CN205827158U - 一种水产养殖的智能投饵与数据管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水产养殖的智能投饵与数据管理的装置，主要包括ZigBee网络、ARM网关、PC端软件及后台数据库服务器。该系统主要包括两大功能：智能投饵控制及系统综合管理，以ZigBee网络为数据传输网络，通过控制终端节点，依托后台专家系统数据库包含大量水产养殖明白纸，可用于养殖厂的多品种水产品的全过程、分阶段、参数化、精确投饵；后台服务器不仅保存着包括投饵时刻、投饵量、投饵持续时间在内的所有投饵数据，可通过打印机、绘图仪等方式进行输出；而且整个系统可通过管理软件控制整个ZigBee网络所有节点的工作状态。

Description

一种水产养殖的智能投饵与数据管理装置

技术领域

本实用新型涉及智能水产养殖领域，具体地说，特别涉及到一种水产养殖的智能投饵与数据管理的装置、系统和方法。

背景技术

水产品具有高蛋白、低脂肪、营养平衡性好的特点，成为人们摄取优质动物性蛋白质的主要来源。随着自动化技术的进步，工厂化养殖也成为一种趋势。

现有的养殖模式的缺陷在于：

1.一般工厂化养殖面积大，生产人力不足，传统的自动投饵机虽然在一定程度上降低了作业人员的劳动强度，但由于每台投饵机各自独立工作，存在投放时间差，难以实现精确投饵，且效率低下。

2.由于养殖面积的扩大，对随之增加的大量投饵机的工作状态的实时监控也愈发困难；且水产品在不同的养殖阶段对饵料的需求量是不同的，传统的自动投饵系统无法根据不同水产品在各个养殖阶段对饵料进行精确投饵。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种水产养殖的智能投饵与数据管理的装置、系统和方法，以解决现有技术中存在的问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于水产养殖的智能投饵及数据管理系统，包括

一数据传输网络，其包括终端节点、与所述终端节点通讯连接的协调器、以及分布于养殖场各区域的若干路由器；

一网关，其用于实现数据传输网络与客户端之间的数据通讯，并根据协议格式将数据封包、解包、数据库插入和串口转以太网协议；

一客户端，所述客户端具有投饵数据库和专家系统，投饵数据库用于保存终端节点的投饵信息，专家系统用于提供水产品养殖数据。

进一步的，所述终端节点为振动式投饵机，其通过单片机接入数据传输网络，且在客户端的控制下实现智能投饵；

所述振动式投饵机包括支座、以及安装于支座上的箱体，在所述支座上安装有下料机构，下料机构与储料箱的出料口连接，下料机构的侧方安装有步进电机和激振器，在所述下料机构的侧下方安装有抖料机构，在抖料机构的侧方安装有弹簧和重力传感器。

进一步的，所述路由器、终端节点和协调器组成通信网络；

每一个所述路由器均覆盖一区域，在所述路由器覆盖的区域范围内均设有若干终端节点，且所述终端节点通过对应的路由器与协调器通讯连接；

所述路由器与路由器覆盖的区域内的若干终端节点组成一级网络，所有所述路由器与协调器组成二级网络。

一种用于水产养殖的智能投饵方法，包括如下步骤：

1)组建数据传输网络，将终端节点、路由器和协调器接入数据传输网络，并通过所述数据传输网络与客户端进行数据通讯；

2)终端节点向客户端的专家系统发出请求，专家系统在接收到请求后，将 对应终端节点所需的水产品养殖明白纸数据发送至指定终端节点，水产品养殖明白纸数据被保存在单片机内存上，终端节点通过读取内存数据，进行定时、定量投饵；

3)终端节点会将包括投饵时刻、投饵量和投饵持续时间的投饵信息发送给各自域内的路由器，路由器节点再将数据传输给协调器，协调器将数据传输给集成了网关，最终数据经网关通过以太网的方式传输至客户端的投饵数据库。

一种用于水产养殖的智能管理方法，包括数据管理和系统节点管理，数据管理由客户端实现，系统节点管理由ZigBee网络实现；

(1)数据管理的实现：

投饵机节点为ZigBee网络的终端节点，投饵机在投饵时会将投饵信息保存在内存中，并定时向协调器发送数据，协调器节点集成在网关上；协调器和网关直接通信，网关通过以太网卡控制器以以太网的形式和客户端进行数据传输；后台数据保存在数据库中，并能使用客户端对历史数据进行调用或输出。

(2)系统节点管理的实现：

所述ZigBee网络的节点都集成了继电器控制模块，在节点不需要工作时，能通过客户端直接关闭相应节点的工作状态，实现系统的柔性控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提出的基于水产养殖专家系统的智能投饵及数据管理系统不仅能实现对水产品的投饵量进行全过程、阶段性、精确化控制，保证水产品正常生长，且通过后台数据管理软件可对投饵数据进行实时控制并记录，便于后期研究。

本实用新型基于后台的专家系统的养殖数据支持，通过ZigBee网络实现对 多品种水产养殖过程投饵量的全过程、阶段性、精确化控制，有效降低了作业人员的劳动强度，在节约了大量饵料资源的同时，也在一定程度上降低了工厂化养殖成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的智能投饵及数据管理系统的示意图。

图2a为本实用新型所述的投饵机的结构示意图。

图2b为本实用新型所述的投饵机的侧面结构示意图。

图2c为本实用新型所述的投饵机的正面结构示意图。

图3为本实用新型所述的区域网络的示意图。

表4为本发明所述的路由器的功能模块组成。

表5为本发明所述的协调器的功能模块组成。

表6为本发明所述的网关的功能模块组成。

图中标号说明：支座1、箱体2、弹簧3、重力传感器4、下料机构5、储料箱6、激振器7、步进电机8、抖料机构9。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1，本实用新型所述的系统总共包括三部分：ZigBee数据传输网络、ARM网关、PC端软件及后台数据库；所述ZigBee数据传输网络包括终端节点(投饵机)、路由器、协调器，投饵机为振动式投饵机。

如图2所示，终端节点由集成了CC2530芯片的51系列单片机控制，负责饵料的投放和投饵信息的传输，所述投饵机包含以下几个部分：支座、箱体、弹簧、重力传感器、下料机构、储料箱、激振器、步进电机、抖料机构。

如图3所示，路由器分布在养殖厂的不同区域，用于扩大ZigBee网络的信号传输范围，保证终端节点与协调器之间的数据传输可靠性。

如表4所示，所述路由器包括以下多个功能模块：电源模块、JTAG接口、LCD模块、蜂鸣器、LED模块、33.768KHz时钟模块、继电器模块、按键模块、外部存储模块及CC2530扩展接口；协调器是整个ZigBee数据传输网络的核心，负责网关与各节点的数据通讯。

如表5所示，所述协调器具体包括以下过个功能模块：电源模块、JTAG接口、LCD模块、RS232、RS484、跳线帽、蜂鸣器、继电器开关模块、LED模块、外部存储模块、33.768KHz时钟模块、按键模块及CC2530扩展接口；网关以ARM Cortex-A8处理器为核心，并移植了Linux操作系统，主要负责ZigBee与PC客户端软件间的数据通讯，根据协议格式将数据封包、解包、数据库插入和串口转以太网协议等。

如表6所示，所述网关包括以下多个模块：LED模块、按键模块、JINK接口、ARM核心板、CC2530协调器模块、EEPROM及DM9000以太网卡控制器模块；PC客户端软件包括投饵数据库和专家系统两部分，投饵数据库保存了所有系统终端的投饵信息，专家系统包含大量的水产品养殖明白纸，并可及时更新，为全过程投饵提供数据支持，所述客户端软件基于.NET开发环境开发，具体包含以下七大功能选项：用户管理、网络拓扑、数据管理、投饵机管理、专家系统、系统设置、数据输出。

本实用新型可分为智能投饵、系统综合管理两大主要功能：

图3中的域定义为养殖厂的不同区域，每块区域养殖特定的水产品，每种水产品对应专家系统中的相应水产品的明白纸，域中具有若干个终端节点和其所在域的路由节点构成一级网络，各个域内的路由节点和协调器节点构成二级网络，协调器节点和集成CC2530模块的网关使用ZigBee网络进行数据传输，网关最终通过以太网控制器模块，将数据传输给PC客户端数据库。

1.智能投饵功能的实现：

(1)ZigBee系统网络组建：

ZigBee网络中的协调器节点上电后，首先进行ZigBee协议栈的初始化工作，然后进行信道扫描及空闲信道评估，从而选择合适的工作信道和网络标识符，启动ZigBee网络发送超帧，等待ZigBee呼叫路由器的连接请求，并经认证后，确认是合法的设备，便发出允许连接的命令，实现该终端与协调器的连接，连接建立后网络形成，路由器和终端节点的通讯方式和网络建立方式类似。

系统工作时，投饵机会将包括投饵时刻、投饵量、投饵持续时间等在内的投饵信息发送给各自域内的路由器节点，路由器节点再将数据传输给ZigBee数据采集中心节点(协调器节点)，该节点将数据传输给集成了CC2530模块的网关，最终，数据经网关通过以太网的方式传输至PC客户端数据库。用户可以使用PC端软件对整个投饵系统的投饵信息进行查询、调用、分析。

(2)专家系统支持：

智能投饵系统工作时，首先投饵机节点通过ZigBee网络，向后台请求专家系统支持，后台专家系统在接收到请求后，将对应区域所需的明白纸数据发送至指定投饵机，数据信息被保存在单片机内存上，投饵机通过读取内存数据， 进行定时、定量投饵。例如，当养殖河蟹时，河蟹的养殖明白纸中规定了在3月份至6月份之间需要使用精饲料进行喂养，每天傍晚投喂一次，3月份上旬至4月份中旬投喂的精料占存塘蟹总量的2-3％，4月份上旬至6月份下旬投喂的精料占存塘蟹总量的3-5％，7月份至8月份仍使用精饲料喂养，在9月份上旬至11月份上旬必须使用有肥颗粒饲料(粗蛋白35％、粗脂肪8％以上)饲养，投饵量占存塘蟹总体的5％，系统会按照预先的安排分阶段地进行饵料的投放，保证投饵的精确。

根据实际需求，用户可以使用系统管理软件对投饵机进行投饵量、投饵时刻、投饵时间进行控制，此时，后台数据管理软件会对相应操作进行记录，且会通知后台专家系统，某一项目的改变，此时，系统会对管理员发出警报，提示管理员是否对明白纸进行暂时改变或者永久改变，当管理者选择暂时改变时，系统只在本次周期内保存该改变项，不会永久改变明白纸，反之，则不然。

(3)投饵机智能投饵：

投饵机终端会在每天系统工作前更新内存中的投饵参数，当参数更新后，投饵机将自动根据包括投饵时刻、投饵量、投饵持续时间等在内的投饵参数进行投饵，并定时通过ZigBee向数据管理发送投饵数据。

2.系统综合管理

系统综合管理分为两大块：数据管理和系统节点管理，主要由客户端软件和ZigBee网络实现。

(1)数据管理的实现：

投饵机节点为ZigBee网络的终端节点，投饵机在投饵时会将投饵信息保存在内存中，并定时向协调器发送数据，协调器节点集成在ARM网关上，因此， 协调器和网关直接通信，ARM网关通过DM9000以太网卡控制器以以太网的形式和PC机客户端进行数据传输。后台数据保存在数据库中，可使用客户端软件对历史数据进行调用或者通过打印机、绘图机等方式进行输出。

(2)系统节点管理的实现：

为方便用户集中管理整个系统，所有ZigBee网络节点都集成了继电器控制模块，在节点不需要工作时，可通过客户端软件直接关闭相应节点的工作状态，实现系统的柔性控制。

表4

表5

模块	功能	模块	功能
				LED模块	用于相关信息显示	ARM核心板	网关控制中心
按键	相关控制功能实现	DM9000	以太网MAC控制器
				JLINK接口	ARM仿真调试器接口	EEPROM	数据存储
CC2530模块	ZigBee网络协调器模块

表6

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种用于水产养殖的智能投饵及数据管理系统，其特征在于：包括

一数据传输网络，其包括终端节点、与所述终端节点通讯连接的协调器、以及分布于养殖场各区域的若干路由器；

一网关，其用于实现数据传输网络与客户端之间的数据通讯，并根据协议格式将数据封包、解包、数据库插入和串口转以太网协议；

一客户端，所述客户端具有投饵数据库和专家系统，投饵数据库用于保存终端节点的投饵信息，专家系统用于提供水产品养殖数据。

2.根据权利要求1所述的用于水产养殖的智能投饵及数据管理系统，其特征在于：所述终端节点为振动式投饵机，其通过单片机接入数据传输网络，且在客户端的控制下实现智能投饵；

所述振动式投饵机包括支座、以及安装于支座上的箱体，在所述支座上安装有下料机构，下料机构与储料箱的出料口连接，下料机构的侧方安装有步进电机和激振器，在所述下料机构的侧下方安装有抖料机构，在抖料机构的侧方安装有弹簧和重力传感器。

3.根据权利要求1所述的用于水产养殖的智能投饵及数据管理系统，其特征在于：所述路由器、终端节点和协调器组成通信网络；

每一个所述路由器均覆盖一区域，在所述路由器覆盖的区域范围内均设有若干终端节点，且所述终端节点通过对应的路由器与协调器通讯连接；

所述路由器与路由器覆盖的区域内的若干终端节点组成一级网络，所有所述路由器与协调器组成二级网络。