<1f<s2，在一定带宽范围内Δf′＝f′b-f′a(f′a≤f1≤f′b)的信号强度I′n，对一定时间内的信号强度进行平均，
进食特征信号的声压谱级Lps＝10log10(I′/I0)-10log10(Δf′)，I0为参考声强；
选取合适的f′a和f′b，分析进食特征信号的声压谱级；将计算得到的进食特征信号声压谱级存储进存储模块；
(2)设置进食特征信号声压谱级的阈值
根据存储模块中的进食特征信号的声压谱级，每半小时进行平均，获得平均进食特征信号的声压谱级As；实时获取存储的进食特征信号的声压谱级的最大值Bs；阈值选取为Ts＝As+3；
(3)对进食特征信号进行阈值检测
a、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps<Ts时，flag_s设为0；
b、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps>Ts时，flag_s设为1，富余量Ns＝Lps-Ts；
2)投喂控制
根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料投喂的控制信号nc，nc＝0～ncm，数值对应饲料投喂开关的开合大小，0为全闭合，ncm为全开放；ncm根据需要进行设置；
投喂开始时，nc＝ncm；下式中的[]为取整操作；
1)当flag_s＝0，flag_n＝0时，nc＝0；
2)当flag_s＝0，flag_n＝1时，nc＝[N/(B-T)*ncm]；
3)当flag_s＝1，flag_n＝0时，nc＝[Ns/(Bs-Ts)*ncm]；
4)当flag_s＝1，flag_n＝1时，nc取[Ns/(Bs-Ts)*ncm]和[N/(B-T)*ncm]二者的最大值。
本发明与现有技术相比的有益效果：
本发明实时根据养殖水生动物的进食状态，进行按需投饵，降低养殖成本，提升养殖产量，增加养殖户的经济效益。
附图说明
图1为本发明装置的布设示意图；
图2为自动化投料机的结构示意图；
图3为料仓的的结构示意图；
图4为抛料盘的结构示意图；
注：1、箱盖，2、箱体，3、料仓，4、下料口，5下料控制器，6、抛料保护罩，7、抛料盘，8、抛料盘电机，9、水听器，10、自动化投料机,11、智能投料系统控制器。
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明的技术方案做进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。
实施例1
一种用于水产养殖的智能化按需投料装置，如图1所示，所述装置包括水听器9、自动化投料机10和智能投料系统控制器11；水听器布置在水生动物养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；
水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。
1、水听器
为全向监听水听器，供电电压为12v，监听范围为1khz-120khz，主要用于实时采集水生动物进食时的声音，以用于判断进食状态，并通过信号线实时传输至智能投料系统控制器。
2、智能投料系统控制器
智能投料系统控制器采用STM32F7系列芯片开发，主要实现基于水听器声学数据实时分析处理，转换为水生动物进食行为等级数字信号；然后根据进食行为等级信号输出对应的抛料盘电机速度信号和下料电机控制器信号，实现水生动物的精细化投料。
3、自动化投料机
自动化投料机通过RS485信号实时接收智能控制器信号，自动化投料机包括箱盖1、箱体2、料仓3、下料口4，下料控制器5、抛料保护罩6、抛料盘7、抛料盘电机8及抛料盘控制器等5部分组成，供电电压为12v，如图2-4所示。
投料机的箱体和箱盖是由不锈钢或塑料材质制成，外部保护作用。
投料机的料仓是内部的锥形空间，主要用于存储不同类型的饲料。
投料机的下料控制器是安装在料仓3的下料口4处，由抛料盘电机8驱动抛料盘7控制下料速度，抛料盘水平时下料口完全封闭，抛料盘垂直时下料速度最快。
抛料盘、抛料保护罩、抛料盘电机及抛料盘控制器组成投料机抛料系统，抛料盘控制器控制抛料盘电机的运转速度，抛料盘电机驱动抛料盘转动，通过离心力将饵料抛洒出去，抛料保护罩防止饵料飞溅到养殖池外。
上述装置的运行过程如下：
1、水听器
水听器采集养殖水体中的音频数据，并将音频数据传送给智能投料系统控制器实时分析处理；
2、智能投料系统控制器
智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，采用“一种基于声学监测自动按需投放水生生物饲料的方法”，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出水生生物饲料的控制信号，为11个等级(0，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)1代表最小的投料控制信号，10代表最大的投料控制信号，0代表不进行投喂。
智能投料系统控制器根据运算得出投料的控制信号，遵循“下料多抛料快，下料少抛料慢”的原则进行控制；
所述的一种基于声学监测自动按需投放水生生物饲料的方法，具体步骤如下：
1)背景噪声和进食特征信号的阈值检测
水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；
所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：
(1)计算背景噪声的声压级
将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：
设ti时刻接收器收到的海洋环境噪声信号pn(ti)，对pn(ti)做傅里叶变换：
Pn(fi)＝FFT(pn(ti))，其中fi＝ifs/N,i＝1,2,...,N；fs为采样频率，N为FFT的点数；
以f0(f0＜fs/2)为中心频率，在一定带宽范围内Δf＝fb-fa(fa≤f0≤fb)进行求和平均，获得背景噪声的强度：
对一定时间内的噪声强度进行平均，
背景噪声的声压级Lpf＝10log10(I/I0)，I0为参考声强；
遵循ANSI标准的S1.6-1984中通讯频率三分之一倍频程的划分标准，选取合适的fa和fb，分析背景噪声声压级；
将计算得到的背景噪声声压级存储进存储模块；
(2)设置背景噪声的阈值
在水生生物进食欲望强烈时，对应背景噪声的声压级较高；背景噪声的声压级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，背景噪声的声压级回复到正常状态；
根据存储模块中的背景噪声的声压级，每半小时进行平均，获得平均背景噪声的声压级A；实时获取存储的背景噪声的声压级的最大值B,阈值选取为T＝A+1/3*(B-A)；
(3)对背景噪声进行阈值检测
在背景噪声的实时声压级Lpf低于阈值T时，flag_n设为0；当背景噪声高于阈值时，flag_n设为1，富余量N＝Lpf-T；
所述进食特征信号的阈值检测方法：
在水生生物进食欲望强烈时，进食特征信号声压谱级也较高；进食特征信号声压谱级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，进食特征信号声压谱级回复到正常状态；
(1)计算进食特征信号的声压谱级
进食特征信号有特定的频段，计算该频带内的进食特征信号的声压谱级，获得进食特征信号的声压谱级,具体步骤如下：
按照公式(1)计算以f1为中心频率，其中f<1f<s2，在一定带宽范围内Δf′＝f′b-f′a(f′a≤f1≤f′b)的信号强度I′n，对一定时间内的信号强度进行平均，
进食特征信号的声压谱级Lps＝10log10(I′/I0)-10log10(Δf′)，I0为参考声强；
选取合适的f′a和f′b，分析进食特征信号的声压谱级；将计算得到的进食特征信号声压谱级存储进存储模块；
(2)设置进食特征信号声压谱级的阈值
根据存储模块中的进食特征信号的声压谱级，每半小时进行平均，获得平均进食特征信号的声压谱级As；实时获取存储的进食特征信号的声压谱级的最大值Bs；阈值选取为Ts＝As+3；
(3)对进食特征信号进行阈值检测
c、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps<Ts时，flag_s设为0；
d、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps>Ts时，flag_s设为1，富余量Ns＝Lps-Ts；
2)投喂控制
根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料投喂的控制信号nc，nc＝0～ncm，数值对应饲料投喂开关的开合大小，0为全闭合，ncm为全开放；ncm根据设置为10；
投喂开始时，nc＝ncm；下式中的[]为取整操作；
5)当flag_s＝0，flag_n＝0时，nc＝0；
6)当flag_s＝0，flag_n＝1时，nc＝[N/(B-T)*ncm]；
7)当flag_s＝1，flag_n＝0时，nc＝[Ns/(Bs-Ts)*ncm]；
8)当flag_s＝1，flag_n＝1时，nc取[Ns/(Bs-Ts)*ncm]和[N/(B-T)*ncm]二者的最大值。
3、自动化投料机运行方法
A.投料机通过RS485信号实时接收智能控制器信号，主要包括下料速度和抛料速度，分别传输至下料控制器和抛料电机控制器；
B.下料控制器根据接收到的0到10控制信号，驱动下料口抛料盘旋转至对应角度。0到10控制信号对应0°到90°位置，0°抛料盘处于水平位置，停止下料，90°抛料盘处于垂直位置，最大下料速度；0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10等控制信号分别对应抛料盘位置0°，9°，18°，27°，36°，45°，54°，63°，72°，81°，90°。
C.对于智能投料系统控制器输出的6，7，8，9，10等5个信号等级等值数值输出至抛料盘电机控制器；对于1，2，3，4，5等5个信号等级输出数值5至抛料盘电机控制器，主要为了保持抛料盘最低速实现饵料抛洒距离。对于0信号，抛料盘电机停止转动。
抛料电机控制器根据接收到的0，5，6，7，8，9，10控制信号，驱动电机旋转以带动抛料盘，0表示抛料电机停止运转，5，6，7，8，9，10分别代表抛料电机的50％，60％，70％，80％，90％，100％转速。
实施例2
6个罗非鱼养殖池，单个养殖池塘面积1亩，其中3个养殖池使用本发明装置进行投饵，3养殖池为传统的人工投饵，每天投饵3次，经过1个月的养殖试验，对罗非鱼的生长情况进行抽样检测，使用本发明装置投饵组与人工投饵组生长情况差异不显著，本发明装置的投饵组的饲料系数为1.1，人工投喂组为1.3，说明对照组有大量饲料浪费。
Claims (3)
1.一种水产养殖的智能化按需投料方法，其特征在于所述方法需要利用智能化按需投料装置，所述智能化按需投料装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；
水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放；
所述方法具体包括如下步骤：
(一)水听器采集养殖水体中的音频数据，并将音频数据传送给智能投料系统控制器实时分析处理；
(二)智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料的控制信号，控制信号分为0、1、2、……N,不同等级；
智能投料系统控制器根据运算得出投料的控制信号，遵循“下料多抛料快，下料少抛料慢”的原则进行控制；
(三)自动化投料机运行方法
所述步骤(二)中智能投料系统控制器根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料控制信号的方法如下：
1)背景噪声和进食特征信号的阈值检测
水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；
所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：
(1)计算背景噪声的声压级
将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：
设ti时刻接收器收到的海洋环境噪声信号pn(ti)，对pn(ti)做傅里叶变换：
Pn(fi)＝FFT(pn(ti))，其中fi＝ifs/N,i＝1,2,...,N；fs为采样频率，N为FFT的点数；
以f0为中心频率，其中f0＜fs/2，在一定带宽范围内Δf＝fb-fa，fa≤f0≤fb，进行求和平均，获得背景噪声的强度：
其中ia＝Nfa/fs,ib＝Nfb/fs；
对一定时间内的噪声强度进行平均，
背景噪声的声压级Lpf＝10log10(I/I0)，I0为参考声强；
遵循ANSI标准的S1.6-1984中通讯频率三分之一倍频程的划分标准，选取合适的fa和fb，分析背景噪声声压级；
将计算得到的背景噪声声压级存储进存储模块；
(2)设置背景噪声的阈值
在水生动物进食欲望强烈时，对应背景噪声的声压级较高；背景噪声的声压级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，背景噪声的声压级回复到正常状态；
根据存储模块中的背景噪声的声压级，每半小时进行平均，获得平均背景噪声的声压级A；实时获取存储的背景噪声的声压级的最大值B,阈值选取为T＝A+1/3*(B-A)；
(3)对背景噪声进行阈值检测
在背景噪声的实时声压级Lpf低于阈值T时，flag_n设为0；当背景噪声高于阈值时，flag_n设为1，富余量N＝Lpf-T；
所述进食特征信号的阈值检测方法：
在水生动物进食欲望强烈时，进食特征信号声压谱级也较高；进食特征信号声压谱级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，进食特征信号声压谱级回复到正常状态；
(1)计算进食特征信号的声压谱级
进食特征信号有特定的频段，计算该频段内的进食特征信号的声压谱级，获得进食特征信号的声压谱级,具体步骤如下：
按照公式(1)计算以f1为中心频率，其中f1＜fs/2，在一定带宽范围内Δf′＝f′b-f′a，f′a≤f1≤f′b的信号强度I′n，对一定时间内的信号强度进行平均，
进食特征信号的声压谱级Lps＝10log10(I′/I0)-10log10(Δf′)，I0为参考声强；
选取合适的f′a和f′b，分析进食特征信号的声压谱级；将计算得到的进食特征信号声压谱级存储进存储模块；
(2)设置进食特征信号声压谱级的阈值
根据存储模块中的进食特征信号的声压谱级，每半小时进行平均，获得平均进食特征信号的声压谱级As；实时获取存储的进食特征信号的声压谱级的最大值Bs；阈值选取为Ts＝As+3；
(3)对进食特征信号进行阈值检测
a、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps<Ts时，flag_s设为0；
b、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps>Ts时，flag_s设为1，富余量Ns＝Lps-Ts；
2)投喂控制
根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料投喂的控制信号nc，nc＝0～ncm，数值对应饲料投喂开关的开合大小，0为全闭合，ncm为全开放；ncm根据需要进行设置；
投喂开始时，nc＝ncm；下式中的[]为取整操作；
1)当flag_s＝0，flag_n＝0时，nc＝0；
2)当flag_s＝0，flag_n＝1时，nc＝[N/(B-T)*ncm]；
3)当flag_s＝1，flag_n＝0时，nc＝[Ns/(Bs-Ts)*ncm]；
4)当flag_s＝1，flag_n＝1时，nc取[Ns/(Bs-Ts)*ncm]和[N/(B-T)*ncm]二者的最大值；
所述步骤(三)自动化投料机运行方法：
(1)投料机实时接收智能投料系统控制器输出的控制信号，传输至下料控制器和抛料电机控制器转换为投料信号，控制下料速度和抛料速度，也即投料信号为下料速度信号和抛料速度信号；
(2)下料控制器根据接收到的下料速度信号等级，驱动下料口圆盘旋转至对应角度，不同下料速度信号等级对应圆盘0°到90°旋转角度，0°圆盘处于水平位置，停止下料，90°圆盘处于垂直位置，为最大下料速度；
(3)抛料电机控制器根据接收到的控制信号等级，驱动抛料盘电机旋转以带动抛料盘，不同抛料速度信号等级代表抛料盘电机运转速度不同，0表示电机停止运转，最高等级的抛料速度信号代表抛料盘电机100％转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出投料的控制信号，控制信号分为N个等级，控制信号在自动化投料机转换成投料信号，同时投料信号也分为N个等级，不同等级代表投料量不同。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于自动化投料机包括箱体、料仓、下料控制器、抛料盘、抛料盘电机及抛料电机控制器；下料控制器控制下料速度，抛料电机控制器控制抛料盘电机的运转速度，抛料盘电机带动抛料盘旋转。
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|---|---|---|---|---|
| CN113661954B (zh) * | 2021-08-03 | 2023-02-28 | 魏茂春 | 基于声学检测的虾养殖智能投料方法及系统 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329482A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Marine Syst:Kk | 超音波式残餌糞検出方法及び装置 |
| JPH10313730A (ja) * | 1997-05-15 | 1998-12-02 | Hitachi Ltd | 水棲生物用自動給餌装置 |
| KR100784625B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2007-12-11 | 강원대학교산학협력단 | 물고기 먹이 공급장치 |
| CN103070126A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 | 一种池塘养殖声控投喂方法及基于该方法的装置 |
| CN103444613A (zh) * | 2013-08-29 | 2013-12-18 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种用于鱼类养殖的投喂控制系统及方法 |
| CN103563813A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 陈和龙 | 结构简单的投饵机 |
| CN105048710A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-11 | 江苏大学 | 一种单电机循环水养殖浮饵均匀投饵机及方法 |
| CN107114291A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-01 | 浙江大学 | 一种基于声纳技术的大水体气力式智能投饲系统 |
| CN109757419A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-05-17 | 玉林师范学院 | 一种基于鱼饲料消耗量的智能喂养系统及方法 |
| CN110488219A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-22 | 自然资源部第一海洋研究所 | 一种浅海单水听器运动目标距离估计方法 |
| CN111165414A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-19 | 浙江大学 | 一种基于光-声耦合技术的游泳型鱼类自适应投喂装置及方法 |
| JP2020167950A (ja) * | 2019-04-03 | 2020-10-15 | 株式会社マクスマラシステムズ | エビ養殖用の養殖システム |
-
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09329482A (ja) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Marine Syst:Kk | 超音波式残餌糞検出方法及び装置 |
| JPH10313730A (ja) * | 1997-05-15 | 1998-12-02 | Hitachi Ltd | 水棲生物用自動給餌装置 |
| KR100784625B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2007-12-11 | 강원대학교산학협력단 | 물고기 먹이 공급장치 |
| CN103563813A (zh) * | 2012-07-31 | 2014-02-12 | 陈和龙 | 结构简单的投饵机 |
| CN103070126A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-05-01 | 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 | 一种池塘养殖声控投喂方法及基于该方法的装置 |
| CN103444613A (zh) * | 2013-08-29 | 2013-12-18 | 北京农业信息技术研究中心 | 一种用于鱼类养殖的投喂控制系统及方法 |
| CN105048710A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-11 | 江苏大学 | 一种单电机循环水养殖浮饵均匀投饵机及方法 |
| CN107114291A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-09-01 | 浙江大学 | 一种基于声纳技术的大水体气力式智能投饲系统 |
| CN109757419A (zh) * | 2019-02-15 | 2019-05-17 | 玉林师范学院 | 一种基于鱼饲料消耗量的智能喂养系统及方法 |
| JP2020167950A (ja) * | 2019-04-03 | 2020-10-15 | 株式会社マクスマラシステムズ | エビ養殖用の養殖システム |
| CN110488219A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-22 | 自然资源部第一海洋研究所 | 一种浅海单水听器运动目标距离估计方法 |
| CN111165414A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-19 | 浙江大学 | 一种基于光-声耦合技术的游泳型鱼类自适应投喂装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 北海狮水下声信号类型分析;姜莹等;《海洋科学进展》;20200115(第01期);第182-188页 * |
| 宽带声学多普勒流速剖面仪信号中心频率估计;汪胜波等;《中国海洋大学学报(自然科学版)》;20130215(第02期);第87-92页 * |
| 水产养殖中摄食声学研究进展;曲蕊等;《渔业现代化》;20200815(第04期);第1-6页 * |
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