網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)投餌機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：通過分析深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖投餌設(shè)備的現(xiàn)狀和存在的問題后，提出一種利用計(jì)算機(jī)和單片機(jī)作為控制核心，可以進(jìn)展遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)投餌的硬件方案和控制策略。對(duì)自動(dòng)投餌機(jī)總體構(gòu)造、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件電路以及通信設(shè)計(jì)進(jìn)展介紹。該設(shè)計(jì)可降低養(yǎng)殖本錢，科學(xué)投餌，為水產(chǎn)養(yǎng)殖自動(dòng)化的研究提供參考。關(guān)鍵詞：自動(dòng)投餌機(jī)；自動(dòng)控制；單片機(jī)；網(wǎng)箱養(yǎng)殖隨著網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速開展，對(duì)餌料投喂提出較高的要求。水產(chǎn)養(yǎng)殖中餌料的本錢是一項(xiàng)重要投入，餌料的投放對(duì)養(yǎng)殖魚類的品質(zhì)、產(chǎn)率等有很大影響。目前我國(guó)深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要采用人工投餌，投餌過程中存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、投喂不均勻、效率低、餌料量難以準(zhǔn)確控制等缺點(diǎn)。餌

2、料的浪費(fèi)又會(huì)污染水質(zhì)，惡化養(yǎng)殖環(huán)境，還會(huì)增加魚類病害的發(fā)生，影響魚類的生長(zhǎng)，增加養(yǎng)殖本錢，降低養(yǎng)殖效益。因此餌料的投喂技術(shù)是否科學(xué)合理，是影響?zhàn)B殖效果和生態(tài)環(huán)境的一個(gè)最重要的因素。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，控制養(yǎng)殖本錢的投入，使水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)開展，餌料投喂技術(shù)非常重要。隨著自動(dòng)化養(yǎng)殖設(shè)施程度的不斷進(jìn)步，投餌機(jī)作為養(yǎng)殖中重要的設(shè)備之一越來(lái)越受到養(yǎng)殖戶的重視。為適應(yīng)各種不同的水產(chǎn)養(yǎng)殖消費(fèi)方式，各種類型的投餌機(jī)被開發(fā)出來(lái)以滿足市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)使用較多的自動(dòng)投餌機(jī)往往存在一些問題：例如餌料破損率較大，運(yùn)行的穩(wěn)定性缺乏，不能滿足深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖對(duì)穩(wěn)定性、平安性的要求，同時(shí)自動(dòng)化控制程度也有待進(jìn)步。國(guó)外一些國(guó)家在水產(chǎn)養(yǎng)

3、殖自動(dòng)化設(shè)施方面處于領(lǐng)先程度，例如挪威研制的自動(dòng)投喂系統(tǒng)集監(jiān)控、自動(dòng)投喂、遠(yuǎn)程管理等于一體，利用計(jì)算機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖向節(jié)能、環(huán)保、精準(zhǔn)、高效的消費(fèi)方式開展，研制適宜的設(shè)備可以節(jié)省勞動(dòng)本錢，同時(shí)到達(dá)精準(zhǔn)投喂、節(jié)約餌料、保護(hù)水質(zhì)，促進(jìn)養(yǎng)殖魚類的安康生長(zhǎng)。本文作者以深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖為重點(diǎn)，研制一種適用于網(wǎng)箱養(yǎng)殖用自動(dòng)投餌機(jī)，對(duì)自動(dòng)投餌機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計(jì)和技術(shù)研究。1自動(dòng)投餌機(jī)總體構(gòu)造及工作原理自動(dòng)投餌機(jī)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、網(wǎng)箱軌道、投餌機(jī)構(gòu)等組成。投餌機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由單片機(jī)進(jìn)展自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)的控制軟件可以人機(jī)交互操作，操作人員可以通過計(jì)算機(jī)搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)展投餌操

4、作也可以利用軟件自動(dòng)投餌。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱根據(jù)不同因素進(jìn)展科學(xué)合理投餌。自動(dòng)投餌機(jī)總體構(gòu)造如圖1所示。自動(dòng)投餌機(jī)的工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)接收到由計(jì)算機(jī)通過無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的控制命令后，單片機(jī)給出相應(yīng)的控制指令；餌料倉(cāng)內(nèi)的傳感器檢查倉(cāng)內(nèi)是否有餌料，假如有餌料，網(wǎng)箱導(dǎo)軌上的行走直流電機(jī)按某一速度勻速運(yùn)行到指定位置；單片機(jī)控制開關(guān)倉(cāng)門步進(jìn)電機(jī)投放餌料，下料量通過開放倉(cāng)門的程度和時(shí)間決定；餌料落在拋料機(jī)構(gòu)的弧形托盤上；單片機(jī)控制拋料直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，拋料直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接有矩形刷子，通過對(duì)轉(zhuǎn)速的控制實(shí)現(xiàn)餌料360的拋撒范圍，同時(shí)控制拋灑半徑；行走直流電機(jī)在網(wǎng)箱運(yùn)行軌道不同位置進(jìn)展定點(diǎn)拋撒，使餌料均勻落在網(wǎng)箱水面上

5、。2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的投餌過程進(jìn)展自動(dòng)化管理，可以進(jìn)步網(wǎng)箱養(yǎng)殖自動(dòng)控制設(shè)備的程度，科學(xué)合理投餌，降低養(yǎng)殖本錢。自動(dòng)投餌機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為核心控制器，主要控制：對(duì)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)展處理；控制各個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)流程；承受投餌機(jī)內(nèi)部傳感器信號(hào)；模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；和無(wú)線通信模塊、計(jì)算機(jī)的通信。自動(dòng)投餌機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。自動(dòng)投餌機(jī)運(yùn)行時(shí)，由計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，養(yǎng)殖人員可以實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)控制界面會(huì)記錄投餌量和投餌時(shí)間等參數(shù)，投餌機(jī)的位置、運(yùn)行狀態(tài)、投餌數(shù)據(jù)記錄也會(huì)顯示在界面。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)承受GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，經(jīng)過管理軟件

6、對(duì)數(shù)據(jù)的分析再進(jìn)展投餌情況的斷定，投餌決定再由計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)通過通信電路上的無(wú)線通信模塊得到控制命令，單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)γ钸M(jìn)展解碼分析，再對(duì)各個(gè)電機(jī)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令。電機(jī)的控制電路接在單片機(jī)的I/O接口上，電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制指令經(jīng)I/O接口輸出給電機(jī)控制電路，電機(jī)控制電路對(duì)指令信號(hào)放大和轉(zhuǎn)化再傳輸給各個(gè)電機(jī)，使電機(jī)可以按照要求運(yùn)動(dòng)進(jìn)展投餌。這樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送和接收，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制投餌。操作人員在陸上的控制室也可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過控制軟件的界面手動(dòng)設(shè)置投餌量和時(shí)間等參數(shù)進(jìn)展投餌操作。3硬件介紹自動(dòng)投餌機(jī)控制電路圖如圖3所示，AT89C52單片機(jī)作為投餌控制器，內(nèi)部存有

7、控制程序。對(duì)單片機(jī)的I/O口進(jìn)展擴(kuò)展，利用8255A可編程并行接口對(duì)I/O口進(jìn)展擴(kuò)展，8255A芯片的控制端口和單片機(jī)連接。8255A芯片的控制端口包括RD、WR、CS、A0、A1，其中RD、WR、CS3個(gè)端口低電平有效。CS芯片片選信號(hào)，當(dāng)輸入引腳為地點(diǎn)平時(shí)表示8255A芯片被選中，允許8255A與單片機(jī)進(jìn)展通訊否那么無(wú)法做數(shù)據(jù)傳輸；RD、WR分別代表芯片的讀信號(hào)線和寫入信號(hào)線，兩個(gè)引腳在輸入為低跳變沿時(shí)且CS=0時(shí)允許8255A通過數(shù)據(jù)線和單片機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)發(fā)送和接收；A0、A1是8255A的地址選擇線，用來(lái)選擇8255A的PA口、PB口、PC口和控制存放器。A0、A1、CS、WR分別和單片機(jī)

8、的P2.5、P2.6、P2.7、RD、WR連接。RE#8259;SET復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時(shí)，所有內(nèi)部存放器被去除，所有I/O口均被置成輸入方式。D0D7是數(shù)據(jù)總線，是8255A和單片機(jī)數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行輸入輸出指令時(shí)，通過它實(shí)現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作。控制字和狀態(tài)信息也是通過數(shù)據(jù)總線傳送的。8255A還有3個(gè)輸入輸出口PA、PB、PC，使用PA口和PB口作為輸入輸出端口和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制口連接。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用兩相混合式，控制信號(hào)輸入接口包括脈沖控制信號(hào)PUL+、PUL-，方向信號(hào)DIR+、DIR-，使能信號(hào)ENBL+、ENBL-。PUL+、DIR+、ENBL+接在+5

9、V電壓，PUL-、DIR-、ENBL-分別接PA0、PA1、PA2。PA0輸出脈沖控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，每發(fā)射一個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，改變PA0輸出脈沖的發(fā)送頻率可以改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制餌料的投放；PA1輸出方向控制信號(hào)，PA1輸出的上下電平可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，為保證電機(jī)可靠換向，方向信號(hào)先于脈沖信號(hào)至少5s建立；PA2輸出使能信號(hào)，ENBL-的輸入信號(hào)用于使能或制止，ENBL-接低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)各相的電流是電機(jī)處于自由狀態(tài)，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)脈沖不被響應(yīng)，接高電平時(shí)步進(jìn)電機(jī)可按程序運(yùn)轉(zhuǎn)，使能信號(hào)提早方向控制信號(hào)至少5s。步進(jìn)電機(jī)的A相、B相線圈和驅(qū)動(dòng)

10、器相對(duì)應(yīng)的接口連接。驅(qū)動(dòng)器的八位撥碼開關(guān)可以設(shè)定細(xì)分精度、動(dòng)態(tài)電流、靜止半流，設(shè)定細(xì)分步數(shù)可以進(jìn)步步距均勻度，較少振動(dòng)，完成準(zhǔn)確投餌的要求。直流電機(jī)選用無(wú)刷直流電機(jī)配合無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，利用PWM脈寬調(diào)速，控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)投餌機(jī)運(yùn)動(dòng)快慢的控制和餌料拋撒半徑的控制。無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)接在PB口上包括緊急制動(dòng)IN3、方向信號(hào)IN2、調(diào)速信號(hào)IN1。無(wú)刷直流電機(jī)的霍爾信號(hào)線和驅(qū)動(dòng)器的霍爾信號(hào)輸入接口連接，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和方向，電機(jī)的3個(gè)相線U、V、W和驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)相線接口連接三相線連接電機(jī)內(nèi)部定子線圈，利用脈沖寬度的調(diào)制控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。4控制程序和通信

11、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制軟件使用VB語(yǔ)言設(shè)計(jì)和編寫，控制軟件可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制和監(jiān)測(cè)網(wǎng)箱內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)。界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔直觀便于用戶直接監(jiān)控，界面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)包括水速測(cè)量顯示，溶解氧量顯示，PH值顯示等數(shù)據(jù)顯示界面以及自動(dòng)投餌機(jī)位置顯示?？刂栖浖惺謩?dòng)控制和自動(dòng)控制兩種工作方式。采用手動(dòng)控制，用戶可以通過前進(jìn);、后退;按鈕控制行走直流電機(jī)在導(dǎo)軌上的位置；通過倉(cāng)門開放;按鈕控制餌料倉(cāng)門的開放程度；通過轉(zhuǎn)速的大小調(diào)節(jié)選擇按鈕控制餌料拋撒電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制餌料拋撒半徑。采用自動(dòng)控制工作方式，控制軟件對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)展整合分析，通過內(nèi)部的算法做出相應(yīng)的操作指令，通過無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊送達(dá)單片機(jī)接收端。單片機(jī)對(duì)指令解碼后，調(diào)

12、用程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)指令表進(jìn)展自動(dòng)投餌操作，單片機(jī)控制程序流程圖如圖4所示。同時(shí)將投餌結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)控制界面。在自動(dòng)投餌控制系統(tǒng)中，通信是連接計(jì)算機(jī)控制端和單片機(jī)控制端，以及監(jiān)測(cè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制端的橋梁。通信的可靠性是保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定平安運(yùn)行的前提條件。由于控制室和養(yǎng)殖網(wǎng)箱的間隔 較遠(yuǎn)，鋪設(shè)通信電纜不方便，可靠性較低而且會(huì)增加本錢投入，因此選用無(wú)線通信硬件。近年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)的快速開展，傳輸速率的大幅度進(jìn)步和傳輸容量的擴(kuò)大可以保證通信的可靠性和穩(wěn)定性。通信的設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)控制端利用VB中的MSCOMM通信控件編寫通信協(xié)議，利用GPRS無(wú)線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)和控制指令。投餌機(jī)的單片機(jī)和承受通信模塊相連，實(shí)現(xiàn)控制指令的穩(wěn)定接收，單片機(jī)再做出對(duì)應(yīng)的操作。環(huán)境堅(jiān)持測(cè)數(shù)據(jù)通過無(wú)線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)接收端。通信系統(tǒng)的平安可靠運(yùn)行為自動(dòng)投餌系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供保證，實(shí)現(xiàn)人員的遠(yuǎn)程控制和操作，大大降低人員的工