CN116009595A

CN116009595A - 一种太阳能板调节方法、装置及智能水产养殖方法、系统

Info

Publication number: CN116009595A
Application number: CN202211691440.7A
Authority: CN
Inventors: 孙龙清; 王嘉煜; 王泊宁; 王新龙; 陈纪溪; 李道亮
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2022-12-27
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2023-04-25

Abstract

本发明公开了一种太阳能板调节方法、装置及智能水产养殖方法、系统，本发明获取预设的适合养殖鱼类生长的最佳光照强度阈值，及实时采集水下的光照强度数据，按照预定周期调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射，在太阳能板被阳光垂直照射的情况下，比较最佳光照强度阈值与实时采集的光照强度数据，根据比较结果进一步调整太阳能板的角度，直至光照强度数据最接近最佳光照强度阈值，通过太阳能板实现光照强度的智能调节，改善养殖水塘的光照环境，提高养殖效益，降低养殖成本。

Description

一种太阳能板调节方法、装置及智能水产养殖方法、系统

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能板调节方法、装置及智能水产养殖方法、系统。

背景技术

水产业的发展和水产品的质量与其所处的环境息息相关。提高水产养殖自动化程度，改善和维持养殖水塘环境，为养殖鱼类的生长提供保障。光照作为影响养殖环境的重要因素，对于鱼的生长至关重要，从投喂方面来看，适量的光照强度能够促进鱼的活动，提高鱼的摄食率及体内摄入饵料的转化率。

现有的智能水产养殖技术大多集中在水质参数的自动调节，对光照强度的自动调节研究较少，缺少通过改善养殖水塘的光照环境，提高养殖效益，降低养殖成本的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太阳能板调节方法、装置及智能水产养殖方法、系统，通过调节太阳能板的角度，使照射水塘的光照强度接近鱼群最适应光照强度，从而改善养殖水塘的光照环境，同时将太阳能板吸收的光能转化为电能，存储在蓄电池中，夜晚或负载过高时利用蓄电池为养殖设备辅助供电，提高养殖效益，降低养殖成本，在现有的池塘养殖基础上，建立一套经济、环保的智能养殖系统。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种太阳能板调节方法,包括：

获取预设的适合养殖的最佳光照强度阈值；

实时地采集水下的光照强度数据；

按照预定周期调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射；

在太阳能板被阳光垂直照射的情况下，比较所述最佳光照强度与光照强度数据；根据所述比较结果进一步调整太阳能板的角度，直至所述光照强度数据最接近所述最佳光照强度阈值。

优选地，所述的太阳能板调节方法，包括：

优选地，实现所述太阳能板被阳光垂直照射，包括：

通过光敏传感器采集太阳能板的模拟光照信息；

通过A/D转换器将所述采集的模拟光照信息进行模数转换，生成数字光照信息；

通过单片机根据所述数字光照信息判断光源的轨迹，并根据所判断的光源轨迹控制电机调整太阳能板的角度。

优选地，所述的太阳能板调节方法，还包括：

在实时地采集水下的光照强度数据之后，采用当前时间之前采集的预定时间范围内的光照强度数据的平均值来对当前缺失的光照强度数据进行填充。

优选地，所述的太阳能板调节方法，还包括：

利用所述太阳能板将吸收的太阳能转化为电能，存储在蓄电池中，夜晚或负载过大时利用蓄电池为各水产养殖设备辅助供电。。

一种智能水产养殖方法，包括如上所述的太阳能板调节方法。

所述的智能水产养殖方法，还包括：

采集水质数据；

利用所述水质数据反向控制各水产养殖设备。

一种太阳能板调节装置，包括：

水下照度计，用于实时地采集水下的光照强度数据；

光敏传感器，用于采集太阳能板的模拟光照信息；

A/D转换器，用于将所述采集的模拟光照信息进行模数转换，生成数字光照信息；

单片机，用于根据所述数字光照信息判断光源的轨迹，并根据所判断的光源轨迹控制电机调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射；所述单片机还将最佳光照强度阈值与所述水下的光照强度数据进行比较，并根据所述比较结果进一步调整太阳能板的角度，使得太阳能板向养殖水产提供最接近所述最佳光照强度阈值的光照。

一种智能水产养殖系统，包括如上所述的太阳能板调节装置。

进一步地，所述的智能水产养殖系统，还包括：光耦继电器、多个交流接触器、多个养殖设备，太阳能板提供的电能存储在蓄电池中，夜晚或负载过高时蓄电池通过所述光耦继电器后，通过所述多个交流接触器分别向所述各个养殖设备辅助供电。

进一步地，所述的所述多个养殖设备包括增氧机和投喂机，还可以包括其他养殖设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种太阳能板调节方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种太阳能板追踪光源的工作原理图；

图3为本发明实施例提供的一种太阳能板根据最佳光照阈值调节的工作原理图；

图4为本发明实施例提供的一种太阳能板调节装置结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种太阳能供电控制系统工作原理图；

图6为本发明实施例提供的传感器节点与服务器之间传输层网络结构示意图；

图7为本发明实施例提供的嵌入网关功能模块示意图；

图8为本发明实施例提供的一种智能水产养殖系统的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有水产养殖系统在光照强度自动调节方面的不足，本发明基于太阳能板在智能水产养殖系统中的应用，详细结合图1进行说明，太阳能板调节方法可以包括：

步骤S100，获取预设的适合养殖的最佳光照强度阈值。

具体地，适合养殖的最佳光照强度阈值可以是根据水产养殖种类的不同，所述种类可以是鱼类，或者其他，为方便介绍，本发明以鱼类为例说明，设置不同的光照环境进行对照实验，观察不同光照强度下鱼群的集群行为及摄食行为的差异，从而选出该实验组中鱼群最适合的光照强度。

进一步地，可以将光强初次设定为200lx、400lx、600lx、800lx。首先，通过肉眼观察鱼群的集聚现象，如果存在明显的趋光性，说明该光照强度不利于鱼群的生长活动，通过上述方式粗筛出实验光强大的范围；然后，通过对比鱼群对鱼饵的摄食率(摄食数量/总数量)和摄食时间(根据摄食的时间分为：无、弱、中、强)进行量化评估来判断不同光照强度下鱼的进食状况，从而得到鱼的生长活动状况，从而推测出鱼类活动的最佳光照范围。

可以理解的是，通过多次实验得到的最佳光照强度阈值并不限定是一个值，而是一个范围。

步骤110，实时地采集水下的光照强度数据。

具体地，将数据传感器均匀安装在池塘当中，通过水下照度计实时获取光照强度数据及通过水质传感器获取溶解氧、PH、温度等参数，10分钟获取一次。

对获取到的水质参数数据进行预处理。可采用简单的移动平均法对数据进行预测，如下式：

F_t＝(A_t-1+A_t-2+…+A_t-n)/n

式中，Ft—对下一期的预测值；

n—移动平均的时期个数；

At_-1—前期实际值；

At_-2、At_-n—分别表示前两期直至前n期的实际值。

若预测值与实际值相差过多，需要对数据进行处理；若实际值存在缺失，如采集数据为空等情况，需要对数据进行及时填充。

步骤S120、按照预定周期调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射。

图2为本发明实施例提供的一种太阳能板追踪光源的工作原理图。如图2所示，光敏传感器接收光照信号，收集到的信号经过AD转换传送给单片机，由单片机来运算并判断光源的轨迹，从而控制电机转动来实现自动跟踪光源。

在一定时间间隔，太阳能板通过水平、垂直方向的调整，自动跟踪太阳光，保证太阳能板与太阳光线垂直。当光线与太阳能板不垂直时，传感器产生失衡，导致输出信号出现偏差，驱动电机开始校准，光电传感器恢复平衡，当太阳能板与光线重新达到垂直时，电机停止运行，每隔一定预设周期完成一次上述调整。

步骤130、在太阳能板被阳光垂直照射的情况下，比较所述最佳光照强度与光照强度数据。

具体地，在调整太阳能板与太阳光线垂直的前提下，将该位置下实时采集的水下光照强度数据，与前述实验获取的最佳光照强度阈值进行对比。

步骤140、根据所述比较结果进一步调整太阳能板的角度，直至所述光照强度数据最接近所述最佳光照强度阈值。

图3为本发明实施例提供的一种太阳能板根据最佳光照阈值调节的工作原理图。如图3所示，在调整太阳能板与太阳光线垂直之后，根据水下光照计实时采集光照强度数据调整太阳能板的角度。在调整角度的过程中，将当前光强与鱼群最佳光照强度阈值进行多次反复对比，直到当前光强接近鱼群最佳光照强度阈值，停止太阳能板角度的调整。

本实施例提供的太阳能板调节方法，还包括：

用所述太阳能板将吸收的太阳能转化为电能，存储在蓄电池中，夜晚或负载过大时利用蓄电池为各水产养殖设备辅助供电。

具体地，在太阳能板角度满足鱼群最佳光照强度情况下，太阳能板将吸收的太阳能转化为电能，存储在蓄电池中，夜晚或负载过大时利用蓄电池为各水产养殖设备辅助供电。

下面对本发明实施例提供的太阳能板调节装置进行描述，下文描述的太阳能板调节装置与上文描述的太阳能板调节方法可互相对应参照。

图4为本发明实施例提供的一种太阳能板调节装置结构示意图，如图4所示，该装置可以包括：

光敏传感器，用于接收太阳光能信号；

AD转换芯片，用于将模拟信号转换为数字信号；

晶振电路，维持电路平衡；

电源，用于为所述装置供电；

单片机，用于控制电机驱动；

电机控制电路，用于驱动太阳能板进行位置调节；

太阳能板，用于吸收太阳能，并通过位置调整实时调节照射到池塘的光照强度。

具体地，光敏传感器收集光照，并将收集到的模拟信号经过AD转换传送给单片机，由单片机来运算并判断光源的轨迹，从而控制电机转动来实现自动跟踪光源。

进一步地，在光照计采集数据达到最佳光照强度阈值范围时，单片机下发指令，控制电机停止转动。同时，太阳能板将吸收的太阳能转化为电能，存储在蓄电池中，通过蓄电池为养殖设备辅助供电。

图5为本发明实施例提供的一种太阳能供电控制系统工作原理图，如图5所示，太阳能供电控制系统包括：太阳能电池板、MPPT电路、充放电控制电路、蓄电池组、逆变器、交直流负载，蓄电池组在深度放电达到30％时，可以循环使用1000次以上，为了延长蓄电池的循环使用寿命，利用充放电控制电路来对电能进行合理的分配，当检测到蓄电池电压过低时，供电系统切断电源来保护蓄电池，而检测电压过高时会自动停止为蓄电池充电。

本发明实施例提供的智能水产养殖方法，包括太阳能板调节方法，还包括：

采集水质数据；

利用所述水质数据反向控制各水产养殖设备。

具体地，所述水质数据中，本发明实施例主要选取溶解氧的浓度来作说明，溶解氧的浓度主要是靠增氧机来维持。

图6为本发明实施例提供的传感器节点与服务器之间传输层网络结构示意图，如图6所示，水下部署有多个传感器节点，每个节点接入到ZigBee无线传感网络中，将实时采集的水质参数如溶解氧的浓度等通过传输层网络发送服务器，实现水质参数实时采集。

图7为本发明实施例提供的嵌入网关功能模块示意图。如图7所示，嵌入式网关通过GPRS与外部Internet连接将ZigBee网络数据传输到服务器中，由服务器下发指令对设备进行控制。

具体地，当上传到服务器的水质参数如溶解氧的浓度低于预设的数值时，服务器下发指令控制增氧机加速运转；当检测到溶解氧的浓度高于预设的数值时，服务器下发指令控制增氧机减缓运转速度，实现通过水质参数反向控制水产养殖设备的目的。

本发明实施例提供的太阳能板调节装置可应用于智能水产养殖系统。可选地，图8为本发明实施例提供的一种智能水产养殖系统的硬件结构示意图，参照图8，智能水产养殖系统的硬件结构可以包括：

至少一个光耦继电器，两个或以上交流接触器、两个或以上养殖设备；

在本发明实施例中，太阳能板提供的电能存储在蓄电池中，夜晚或负载过大时蓄电池通过光耦继电器后，通过多个交流接触器分别向各个养殖设备辅助供电，所述养殖设备至少包括增氧机和投喂机，还可以包括如耕水机、温控机等其他养殖设备，增氧机主要用来维持水下溶解氧的浓度，投喂机主要用来将储存的饵料根据需求投喂给鱼群，由于这些养殖设备需要持续运转，并且功率较大，普通的继电器难以满足要求，为了维持养殖设备工作的可靠性，我们采用在继电器和养殖设备之间增加交流接触器的方法来实现。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种太阳能板调节方法，其特征在于，该方法包括：

获取预设的适合养殖的最佳光照强度阈值；

实时地采集水下的光照强度数据；

2.权利要求1所述的太阳能板调节方法，其特征还在于，按照预定周期调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射，包括：

通过光敏传感器采集太阳能板的模拟光照信息；

3.根据权利要求1所述的太阳能板调节方法，其特征还在于，在实时地采集水下的光照强度数据之后，该方法还包括：

采用当前时间之前采集的预定时间范围内的光照强度数据的平均值来对当前缺失的光照强度数据进行填充。

4.根据权利要求1所述的太阳能板调节方法，其特征还在于，该方法还包括：

利用所述太阳能板将吸收的太阳能转化为电能，存储在蓄电池中，夜晚或负载过大时利用蓄电池为各养殖设备辅助供电。

5.一种智能水产养殖方法，其特征还在于，包括权利要求4所述的太阳能板调节方法，所述智能水产养殖方法还包括：

采集水质数据；

利用所述水质数据反向控制各水产养殖设备。

6.一种用于智能水产养殖的太阳能板调节装置，其特征在于，该装置包括水下照度计、光敏传感器、A/D转换器、单片机、电机以及太阳能板，其中：水下照度计，用于实时地采集水下的光照强度数据；光敏传感器，用于采集太阳能板的模拟光照信息；A/D转换器将所述采集的模拟光照信息进行模数转换，生成数字光照信息；单片机用于根据所述数字光照信息判断光源的轨迹，并根据所判断的光源轨迹控制电机调整太阳能板的角度，使得太阳能板被阳光垂直照射；所述单片机还将最佳光照强度阈值与所述水下的光照强度数据进行比较，并根据所述比较结果进一步调整太阳能板的角度，使得太阳能板向养殖水产提供最接近所述最佳光照强度阈值的光照。

7.一种智能水产养殖系统，其特征在于，该系统包括权利要求6述的太阳能板调节装置。

8.根据权利要求7所述的智能水产养殖系统，其特征在于，该系统包括光耦继电器、多个交流接触器、多个养殖设备，太阳能板提供的电能存储在蓄电池中，夜晚或负载过高时蓄电池通过光耦继电器后，通过多个交流接触器分别向各个养殖设备辅助供电。

9.根据权利要求8所述的智能水产养殖系统，其特征在于，所述多个养殖设备包括增氧机和投喂机，还可以包括其他养殖设备。