CN214431116U - 基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置，包括循环水养殖池、循环水处理系统，在循环水养殖池的正上方设置投饲机，在投饲机的下端设置投饲机出料口，在投饲机下方还设置有电机和变频器，电机与变频器的输出端相连，变频器的输入端与PLC的输出端相连，PLC的输入端与数字信号处理器的输出端相连，在循环水养殖池的水面上放置浮板，浮板位于投饲机出料口的正下方，在浮板的圆心位置固定三轴加速度传感器，三轴加速度传感器与数字信号处理器的输入端相连。本实用新型可以根据鱼的实际摄食情况自动调节投喂量的控制方式，以此达到智能精准投喂的目的。

Description

基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置

技术领域

本实用新型涉属于工厂化循环水水产养殖投喂机械技术领域，具体的说是涉及一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置及方法，该装置可以根据游泳型鱼类的实时摄食需求自动调整饲料投喂量。

背景技术

随着经济社会的快速发展和人民生活水平的显著提高，人们对鱼肉蛋白的需求不断增加，全球鱼类价格将处于上升通道，水产品消费市场居民收入的增长，以及人口增涨、耕地限制的因素使全球对蛋白质等水产肉类需求的增加是驱动价格上涨的主要原因；另外我国渔业政策为保证海洋及环境可持续性，其野生捕捞渔业产量会逐步下降，与此同时养殖渔业在成本(人工、饲料、能源等)不断上升的情况下产量增速也会减缓。

当前，我国的水产养殖模式主要包括工厂化养殖、深水网箱养殖、生态养殖等，其中工厂化养殖应用最广泛，但如何提高养殖技术和养殖效益是工厂化养殖迫切解决的问题。

工厂化循环水养殖作为一种高密度的水产养殖形式，对于水质的调节和控制要求非常严格，而饲料投喂作为循环水养殖每日不可缺少的工作环节，对水质参数的影响很大。目前，工厂化循环水养殖饲料投喂主要依靠人工和机器定时定量投喂这两种方式，并不能根据鱼的实际饥饿程度自动调整投饲量，造成投饲量与鱼的实际摄食需求不匹配。当投喂量小于鱼的实际摄食需求时，会出现严重的抢食现象，使鱼之间发生相互碰撞甚至造成鱼体表面损伤，另外，当某些抢食性差的鱼长期达不到饱食，其生长速度会远低于鱼群中的其他鱼，造成严重的两极分化，而表面有损伤的鱼和弱小的鱼更容易感染某些鱼类疾病，使养殖水环境承受较大的压力，对鱼的生长产生不利的影响；当投喂量大于鱼的实际摄食需求时，不仅会增加养殖成本，多余的饲料还会严重污染养殖环境、影响鱼的最佳生长状态并制约鱼的生长福利。因此，饲料的投喂量要尽可能的与鱼的实际摄食需求一致，而循环水系统养殖幼鱼时养殖密度更高，且幼鱼个体小体质弱，对生长环境更加敏感，在幼鱼的养殖生产过程中，投饲量既要满足幼鱼生长的需要，更要为其创造良好的生长条件，在养殖过程的饲料投喂时，鱼会游至水面摄取漂浮在水面的饲料，并会造成水面的波动，越多的鱼进食就会造成更大的水面波动。

实用新型内容

基于以上的问题，本实用新型提出了一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置及投喂方法，本实用新型根据测试放置在水面上材质较轻的浮板振动信息分析水面的波动情况，判断鱼类的摄食需求控制投饲量以达到精准投喂作业，为鱼类提供适合生长所需的食物与营养，降低人工成本和减少水质的污染。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型是一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置，包括循环水养殖池和安装在循环水养殖池的外部左侧的循环水处理系统，在循环水养殖池的正上方设置有投饲机，在投饲机的下端设置有四个投饲机出料口，分别设置在投饲机的前侧、后侧、左侧和右侧，在投饲机的下方还设置有电机和变频器，电机与变频器的输出端相连，变频器的输入端与PLC的输出端相连，PLC的输入端与数字信号处理器的输出端相连，在循环水养殖池的水面上放置浮板，浮板位于投饲机出料口的正下方，在浮板的圆心位置固定三轴加速度传感器，三轴加速度传感器与数字信号处理器的输入端相连，在循环水养殖池的池壁上固定设置有两个圆杆，两个圆杆的另一端分别与挡板连接，两块挡板由圆杆固定位置且且浮板由两块挡板限位，使其保持在一定运动区域，制造浮板所使用的材料密度很小，采用聚苯乙烯泡沫板,安装时，挡板下端的位置低于水面2-3cm。

本实用新型一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂方法，该投喂方法包括如下步骤：

步骤1：三轴加速度传感器将采集的数据实时传送至数字信号处理器；

步骤2：数字信号处理器对接收到投饲机投饲前浮板的振动数据做预处理，提取采样时间内的加速度信号值，计算其各轴向加速度均方根值：

其中a_w(t)为实时加速度值，a_w为加速度均方根值；T为采样时间；

步骤3：通过PLC预设置电机的工作时间和工作次数，进而确定投饲机的工作时间和投喂次数，投饲机的落料区域S以循环水养殖池的中心为圆心，半径为：

其中r₀为循环水养殖池的半径，b为循环水养殖池内养殖鱼的条数，l_i为循环水养殖池内第i条鱼的体长，l_max为循环水养殖池中鱼的最大体长；浮板(11)的半径为r₁＝1.2r；

步骤4：通过PLC设定电机转速初始值V₀，

其中V₁为电机转速；V₂为投饲速率，即投饲机每秒的饲料投喂量；m₀为满足满足鱼正常生长和营养需求的最低饲料投喂量；n为投喂次数；t为电机工作时间；

步骤5：投喂开始5s后，三轴加速度传感器将采集浮板的实时振动加速度实时传送至数字信号处理器；

步骤6：数字信号处理器通过对振动信息计算处理后，数字信号处理器向PLC输入处理结果，PLC控制变频器调节电机转速V,

δ为电机转速决策系数；f₁为采样个数，f_s为采样频率，a_v为投饲机投饲工况下浮板的振动加权加速度均方根值，a₀为投饲前浮板的振动加权加速度均方根值均值，

n为采样组数，

V₀为电机转速初始值，其中电机的转速的最大值V_max，

且V_max≤V_n，V_n为电机额定转速；

步骤7：若

或a₁＜1.2a₀时G₁为单次投喂饲料重量，则PLC发出停止投喂指令，线路断电，等待下一次投喂工作的开始。

本实用新型的进一步改进在于：在所述步骤(2)中，为了对鱼群摄食欲望更精确的评估，利用浮板的加权加速度均方根值作为鱼群摄食欲望评价指标：

a_wx为三轴加速度传感器x方向振动加速度均方根值；a_wy为三轴加速度传感器y方向振动加速度均方根值；a_wz为三轴加速度传感器垂向振动加速度均方根值；a值越大，鱼群摄食欲望越强。

本实用新型的有益效果是：本实用新型根据水面波动信息判定鱼的实际摄食食欲进行投喂，可以精准的根据鱼的摄食食欲控制投喂量，尤其适用于鱼类幼鱼的养殖投喂过程，保证鱼类生长所需营养；本实用新型根据鱼的实际摄食需求，自动调整投饲量，为循环水养殖的合理化投饲作业提供良好的参考和技术支撑。

本实用新型的装置采用三轴加速度传感器、电机、变频器、投饲机、浮板、数字信号处理器、PLC、挡板等构成完整的自适应投喂装置，可以根据鱼的实际摄食情况自动调节投喂量的控制方式，以此达到智能精准投喂的目的。

本实用新型结构简单，控制方式简便，成本较低，无需对光线要求。

附图说明

图1是本实用新型投喂装置的结构示意图。

图2是图1中浮板的结构示意图。

图中：1-循环水养殖池；2-循环水处理系统；3-投饲机；4-投饲机出料口；5-电机；6-变频器；7-PLC；8-数字信号处理器；9-挡板；10-水面；11-浮板；12-圆杆；13-三轴加速度传感器。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

如图1-2所示，本实用新型是一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置，包括循环水养殖池1和安装在所述循环水养殖池1的外部左侧的循环水处理系统2，循环水处理系统2将养殖废水经过过滤，杀菌、增氧等一系列操作后输送给循环水养殖池1，极大地提高了水资源的利用率，在所述循环水养殖池1的正上方设置有投饲机3，在所述投饲机3的下端设置有四个投饲机出料口4，分别设置在投饲机3的前侧、后侧、左侧和右侧，四个投饲机出料口可以保证饲料能够均匀覆盖在整个投饵区域，在所述投饲机3的下方还设置有电机5和变频器6，所述电机5与所述变频器6的输出端相连，所述变频器6的输入端与PLC7的输出端相连，所述PLC7的输入端与数字信号处理器8的输出端相连，在所述循环水养殖池1的水面10上放置浮板11，所述浮板11位于所述投饲机出料口4的正下方，在所述浮板11的圆心位置固定三轴加速度传感器13，所述三轴加速度传感器13与所述数字信号处理器8的输入端相连，在所述循环水养殖池1的池壁上固定设置有两个圆杆12，两个所述圆杆12的另一端分别与所述挡板9连接，两块所述挡板9由所述圆杆12固定位置且所述且所述浮板11由两块挡板9限位，使其保持在一定运动区域，制造浮板11所使用的材料密度很小，安装时，所述挡板9下端的位置低于水面2-3cm。

数字信号处理器8的输出端与PLC 7的输入端相连；数字信号处理器8通过接收三轴加速度传感器13采集的振动信息并作出相应计算处理，首先电机5由预设的初始转速转动，投饲机3对鱼进行投喂，鱼对浮于水面饲料进食时引起位于水面浮板11的振动，数字信号处理器8通过振动信息处理分析出鱼的实时摄食欲望，并将将处理结果传送至PLC 7，PLC7通过变频器调节电机5得转速，决定投喂量的大小。

应用上述的装置进行游泳型鱼类的自适应投喂，投喂方法包括如下步骤：

步骤1：三轴加速度传感器13将采集的数据实时传送至数字信号处理器8；

步骤2：数字信号处理器8对接收到投饲机3投饲前浮板11的振动数据做预处理，提取采样时间内的加速度信号值，计算其各轴向加速度均方根值：

其中a_w(t)为实时加速度值，a_w为加速度均方根值；T为采样时间；

为了对鱼群摄食欲望更精确的评估，利用浮板的加权加速度均方根值作为鱼群摄食欲望评价指标：

a_wx为三轴加速度传感器x方向振动加速度均方根值；a_wy为三轴加速度传感器y方向振动加速度均方根值；a_wz为三轴加速度传感器垂向振动加速度均方根值；a值越大，鱼群摄食欲望越强；

步骤3：通过PLC7预设置电机5的工作时间和工作次数，进而确定投饲机3的工作时间和投喂次数，投饲机3的落料区域S以循环水养殖池1的中心为圆心，半径为：

其中r₀为循环水养殖池的半径，b为循环水养殖池内养殖鱼的条数，l_i为循环水养殖池内第i条鱼的体长，l_max为循环水养殖池中鱼的最大体长；浮板11的半径为r₁＝1.2r；

步骤4：通过PLC7设定电机5转速初始值V₀，

其中V₁为电机转速；V₂为投饲速率，即投饲机每秒的饲料投喂量；m₀为满足满足鱼正常生长和营养需求的最低饲料投喂量；n为投喂次数；t为电机工作时间；

步骤5：投喂开始5s后，三轴加速度传感器13将采集浮板11的实时振动加速度实时传送至数字信号处理器8；

步骤6：数字信号处理器8通过对振动信息计算处理后，数字信号处理器8向PLC7输入处理结果，PLC7控制变频器6调节电机转速V,

δ为电机转速决策系数；f₁为采样个数，f_s为采样频率，av为投饲机投饲工况下浮板的振动加权加速度均方根值，a₀为投饲前浮板的振动加权加速度均方根值均值，

n为采样组数，

V₀为电机转速初始值，其中电机的转速的最大值V_max，

且V_max≤V_n，V_n为电机额定转速；

步骤7：若

或a₁＜1.2a₀时G₁为单次投喂饲料重量，则PLC7发出停止投喂指令，线路断电，等待下一次投喂工作的开始。

以上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种基于水面波动信息的游泳型鱼类自适应投喂装置，包括循环水养殖池(1)和安装在所述循环水养殖池(1)的外部左侧的循环水处理系统(2)，其特征在于：在所述循环水养殖池(1)的正上方设置有投饲机(3)，在所述投饲机(3)的下端设置有四个投饲机出料口(4)，分别设置在投饲机(3)的前侧、后侧、左侧和右侧，在所述投饲机(3)的下方还设置有电机(5)和变频器(6)，所述电机(5)与所述变频器(6)的输出端相连，所述变频器(6)的输入端与PLC(7)的输出端相连，所述PLC(7)的输入端与数字信号处理器(8)的输出端相连，在所述循环水养殖池(1)的水面(10)上放置浮板(11)，所述浮板(11)位于所述投饲机出料口(4)的正下方，在所述浮板(11)的圆心位置固定三轴加速度传感器(13)，所述三轴加速度传感器(13)与所述数字信号处理器(8)的输入端相连，在所述循环水养殖池(1)的池壁上固定设置有两个圆杆(12)，两个所述圆杆(12)的另一端分别与挡板(9)连接，两块所述挡板(9)由所述圆杆(12)固定位置且所述且所述浮板(11)由两块挡板(9)限位，安装时，所述挡板(9)下端的位置低于水面2-3cm。

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