本發(fā)明屬于養(yǎng)殖設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

我國是一個漁業(yè)大國，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖活動所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益及生態(tài)效益，往往與養(yǎng)殖的方式有密切關(guān)系。目前，漁民喂魚通常是按照自己的經(jīng)驗，來判斷飼料的投喂量和投喂時間，這種方式存在諸多問題：魚的食量不僅與魚的生長階段、每日的喂養(yǎng)時段有關(guān)，還與天氣、水溫及魚的實時狀態(tài)有關(guān)，使得投喂量和投喂時間無法精準把控，一方面漁民不知道魚的準確“食量”，但又擔心魚吃不飽，所以要不出現(xiàn)魚的挨餓現(xiàn)象，要不加大投喂量，而過量的飼料在水中未被魚群進食，沉入水底分解成氮、磷化合物，對水體造成污染，這都使得。為了實現(xiàn)精準投喂自動控制，已有的一些方法，存在不少局限性，如基于水下攝像頭觀察法，往往受到水體的顏色、渾濁度的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種自動實現(xiàn)精準投喂，避免造成了飼料的浪費，避免過量飼料給水體帶來的污染，同時也保證了魚達到"飽食"點水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：一種水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制系統(tǒng)，其特征在于：包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；

所述單片機分別與所述傳感器、步進電機連接，所述電源分別為所述傳感器、單片機、步進電機提供電力；

在飼料投喂區(qū)一定范圍的水域中，布置一組所述傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給所述單片機；所述單片機根據(jù)魚群的活動頻度信息，控制所述步進電機的開啟和關(guān)閉，進而實現(xiàn)控制飼料機的開啟和關(guān)閉。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：開啟飼料機，開始投飼；

步驟2：魚群觸碰所述傳感器，記錄每一個傳感器的每一個時間點T上被觸碰的次數(shù)F；

步驟3：根據(jù)觸碰頻次F，繪制時間T-頻次F曲線，從而獲取飼料機最佳停止時間點。

與傳統(tǒng)人工投喂的方式相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有下述明顯優(yōu)點：

1、人工喂食依賴于人的經(jīng)驗(如根據(jù)魚的生長階段、魚的總量決定投喂量)，如魚的即時狀態(tài)、水體環(huán)境都會影響魚的攝食量都會對實際投喂需求產(chǎn)生較大影響，而本方法依據(jù)魚的本身行為，可精準探測魚群“飽食”點，避免傳統(tǒng)人工方式依賴于人的經(jīng)驗而導(dǎo)致的不準確性。

2、自動實現(xiàn)精準投喂，避免造成了飼料的浪費，避免過量飼料給水體帶來的污染，同時也保證了魚達到"飽食"點。

3、節(jié)省了人工成本，不需要漁民每天幾次都到養(yǎng)殖區(qū)去投喂，尤其是大型的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，這套系統(tǒng)將能夠節(jié)省大量的人工。

與其它自動投喂系統(tǒng)如水下攝像頭方式相比，本發(fā)明技術(shù)方案也具有下述優(yōu)勢：

1、基于魚的行為模式獲取“飽食”點，避免其它方式依賴于環(huán)境因素(如光照)的弊端。

2、結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡單、維護方便，傳感器僅用一些彈性纖維或彈簧片即可實現(xiàn)，在水體下不需要任何電氣設(shè)備，安裝、維護(更新)都非常便利。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實施例的傳感器陣列采用并聯(lián)連接示意圖。

圖2：本發(fā)明實施例的傳感器陣列采用串聯(lián)連接示意圖。

圖3：本發(fā)明實施例的時間-頻次(T-F)曲線。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應(yīng)當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制系統(tǒng)，包括包括對喂食對象的行為進行探測的傳感器、單片機、步進電機和電源；單片機分別與傳感器、步進電機連接，電源分別為傳感器、單片機、步進電機提供電力；在飼料投喂區(qū)一定范圍的水域中，布置一組傳感器，用于獲取魚群的活動頻度信息，并將獲取的活動頻度信息傳遞給單片機；單片機根據(jù)魚群的活動頻度信息，控制步進電機的開啟和關(guān)閉，進而實現(xiàn)控制飼料機的開啟和關(guān)閉。

單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳感器頻率自動計數(shù)裝置。有并行檢測和串行檢測兩種方式。觸碰探測開關(guān)固定在上固定面上，可分為若干組，每組對應(yīng)固定面的一行，在并行檢測時，當該組的任意一個觸碰開關(guān)被觸發(fā)(連通)，單片機將按照該組觸碰開關(guān)被觸碰的個數(shù)進行累計計數(shù)(圖1)，當進行串行檢測時，在同一時間，當同一組的兩個或多個觸碰開關(guān)被同時觸碰時，僅計數(shù)一次(圖2)，并行檢測的精度高，但對單片機的IO輸入接口數(shù)要求較高，串行檢測精度稍差，但可以用最簡單的51單片機就可以完成。

對于上述內(nèi)容中的傳感器部分的內(nèi)容，可以采用拉線法和懸多叉樹法兩種方案。對于單片機控制系統(tǒng)，可以采用經(jīng)驗頻率拐點或穩(wěn)定時間點法。單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳感器頻率自動計數(shù)裝置，可以有串聯(lián)和并聯(lián)法。

本發(fā)明提供的一種水產(chǎn)養(yǎng)殖精準投喂控制方法，包括以下步驟：

步驟1：開啟飼料機，開始投飼；當魚群聽到飼料機響起，游到投喂區(qū)域時，魚群會觸碰傳感器；

步驟2：魚群觸碰所述傳感器，記錄每一個傳感器的每一個時間點T上被觸碰的次數(shù)F；

步驟3：當魚群飽食之后，會慢慢散去，離開投喂區(qū)域時也會傳感器進行計數(shù)。根據(jù)觸碰頻次F，繪制時間T-頻次F曲線，從而獲取飼料機最佳停止時間點。

連續(xù)記錄從投喂開始的傳感器計數(shù)，形成時間-頻次(T-F)曲線，分析T-F曲線，采用F對T的數(shù)學拐點(一階導(dǎo)數(shù)最大時對應(yīng)的T)、經(jīng)驗頻率拐點(如當F＝20％*Max(F)時，F(xiàn)值所對應(yīng)的時間點T)或F低于某個閾值且相對穩(wěn)定時的時間點T，根據(jù)養(yǎng)殖對象的特點，可采用經(jīng)驗頻率拐點或穩(wěn)定時間點作為魚的“飽食”點，并在此時單片機給步進電機(飼料機)傳遞一個結(jié)束投喂信號。

請見圖3，本實施例的時間-頻次(T-F)曲線攝食行為模式理論，以時間為橫坐標、頻率為縱坐標，形成的反映攝食活躍程度的曲線，可分為4個區(qū)域：始食區(qū)、爭食區(qū)、過渡區(qū)和飽食區(qū)。其中始食區(qū)時間較短，很快進入爭食區(qū)，經(jīng)歷過渡區(qū)(頻率快速下降)，到達飽食區(qū)。

基于時間-頻次(T-F)曲線計算經(jīng)驗頻率拐點、穩(wěn)定時間點的方法，并以此確定魚的“飽食”點。圖3中，計算過渡區(qū)的方法，先用3次(或n次，n>＝3)移動平均獲取移動平均曲線，計算曲線的一階導(dǎo)數(shù)，獲取最小一階導(dǎo)數(shù)值對應(yīng)的T作為拐點，之后再計算連續(xù)兩個頻率采樣點的一階導(dǎo)數(shù)接近0(滿足>-0.05且<0.05)時對應(yīng)的T作為進入飽食區(qū)的入口點(即穩(wěn)定時間點)。此處采用n次平均的目的，是避免T-F曲線的不平滑導(dǎo)致求導(dǎo)困難。

本發(fā)明設(shè)計的一套以傳感器為信息獲取源、以單片機為控制器、以步進電機為反饋控制的三部件精準養(yǎng)殖投喂控制系統(tǒng)，傳感器部件是該系統(tǒng)的核心部件，基本原理是基于魚的攝食行為模式，即在飼料投喂區(qū)一定范圍的水域中，布置一組傳感器，當投喂開始時，飼料投入水體中，此時魚處在最饑餓狀態(tài)下，魚群在投喂區(qū)的活動將快速而頻繁，這種運動通過魚體與傳感器的相互接觸而被感應(yīng)到，獲取到最大活動頻度(Max(F))，系統(tǒng)持續(xù)打開投喂開關(guān)進行飼料投喂，傳感器持續(xù)監(jiān)測并記錄魚的活動頻率(F)，而當一定時間后魚群“吃飽”了，魚群開始離開投喂區(qū)域，且魚體的游動速度變緩，此時也會被傳感器感應(yīng)到，通過繪制時間-活動頻率曲線，形成隨投喂時間(T)逐漸降低的F值曲線，通過分析T-F曲線，就可以發(fā)現(xiàn)魚被“喂飽”的經(jīng)驗頻率拐點(如當F＝20％*Max(F)的時間點T)或穩(wěn)定時間點T，從而單片機給飼料機的步進電機開關(guān)發(fā)出停止信號，控制電機關(guān)閉，飼料機停止投喂。

相比傳統(tǒng)方式，這套系統(tǒng)不依賴于環(huán)境因素(如水溫、光線)，僅通過魚自身的行為模式，精準地判斷出魚群“飽食”時間點，進而精準控制飼料機停止投喂，避免造成飼料浪費污染水體的現(xiàn)象，也滿足了喂食對象對攝食量的需求。

應(yīng)當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。