一种室内养殖池塘智能投喂装置及方法

1.本发明涉及池塘养殖技术领域，特别是涉及一种室内养殖池塘智能投喂装置及方法。


背景技术：

2.池塘养殖控制成本的主要方式之一是对饵料使用的控制。饵料投喂量不足，会导致养殖对象生长放缓甚至停滞，影响产量，降低经济效益。而饵料的过量投喂，不仅浪费资源，而且多余的残料会污染水体，严重的情况下会导致养殖对象的大面积死亡，造成巨大的经济损失。
3.目前，室内工厂化水产养殖大多采用转盘抛撒式智能投喂机。由于室内养殖虾塘是固定尺寸，待抛饵料重量缺乏精准性，存在饵料抛撒不均匀、抛撒覆盖面积不合理问题，撒出饵料无法按照池塘大小、需要抛撒的距离等进行精确控制，传统的投料机只能进行粗略的距离与范围控制，且不同大小尺寸、重量的饵料采用的是相同的投料方案，无法进行精准控制。抛撒过于集中，会导致虾争抢饵料受伤，因此，转盘抛撒式不适用于室内虾塘精准养殖。并且此类投喂机采用的是人机交换界面，主要功能是数据显示、参数修改等，需要人工定时去池塘操作设备才能实现自动投喂，并不能完全实现人工的双手解放。因此，设计一种室内养殖池塘智能投喂装置及方法是十分有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种室内养殖池塘智能投喂装置及方法，结构简单，便于实现，能够精准控制投喂距离及范围，加大了饵料抛撒面积，改善了饵料抛撒均匀性的问题，能够对饵料进行准确称重，减轻了饵料的浪费。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种室内养殖池塘智能投喂装置，包括：机架及设置在所述机架内部的料斗、下料称重装置、抛料装置及控制模块，所述机架的内顶部设置所述料斗，所述料斗的顶部设置有料斗顶盖，所述料斗的底部设置有料斗仓门，所述料斗仓门连接所述下料称重装置，所述下料称重装置连接所述抛料装置，所述下料称重装置及抛料装置电性连接所述控制模块；
7.所述下料称重装置包括下料装置、下料管及称重传感器，所述下料装置的顶部设置有下料装置入口，所述下料装置的内部对应所述下料装置入口设置有可旋转储料槽模块，所述可旋转储料槽模块用于存储饵料及将存储的饵料倾出，所述下料装置的一侧开设有豁口，所述下料管倾斜设置在所述抛料装置的顶部与所述下料装置的一侧之间，所述下料装置的豁口连接所述下料管的进口，所述下料管的出口连接所述抛料装置，所述下料装置的底部设置所述称重传感器，所述称重传感器电性连接所述控制模块；
8.所述抛料装置包括鼓风机、步进电机、出料管及风机外壳，所述机架的内底部固定设置所述步进电机，所述步进电机的输出端固定设置所述鼓风机，所述鼓风机的外侧罩设所述风机壳体，所述风机壳体的一侧连接所述出料管的一端，所述机架的一侧对应所述出
料管及下料管开设有环形槽，所述出料管的另一端穿过所述环形槽设置在所述机架的外侧，所述出料管上设置有出料管进口，所述出料管进口连接所述下料管的出口，所述风机壳体的顶部固定设置所述称重传感器，所述鼓风机及步进电机电性连接所述控制模块。
9.可选的，所述料斗仓门上设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机驱动连接所述料斗仓门，用于驱动所述料斗仓门开启或者关闭，所述第一伺服电机电性连接所述控制模块。
10.可选的，所述可旋转储料槽模块包括储料槽及第二伺服电机，正对所述下料装置入口的所述下料装置的内部可旋转设置所述储料槽，所述第二伺服电机驱动连接所述储料槽，用于驱动所述储料槽旋转，将存储的饵料倾出。
11.可选的，所述控制模块包括stm32控制器、模拟量变送器、继电器、4g dtu模块及开关电源，所述开关电源用于给各部件供电，所述stm32控制器通过继电器连接所述鼓风机，所述stm32控制器电性连接所述步进电机、第一伺服电机及第二伺服电机，所述称重传感器通过模拟量变送器连接所述stm32控制器，所述stm32控制器通过4g dtu模块连接移动端。
12.本发明还提供了一种室内养殖池塘智能投喂方法，应用于上述的室内养殖池塘智能投喂装置，包括如下步骤：
13.步骤1：根据不同饵料的半径、体积及重量，在室内无风状态下，建立力学模型，根据力学模型建立饵料喷离出料管初速度、出料管与池塘水面高度、饵料落点位置关系模型；
14.步骤2：利用力学模型及位置关系模型进行试验，获得不同饵料与落点距离及扇形区域关系，并对力学模型及位置关系模型进行修正；
15.步骤3：利用风速仪计算鼓风机不同转速下的风速，根据修正后的力学模型及位置关系模型，获得不同重量、半径下鼓风机转速与饵料喷离出料管初速度间关系；
16.步骤4：整合各个关系模型，获得以饵料半径、重量、需抛射的距离、需抛射的扇面弧度范围、投饵机与池塘高度差为输入量，鼓风机转速、步进电机旋转角度为输出的最终关系模型，并将其嵌入stm32控制器，使得在人机交互界面中，根据实际需求对输入量进行设置，stm32控制器根据输入量利用最终关系模型计算输出量，并控制鼓风机及步进电机按照输出量运行，实现饵料抛投的精准控制。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的室内养殖池塘智能投喂装置及方法，该装置通过鼓风机、步进电机、出料管及风机外壳作为抛料装置，可根据池塘大小调整鼓风机的风速，从而改变抛撒距离，鼓风机在步进电机的旋转带动下可以调整不同角度，加大抛撒面积，进一步改善抛撒均匀性问题；该装置设置有下料装置、下料管及称重传感器，饵料通过料斗进入下料装置的储料槽中，称重传感器实时称重，当达到预设阈值时，通过饵料的输入，控制模块控制第二伺服电机带动储料槽旋转，将储料槽的饵料倾倒出去，饵料顺着下料管流至出料管中，经鼓风机吹出，抛撒进池塘，能够实时采集下料装置内饵料的重量，能够防止饵料抛撒过多，造成饵料浪费的情况；该装置设置有控制系统，能够通过stm32控制器实现自动控制，无需定时到现场对设备进行操作，降低了劳动量；该方法包括根据不同饵料的半径、体积及重量，在室内无风状态下，建立力学模型，根据力学模型建立饵料喷离出料管初速度、出料管与池塘水面高度、饵料落点位置关系模型，利用力学模型及位置关系模型进行试验，获得不同饵料与落点距离及扇形区域关系，并对力学模型及位置关系模型进行修正，利用风速仪计算鼓风机不同转速下的风速，根据修
正后的力学模型及位置关系模型，获得不同重量、半径下鼓风机转速与饵料喷离出料管初速度间关系，整合各个关系模型，获得以饵料半径、重量、需抛射的距离、需抛射的扇面弧度范围、投饵机与池塘高度差为输入量，鼓风机转速、步进电机旋转角度为输出的最终关系模型，并将其嵌入stm32控制器，使得在人机交互界面中，根据实际需求对输入量进行设置，stm32控制器根据输入量利用最终关系模型计算输出量，并控制鼓风机及步进电机按照输出量运行，能够实现饵料抛投的精准控制。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例室内养殖池塘智能投喂装置结构示意图；
20.图2为控制模块结构示意图；
21.图3为本发明实施例室内养殖池塘智能投喂方法流程示意图。
22.附图标记：1、机架；2、料斗；3、料斗顶盖；4、下料装置；5、下料管；6、出料管；7、步进电机；8、stm32控制器；9、4g dtu模块；10、鼓风机；11、风机外壳；12、压力传感器；13、模拟量变送器；14、继电器；15、第一伺服电机；16、第二伺服电机；17、开关电源；18、料斗仓门。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
24.本发明的目的是提供一种室内养殖池塘智能投喂装置及方法，结构简单，便于实现，能够精准控制投喂距离及范围，加大了饵料抛撒面积，改善了饵料抛撒均匀性的问题，能够对饵料进行准确称重，减轻了饵料的浪费。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.如图1所示，本发明实施例提供的室内养殖池塘智能投喂装置，包括：机架1及设置在所述机架1内部的料斗2、下料称重装置、抛料装置及控制模块，所述机架1的内顶部设置所述料斗2，所述料斗2呈漏斗形状，所述料斗2的顶部设置有料斗顶盖3，所述料斗2的底部设置有料斗仓门18，所述料斗仓门18连接所述下料称重装置，所述下料称重装置连接所述抛料装置，所述下料称重装置及抛料装置电性连接所述控制模块；
27.所述料斗顶盖3可连接有饵料存储箱，定时开始，进而实现饵料定时落入料斗内，进行抛撒，也可通过饲养人员定时将饵料投入料斗2中，所述料斗顶盖3也可设置驱动电机，通过控制模块定时控制驱动电机带动料斗顶盖3开启或关闭，进而实现投料；
28.所述下料称重装置包括下料装置4、下料管5及称重传感器，所述下料装置4的顶部设置有下料装置入口，所述下料装置4的内部对应所述下料装置入口设置有可旋转储料槽
模块，所述可旋转储料槽模块用于将存储饵料及将存储的饵料倾出，所述下料装置4的一侧开设有豁口，所述下料管5倾斜设置在所述抛料装置的顶部与所述下料装置4的一侧之间，其中，所述下料管5与水平面的夹角为50
°
，便于饵料沿下料管5滑落至出料管6内，所述下料装置4的豁口连接所述下料管5的进口，所述下料管5的出口连接所述抛料装置，所述下料装置的底部设置所述称重传感器，所述称重传感器电性连接所述控制模块；
29.所述抛料装置包括鼓风机10、步进电机7、出料管6及风机外壳11，所述机架1的内底部固定设置所述步进电机7，所述步进电机7的输出端固定设置所述鼓风机10，所述鼓风机10的外侧罩设所述风机壳体11，所述风机壳体11的一侧连接所述出料管6的一端，所述机架1的一侧对应所述出料管6及下料管5开设有环形槽，所述出料管6的另一端穿过所述环形槽设置在所述机架1的外侧，所述出料管6上设置有出料管进口，所述出料管进口连接所述下料管5的出口，所述风机壳体11的顶部固定设置所述称重传感器，所述鼓风机10及步进电机7电性连接所述控制模块；
30.所述鼓风机10通过出料管6把风力作用于饵料，饵料在风力的作用下通过出料管6直接抛撒至池塘，可通过步进电机7带动鼓风机10旋转，通过um242-t驱动器对步进电机进行驱动，控制输入脉冲数来决定转动角度，步进电机带动鼓风机每旋转1个角度就抛撒1次饵料，步进电机接收stm32发出的控制信号可实现1-n次角度旋转的自动调控，使饵料的下落点呈不同的扇面分布,进而将扩大饵料的抛撒范围。
31.所述称重传感器选用电阻应变式的压力传感器12即可，压力传感器12将物体质量引起的应变片阻抗变化通过惠斯登电桥电路将得到的电信号进行放大，即模拟量变送器13将电信号转换成模拟信号传输给stm32控制器8的a/d转换芯片。
32.所述料斗仓门18上设置有第一伺服电机15，所述第一伺服电机15驱动连接所述料斗仓门18，用于驱动所述料斗仓门18开启或者关闭，所述第一伺服电机15电性连接所述控制模块，例如，将第一伺服电机15设置在机架1的外侧，料斗仓门18的一侧与所述机架1铰接，所述第一伺服电机15连接料斗仓门18的铰接轴，进而带动所述料斗仓门18旋转开启或关闭。。
33.所述可旋转储料槽模块包括储料槽及第二伺服电机16，正对所述下料装置入口的所述下料装置4的内部可旋转设置所述储料槽，所述第二伺服电机16驱动连接所述储料槽，用于驱动所述储料槽旋转，将存储的饵料倾出，例如，所述储料槽通过水平轴将储料槽可旋转设置在下料装置4的内部，其中，第二伺服电机16的输出端连接水平轴，在正常状态下，第二伺服电机16将水平轴进行固定，此时储料槽正对下料装置入口，在需要倾倒时，第二伺服电机16旋转，带动储料槽沿水平轴旋转，进行饵料的倾倒。
34.第一伺服电机15及第二伺服电机16根据具体需求也可更换为步进电机7。
35.如图2所示，所述控制模块包括stm32控制器8、模拟量变送器13、继电器14、4g dtu模块9及开关电源17，所述开关电源7用于给各部件供电，所述stm32控制器8通过继电器14连接所述鼓风机10，所述stm32控制器8电性连接所述步进电机7、第一伺服电机15及第二伺服电机16，其中，步进电机使用um242-t驱动器进行驱动，通过控制输入脉冲数来决定转动角度，通过调整pwm的占空比进而改变电压输出值，输出高低电平控制驱动电路，利用pid控制算法对电压进行控制，实现鼓风机的电机驱动和6档风速自动调控，从而调节鼓风机角度及速度的运行，所述称重传感器通过模拟量变送器13连接所述stm32控制器8，所述stm32控
制器8通过4g dtu模块9连接移动端，其中，移动端可以为手机app或者小程序，手机app或者小程序向stm32控制器8发送投饵数据时，通过数据中转站有人云平台接收到的数据通过广域网发送至4g dtu模块9，4g dtu模块9可以通过串口通信将数据传输到stm32控制器8，可通过手机app或者小程序进行远程操作，实现定时、定量的智能化投喂。
36.如图3所示，本发明还提供了一种室内养殖池塘智能投喂方法，应用于上述的室内养殖池塘智能投喂装置，包括如下步骤：
37.步骤1：根据不同饵料的半径、体积及重量，在室内无风状态下，建立力学模型，根据力学模型建立饵料喷离出料管初速度、出料管与池塘水面高度、饵料落点位置关系模型；
38.步骤2：利用力学模型及位置关系模型进行试验，获得不同饵料与落点距离及扇形区域关系，并对力学模型及位置关系模型进行修正；
39.步骤3：利用风速仪计算鼓风机不同转速下的风速，根据修正后的力学模型及位置关系模型，获得不同重量、半径下鼓风机转速与饵料喷离出料管初速度间关系；
40.步骤5：整合各个关系模型，获得以饵料半径、重量、需抛射的距离、需抛射的扇面弧度范围、投饵机与池塘高度差为输入量，鼓风机转速、步进电机旋转角度为输出的最终关系模型，并将其嵌入stm32控制器，使得在人机交互界面中，根据实际需求对输入量进行设置，stm32控制器根据输入量利用最终关系模型计算输出量，并控制鼓风机及步进电机按照输出量运行，实现饵料抛投的精准控制。
41.本发明的抛撒过程为：抛撒饵料的动力源采用鼓风机，鼓风机通过出料管把风力作用于饵料，饵料在风力的作用下逐条被抛出，使饵料落点不集中于个别区域，抛投水平方向的角度可调，使饵料下落点呈扇面分布，可实现饵料大水面覆盖；
42.本发明的称重过程为：当饵料因重力自动进入下料装置的可旋转储料槽模块内时，称重系统开始工作，称重传感器将被测饵料的质量信号转换为电信号，随后经过模拟量变送器转换为模拟信号，然后将所得到模拟信号经过ad转换芯片转换为数字信号并传至单片机，单片机对数字信号进行数据处理，实现实时称重，降低称重误差；
43.本发明的远程控制过程为：用户可以打开手机app或者小程序在主界面点击远程控制就可以进入远程控制界面，从而获取需要远程控制的投喂设备，用户根据自身需要选择需要远程控制的设备进行操作，设定投喂时间、投喂次数、投喂重量等参数，设定完成后即可传给服务器，服务器控制控制器按照设定好的参数实现远程控制的智能投喂。
44.本发明提供的室内养殖池塘智能投喂装置及方法，该装置通过鼓风机、步进电机、出料管及风机外壳作为抛料装置，可根据池塘大小调整鼓风机的风速，从而改变抛撒距离，鼓风机在步进电机的旋转带动下可以调整不同角度，加大抛撒面积，进一步改善抛撒均匀性问题；该装置设置有下料装置、下料管及称重传感器，饵料通过料斗进入下料装置的储料槽中，称重传感器实时称重，当达到预设阈值时，通过饵料的输入，控制模块控制第二伺服电机带动储料槽旋转，将储料槽的饵料倾倒出去，饵料顺着下料管流至出料管中，经鼓风机吹出，抛撒进池塘，能够实时采集下料装置内饵料的重量，能够防止饵料抛撒过多，造成饵料浪费的情况；该装置设置有控制系统，能够通过stm32控制器实现自动控制，无需定时到现场对设备进行操作，降低了劳动量；该方法包括根据不同饵料的半径、体积及重量，在室内无风状态下，建立力学模型，根据力学模型建立饵料喷离出料管初速度、出料管与池塘水面高度、饵料落点位置关系模型，利用力学模型及位置关系模型进行试验，获得不同饵料与
落点距离及扇形区域关系，并对力学模型及位置关系模型进行修正，利用风速仪计算鼓风机不同转速下的风速，根据修正后的力学模型及位置关系模型，获得不同重量、半径下鼓风机转速与饵料喷离出料管初速度间关系，整合各个关系模型，获得以饵料半径、重量、需抛射的距离、需抛射的扇面弧度范围、投饵机与池塘高度差为输入量，鼓风机转速、步进电机旋转角度为输出的最终关系模型，并将其嵌入stm32控制器，使得在人机交互界面中，根据实际需求对输入量进行设置，stm32控制器根据输入量利用最终关系模型计算输出量，并控制鼓风机及步进电机按照输出量运行，能够实现饵料抛投的精准控制。
45.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。