CN210538226U - 一种养殖生态系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及养殖业设备领域，更具体地，涉及一种养殖生态系统。该养殖生态系统包括：投料船，实现自动巡航投料以及手动遥控投料；水质环境监测设备，监测鱼塘中的水质环境参数；增氧机监测设备，在系统监测下自动增氧，增氧机故障时自动启用备用增氧机；本地服务器，对整个养殖生态系统进行监测，并保存系统上传的所采集到的各种状态数据。本实用新型克服了传统鱼塘养殖作业中，依赖于人工作业，养殖效率低、经济效益差、养殖户工作强度高的问题，达到了利用自动监测、自动投料等科技手段减轻养殖户的工作负担，并且提高经济效益的效果。

Description

一种养殖生态系统

技术领域

本实用新型涉及养殖业设备领域，更具体地，涉及一种养殖生态系统。

背景技术

在养殖行业，鱼虾的养殖对于水质、氧气以及喂饲等方面均具有较高的要求。如果出现水质恶化或者水质不适宜鱼虾的生长以及鱼塘中缺氧等情况，将直接影响水产品鱼虾的成活率。如果喂饲不得当，则会直接降低鱼虾的肉料比，影响到养殖户的经济效益。所以，保证鱼塘水质合格，氧气充足，喂饲得当对于提高产量，增加养殖户收入均具有十分重要的意义。

在现有技术中，养殖户一般都是通过人工评估鱼塘水质状况，发现水质恶化再采取相应的措施。这种人工的评估往往存在一定的延误和不准确性，从而造成部分鱼虾因为水质恶化而死亡。此外，作为鱼塘增氧设备的增氧机在高强度的运转中，往往会出现故障停机的情况，而养殖户往往发现不及时，导致鱼虾缺氧死亡，损失惨重。在水产品的饲喂方面，传统的饲喂方法一般是人工饲喂，这种人工投喂方式，存在着劳动力、装备和运用措施的时间等限制性因素，尤其对于虾苗来说，其需要不间断喂养这一苛刻的条件，使喂养的工人承受巨大的负担。

为保障养殖户的经济效益，提高水产品的成活率和质量，促进农业科技化、信息化发展，本实用新型提供一种养殖生态系统，其能够自动进行鱼塘水质环境以及增氧机故障情况的监测，能够自动地实现鱼塘巡航投料，投料船的自动充电，用科技化手段代替了传统的人工养殖模式。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术中养殖效率低、经济效益差、养殖户工作强度高的问题，提供一种养殖生态系统，达到了能够自动检测鱼塘水质环境，监测增氧机是否发生故障，投料船自动巡航的有益效果，达到减轻养殖户的工作负担、并且提高经济效益的目的。

本实用新型采取的技术方案是：提供一种养殖生态系统，该养殖生态系统包括：投料船，水质环境监测设备，增氧机监测设备，服务器；

所述投料船，水质环境监测设备，增氧机监测设备均与服务器无线通信连接。

优选地，无线通信连接为ZIGBEE无线通信连接。ZIGBEE技术可以实现设备间的双向通信，操作简单，通信距离长，可达到100m，用于中短距离的无线通信。在通信的时候，ZIGBEE 内部会组成一个星型网络，在同一个区域允许同时存在上百个ZIGBEE网络，且各个网络之间不会相互干扰，其网络组成灵活，只要各个ZIGBEE模块在通讯的范围内，即使各个模块处于移动中，ZIGBEE网络也能主动寻找，构成新的网络。使用ZIGBEE通信技术作为本养殖生态系统的通信技术，能够满足实际的需求。

进一步地，所述投料船包括：遥控电路，主控电路，接收电路，电机驱动电路，电机；遥控电路与主控电路，主控电路与接收电路，遥控电路与主控电路之间均为ZIGBEE无线通信连接；遥控电路与投料船本体分离，接收电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电机连接，主控电路、接收电路、电机驱动电路与电机均安装在投料船本体上。该投料船可以自动巡航投料，也可以手动控制投料，既改进了饲喂方式，又减轻了饲喂工人的负担。

充电码头包括供投料船充电的充电桩，该设计很好地解决了投料船的充电问题。

水质环境监测设备包括：报警器和安装在水中的传感器；所述传感器、报警器均通过 ZIGBEE无线通信电路与服务器无线通信连接。水质环境监测设备实现了对于鱼塘水质的监测，能够及时发现水质恶化情况，减少鱼虾死亡。

增氧机监测设备包括：若干台增氧机，控制器，报警器；所述控制器、报警器均与增氧机连接，控制器与服务器之间均通过ZIGBEE无线通信电路无线通信连接。增氧机监测设备实现了对于增氧机的监测报警，能够及时发现发生故障的增氧机，启动备用增氧机，有效避免鱼虾因为缺氧而死亡。

优选地，投料船的遥控电路，主控电路以及接收电路的主控芯片均为STM32F1系列芯片。STM32F1系列芯片能够保证本养殖生态系统中投料船功能的顺利实现，且性价比高于其他类型的芯片。

优选地，在本养殖生态系统中，所述投料船的投料船本体包含红外接收电路，所述遥控电路包含红外发送电路，遥控电路与投料船本体通过红外接收电路和红外发送电路实现唯一匹配。该设计能够实现养殖户通过一个遥控器控制多艘投料船的有益效果。

优选地，投料船的遥控电路包括一个OLED电路，即作为一个显示器，能够将投料船行驶的状态等信息实时显示在OLED屏上。

优选地，投料船的接收电路包括一个用于系统断电后存储数据的EEPROOM电路，保证了重要信息的存储。

现有技术相比，本实用新型的有益效果为：在本养殖生态系统中，水质环境监测设备实现了鱼塘水质的实时监控；投料船实现自动巡航投料以及通过遥控电路实现手动控制投料，极大减轻了鱼虾饲喂工人的作业负担；增氧机监测设备实现自动监测报警，同时启用备用机，有效避免因为鱼塘缺氧导致鱼虾死亡的情况；充电码头可供投料船充电，在一定程度上实现了鱼塘水产品养殖作业的自动化。

附图说明

图1为本实用新型养殖生态系统的框图。

图2为本实用新型养殖生态系统中投料船的框图。

图3为本实用新型实施例的STM32F103C8T6芯片电路图。

图4为本实用新型实施例的STM32最小系统电路图。

图5为本实用新型实施例的拨码开关电路图。

图6为本实用新型实施例的超声波电路图。

图7为本实用新型实施例的7805芯片电路图。

图8为本实用新型实施例的PWM电路图。

图9为本实用新型实施例的OLED显示电路。

图10为本实用新型实施例的EEPROOM电路图。

图11为本实用新型实施例2的按键电路图。

图12为本实用新型实施例2的用于调速的电位器电路图。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示的本养殖生态系统的框图，本养殖生态系统包括投料船，水质环境监测设备，增氧机监测设备，服务器。投料船包括遥控电路，主控电路，接收电路，电机驱动电路，电机；遥控电路与主控电路，主控电路与接收电路，遥控电路与接收电路之间均为ZIGBEE无线通信连接；遥控电路与投料船本体分离，接收电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电机连接，主控电路、接收电路、电机驱动电路与电机均安装在投料船本体上。充电码头安装有码头控制装置、与码头控制装置连接的充电桩、称重传感器、饵料传输装置、视觉定位系统，还包括下料仓、存储仓、卡位；视觉定位系统通过码头控制装置与投料船的主控电路通信，对完成巡航投料后的投料船进行定位和引导，并设置卡位引导和实现对于投料船的自动泊船，通过充电桩实现对于投料船的自动充电；其中，存储仓和下料仓通过饵料传输装置连通，卡位设于下料仓下方，称重传感器安装在卡位上，当投料船自动泊船后即停留在卡位上，通过卡位上的称重传感器实现对投料船的称重，卡位上方的下料仓即可以完成对投料船的物料装载，从而利用码头上安装的称重传感器、饵料传输装置、下料仓、存储仓实现了码头的自动投料。水质环境监测设备上包括有报警器以及安装在水中的传感器；传感器监测水质的PH值、温度、溶氧量等数据，通过ZIGBEE无线通信电路传输到服务器，服务器将数据信息与标准数据比对，发现数据超标，报警器发出警报信息；增氧机监测设备包括若干台增氧机，控制器，报警器；控制器、报警器与增氧机连接，控制器与服务器之间通过ZIGBEE无线通信电路无线通信连接。

如图2所示的本养殖生态系统中投料船的框图和图3所示的STM32F103C8T6芯片电路图，本实施例提供了本养殖生态系统中投料船在自动控制模式下的实施方式，在本养殖生态系统中，投料船包括投料船本体，一个遥控电路，一个主控电路，一个接收电路，一个电机驱动电路以及两个电机。本技术方案中遥控电路、主控电路、接收电路的控制板芯片为STM32F1系列芯片，其型号为STM32F103C8T6,该芯片总共有48个引脚，其中有四组是可编程的IO脚，可通过设置相应寄存器配置成输入或输出功能，内部包含五个定时器、三个串口、PWM电路、看门狗电路等，能够设置硬件监控来保证程序正常运行，其内部的flash 很大，有64K个字节，支持数据的大量存储。

如图4所示的STM32最小系统电路图，为保证STM32F1能够正常工作，在设计外围电路之前，首先需要满足STM32最小系统电路。STM32最小系统包含三部分：电源电路，复位电路和晶振电路。对于电源电路，遥控电路与主控电路均使用5V的直流电源供电，由于 STM32为3.3V单片机，所以使用AMS1117芯片将5V电压降为3.3V电压，在实际的电路设计中，在AMS1117芯片输入前和输入后都并联一大一小两个电容，以滤除掉电源的杂波，得到更加稳定的直流电；对于复位电路，STM32在启动的时候需要复位，当系统程序跑飞时，可以按下复位按键使系统复位，系统就会重新运行；对于晶振电路，STM32内部虽然自带振荡器，但其振荡的频率较低且稳定性不强，此处外接晶振电路为其提供时钟脉冲。所述晶振电路的OSC32_IN引脚接STM32F1的PC14-OSC32_IN引脚，晶振电路的OSC32_OUT引脚接STM32F1的PC15-OSC32_OUT引脚。

如图5所示的拨码开关电路图，本养殖生态系统在遥控电路上还设有一个模式切换电路，该模式切换电路可以是一个拨码开关电路。当养殖户需要使用某艘投料船进行鱼塘投料作业时，首先利用遥控电路上的红外发送电路与投料船本体上的红外接收电路，采用红外发送电路以及红外接收电路实现遥控电路与投料船的唯一匹配，然后通过遥控电路上的模式切换电路将投料船切换至自动控制模式。在本实施例中此为一个拨码开关，拨码开关共有三个引脚，其中S1引脚接STM32F1的PA7引脚，S2接STM32F1的PA8引脚。通过检测IO引脚的电平来发送不同的控制信息流。

如图6所示的超声波电路图，在本养殖生态系统中，投料船的主控电路上的ZIGBEE无线通信电路接收自遥控电路发送的切换至自动控制模式的信息流后，处理并输出相应的信息流给接收电路。此处在主控电路上采用超声波定位作为投料船的导航方式，超声波传感器作为巡航传感器。根据对投料船行驶过程中可能存在的状态情况进行分析后，在投料船上安放 4个超声波传感器，其中一个安放在船头正前方，一个安放在船头右侧，一个安放在船头前方与右侧中间，一个安放在船尾右侧。超声波电路有4个引脚，其中echo为信号输出引脚， trig为信号触发引脚，要驱动超声波模块工作首先要给信号触发引脚特定的时序电平，再利用定时器检测信号输出引脚电平持续的时间，对于超声波电路，只需要将信号输出引脚与 STM32F1的一个定时器引脚连接，信号触发引脚与STM32F1的任意一个IO引脚连接即可。本投料船的超声波电路包含一个在单片集成电路中配有高电压双极晶体管的输入运算放大器 TL074芯片，即集成4运放，TL074芯片对接收的超声波波形进行滤波、放大、解调等；一个 MAX232芯片，MAX232芯片实现电平的转换，提高发射的效率；一个STC11芯片，该芯片根据收到的发送信号TRIG，发送一段超声波波形给MAX232芯片，同时根据接收到的超声波波形，返回一段ECHO信号。STC11芯片与MAX232芯片电连接，其中MAX232芯片的引脚T1IN与STC11 芯片的引脚P51连接，MAX232芯片的引脚T2IN与STC11芯片的引脚P52连接；STC11芯片与 TL074芯片电连接，STC11芯片的引脚P60通过电阻R9与TL074芯片的引脚1IN+连接，STC11 芯片的引脚P61通过串联的电阻R6和电阻R8与TL074芯片的引脚1IN连接。

如图7所示的7805芯片电路图，由于本养殖生态系统中投料船的遥控电路与主控电路均使用5V直流电源进行供电，所以在接收电路的电源电路设计上只需要采用AMS1117芯片将 5V电压转换成3.3V电压，但是本系统中接收电路与电机驱动电路相连，为电机驱动电路提供PWM脉冲，所以与电机驱动电路必须共地。由于电机驱动电路的输出电压为12V，所以接收电路也需要采用12V的电压供电。对于接收电路中电源电路的设计，首先需要先把12V 电压转换成5V电压，再将5V电压转换成3.3V电压。此处采用7805芯片，其是一款三端稳压器，能够将12V或12V以上的电压转换成5V电压，电压转换后再经过AMS1117芯片将 5V电压转换成3.3V电压给芯片供电。在7805芯片输入前和输入后同样也并联一大一小的两个电容，以滤除掉电源的杂波，得到更加稳定的直流电。接收电路上的ZIGBEE无线通信电路接收主控电路的信息流以后，对信息流进行解码，转换成相应的PWM波给电机驱动电路，本投料船采用外接散热片的超大功率双电机驱动电路，可以承受40A左右的电流。

如图8所示的PWM电路图，在本养殖生态系统中，投料船的接收电路上的PWM电路一共有两组PWM引脚，其中PWM1控制1路电机，PWM2控制2路电机，DIR1控制一个电机的方向，DIR2控制另一个电机的方向。当DIR1为1时一路电机正转，当DIR1为0时一路电机反转，当DIR2为1时二路电机正转，当DIR2为0时二路电机反转。由于STM32F1 集成了PWM控制器，因此只需要将芯片的两路PWM引脚引出分别为PWM1和PWM2，再引出两个普通的IO引脚与DIR1和DIR2相连以控制电机的转向即可。投料船上的电机驱动电路驱动电机转动。

如图9所示的OLED显示电路，为使得系统能够显示投料船在行驶时的状态等信息，本投料船在遥控电路上应用一个OLED电路。0.96寸OLED的型号有很多种，本投料船使用的是4个引脚的OLED电路，除了电源和地线以外，其中一个引脚为SCL，另外一个引脚为 SDA。该电路使用IIC通信，STM32F1系列芯片自带IIC控制器，所以此处SCL引脚接 STM32F1的PB6引脚，SDA引脚接STM32F1的PB7引脚。

如图10所示的EEPROOM电路图，为存储重要的数据，保证系统断电后数据不会消失，在接收电路上采用容量为2K，采用IIC的通信协议来传输数据的AT24C02数据存储器，接收电路设计为EEPROOM电路。其中EEPROOM电路的SCL引脚接STM32F1的PB10引脚， SDA引脚接STM32F1的PB11引脚。

实施例2

在本养殖生态系统中，当投料船处于自动控制状态时，可能会出现意外情况造成系统崩溃，导致船脱离运动轨迹的情况，本实施例提供了养殖户通过遥控电路手动控制投料船的实施方式。养殖户通过遥控电路上的模式切换电路将投料船切换至手动控制模式，该模式切换电路可以是一个拨码开关。

如图11所示的按键电路图，当投料船切换至手动控制模式时，养殖户通过遥控电路来控制投料船的行驶方向，本实施例在遥控电路上设计4个按键来控制船的行驶方向，4个按键分别对应着船前进、左转、右转、后退4个行驶状态。按键电路的一端接地，另一端接STM32F1 的任意IO引脚。

如图12所示的用于调速的电位器电路图，为使得在遥控转态下，投料船在行驶过程中的速度可控，此处采用两个电位器来控制投料船的速度，一个电位器控制一个电机，可以通过调节电位器的电压来调节电机的转速，电位器电压大小的采集要用到ADC模块，由于STM32 芯片内置了ADC模块，所以此处只需要将电位器电压输出引脚连接到芯片的ADC采集引脚即可。

遥控电路的信息流通过ZIGBEE无线通信技术传输到接收电路，接收电路上的ZIGBEE 无线通信电路接收遥控电路的数据以后，对数据进行解码，转换成相应的PWM波给电机驱动电路，电机驱动电路驱动电机发生转动。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种养殖生态系统，其特征在于，包括：

投料船，水质环境监测设备，增氧机监测设备，服务器；

所述投料船，水质环境监测设备，增氧机监测设备均与服务器无线通信连接；

所述的无线通信连接为ZIGBEE无线通信连接；

所述的投料船包括：投料船本体，遥控电路，主控电路，接收电路，电机驱动电路，电机；

遥控电路与主控电路，主控电路与接收电路，遥控电路与接收电路之间均为ZIGBEE无线通信连接；

遥控电路与投料船本体分离，接收电路与电机驱动电路连接，电机驱动电路与电机连接，主控电路、接收电路、电机驱动电路与电机均安装在投料船本体上；

所述的水质环境监测设备包括：报警器和安装在水中的传感器；

所述传感器、报警器均通过ZIGBEE无线通信电路与服务器无线通信连接；

所述传感器监测水质的数据信息通过ZIGBEE无线通信电路传输到服务器；

所述的增氧机监测设备包括：若干台增氧机，控制器，报警器；

所述控制器、报警器与增氧机连接，控制器与服务器之间通过ZIGBEE无线通信电路无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种养殖生态系统，其特征在于，还包括与服务器连接的充电码头，充电码头设有供投料船充电的充电桩。

3.根据权利要求1所述的一种养殖生态系统，其特征在于，所述的遥控电路，主控电路以及接收电路的主控芯片均为STM32F1系列芯片。

4.根据权利要求3所述的一种养殖生态系统，其特征在于，所述的投料船本体包含红外接收电路，所述遥控电路包含红外发送电路，遥控电路与投料船本体通过红外接收电路和红外发送电路实现唯一匹配。

5.根据权利要求3所述的一种养殖生态系统，其特征在于，所述的遥控电路包括一个OLED电路；所述的OLED电路连接遥控电路上STM32F1的IIC控制器引脚。

6.根据权利要求3所述的一种养殖生态系统，其特征在于，所述的接收电路包括一个用于系统断电后存储数据的EEPROOM电路；所述EEPROOM电路的SCL引脚与SDA引脚分别对应连接接收电路上STM32F1的IIC引脚。

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