江炳蔚 吳帆

摘 要：設(shè)計一種漁光一體傳送式喂魚控制系統(tǒng)，實現(xiàn)追光式光伏發(fā)電、定時誘魚、振動感應(yīng)報警、傳送定點投喂魚食等功能。通過定時芯片開啟誘魚裝置，由振動傳感器感應(yīng)魚群產(chǎn)生的振動并報警提醒，自動開啟放置有投餌器的傳送帶，通過超聲波檢測投餌器與誘魚樁的距離，使投餌器停止在固定的投喂點進行集中式喂魚；系統(tǒng)由架設(shè)在魚塘水面上的自動追光式光伏發(fā)電裝置供電。通過仿真與調(diào)試，喂魚控制系統(tǒng)能做到定時、定點投喂，節(jié)省人工，節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：喂魚控制系統(tǒng)；振動傳感器；追光式光伏發(fā)電

DOI：10.11907/rjdk.172533

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）004-0111-04

Abstract：This paper designs a controllable mobile fish-feeding system powered by solar energy. The system can mainly achieve the pursuit of light-type photovoltaic power generation， timing trapping fish， vibration sensor alarm， and regular fishfeeding delivery. The timing chip opens the fish device and the alarm is triggered by a vibration sensor； the conveyor belt is automatically opened. By ultrasonic testing device and the feeding vibrator distance， the feeding is stopped at a fixed feed point， to conduct concentrated feeding.The entire system can be powered by an automatic chase-type photovoltaic power plant on the surface of the fish pond. Through simulation and debugging， the sensors in the whole system can realize timely and fixed point feeding， which saves labor and energy and protects the enviroment.

Key Words：fish-feeding control system； vibration sensor； spotlight type photovoltaic power generation

0 引言

我國自古以來就是一個漁業(yè)大國，千百年來，養(yǎng)魚投喂方式一直都是人工大面積地向魚塘中拋灑魚食，這樣可能導(dǎo)致魚食來不及被取食就已沉入水底。針對這一問題，本文設(shè)計了一種漁光一體傳送式喂魚控制系統(tǒng)，既節(jié)省人工又避免浪費，符合綠色節(jié)能要求[1]。

漁光一體傳送式喂魚控制系統(tǒng)通過定時開啟誘魚裝置，集中吸引魚塘中的魚苗，聚集魚群所產(chǎn)生的振動，由振動傳感器感應(yīng)報警提醒，并自動開啟投餌器傳送帶，通過超聲波檢測投餌器與誘魚樁的距離，使投餌器停止在固定的投喂點進行集中式投喂。同時，在魚塘水面上方安裝自動追光式光伏發(fā)電裝置，實時動態(tài)監(jiān)測太陽光入射角度，使光伏板在水平和垂直方向之間雙軸自由旋轉(zhuǎn)，提高光伏電池組件發(fā)電量，給喂魚控制系統(tǒng)供電，另外起到遮陽作用，有效控制魚塘水溫。系統(tǒng)通過傳感器密切配合，能定時、定點投喂魚食，節(jié)省人工，節(jié)能環(huán)保。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 自動追光式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)已在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，在魚塘中設(shè)置自動追光式光伏發(fā)電如圖1所示。自動追光式光伏發(fā)電裝置能實時動態(tài)檢測太陽光入射角度，通過控制步進電機在水平和垂直方向上的轉(zhuǎn)動調(diào)整光伏板角度，保證光伏板始終與太陽光線垂直，以達到最大光伏發(fā)電效率[2]。

1.2 定時誘魚振動提醒系統(tǒng)

自動定時誘魚系統(tǒng)以單片機為控制核心，用戶通過LCD界面設(shè)置投喂時間，設(shè)定完成后，可通過按鍵關(guān)閉顯示屏以節(jié)約電能。當?shù)竭_設(shè)定投喂時間時，振動提醒系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。當魚群被誘魚燈成功集中到固定投喂點后，魚群會引起水面擾動，這時通過振動檢測模塊檢測水面振動強度，如果達到設(shè)定的震動強度，說明已經(jīng)有足夠多的魚群集中到了投喂點，蜂鳴器響起，開啟傳送帶電機開關(guān)，為傳送投喂工作提供準備。定時誘魚振動提醒系統(tǒng)如圖2所示。

1.3 飼料投喂系統(tǒng)

傳送帶將投餌器運送到指定投喂點，通過超聲波檢測投餌器到誘魚樁的距離，由繼電器控制飼料投喂系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉。飼料投喂系統(tǒng)開啟后，投餌器開始向周圍拋灑飼料。投喂結(jié)束后，飼料投喂系統(tǒng)關(guān)閉，再由傳送帶反轉(zhuǎn)傳送回岸邊。當投餌器中的魚食見底，將會報警提醒需添加飼料。飼料投喂系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

2 光伏系統(tǒng)原理及架構(gòu)

2.1 工作原理

以單片機作為主控芯片，光伏板裝置接收太陽光，檢測太陽光垂直角度的變化，并將檢測到的光線變化信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給單片機，由控制器分析并控制旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)向[4]。圖4所示為光伏控制系統(tǒng)原理，該系統(tǒng)不僅為魚塘設(shè)備供電，而且還起到遮光控制魚塘水溫的作用。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

控制系統(tǒng)由電源模塊、單片機系統(tǒng)模塊、光照強度采集模塊和電機驅(qū)動模塊組成。光伏組件由光伏板、支架、轉(zhuǎn)動軸和步進電機構(gòu)成[3]，如圖5所示。兩個步進電機分別對高度角和方位角兩個方向進行控制。自動追蹤器的方位軸垂直地平面，控制水平方向；另一根軸與方位軸垂直稱為俯仰軸，控制垂直方向。兩個步進電機分別與光伏控制系統(tǒng)連接，光伏組件架與光伏板一體安裝，支撐桿一端固定于魚塘底面下的土或水泥中，另一端高于魚塘水面，與光伏組件架連接。

3 定時誘魚振動提醒系統(tǒng)

定時誘魚振動提醒系統(tǒng)由電源模塊、控制模塊、顯示模塊、時鐘模塊、振動傳感器、按鍵操作模塊、提醒模塊和繼電器控制模塊組成。圖6為定時誘魚振動提醒系統(tǒng)電路。

3.1 定時誘魚電路設(shè)計

定時誘魚電路以單片機為核心控制芯片，通過DS1302時鐘芯片進行時間控制[5]，使用4個按鍵作為數(shù)據(jù)輸入方式，驅(qū)動1602顯示器提示程序運行過程和開啟誘魚燈。當系統(tǒng)啟動時，單片機從DS1302時鐘芯片獲取時間，并通過鍵盤和1602顯示器配合完成系統(tǒng)時間、啟動時間和關(guān)閉時間的設(shè)定[6]。

3.2 振動提醒電路設(shè)計

通過誘魚燈能夠?qū)⒋罅眶~群吸引過來，引起木樁振動，通過振動傳感器傳送給單片機，由單片機發(fā)出提醒信號，同時開起傳送裝置為投餌作準備[7]。

4 飼料投喂系統(tǒng)

投喂傳送帶由傳送帶模塊、投餌器和超聲波檢測模塊組成，圖7為原理圖。飼料投喂系統(tǒng)從魚塘岸邊伸向魚塘誘魚樁附近，一旦誘魚樁檢測到魚群振動，系統(tǒng)會立即啟動，通過按鍵或紅外遙控方式將固定于傳送帶上的投餌器傳送至誘魚樁附近。投喂結(jié)束后，傳送帶反轉(zhuǎn)，將投餌器送回岸邊。

4.1 傳送帶模塊

由一臺步進電機通過皮帶，將動力傳送給下面的各個軸承，從而帶動傳送帶運行。工作人員接收到誘魚樁發(fā)出的提醒信號后自動開啟傳送帶開關(guān)，通過按鍵或紅外遙控方式實現(xiàn)傳送帶的前進、后退和調(diào)速。

4.1.1 紅外接收電路

紅外遙控接收采用1838T，它是小型一體化接收頭，把遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)（已調(diào)信號）轉(zhuǎn)換成一定格式的控制指令脈沖（調(diào)制信號、基帶信號），完成紅外線的接收、放大、解調(diào)。還原成發(fā)射格式（高、低電位剛好相反）的脈沖信號[8]，輸出TTL兼容電平。通過解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

4.1.2 步進電機工作原理

步進電機實現(xiàn)傳送帶正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速，步進電機為四相五線，由于單片機輸出的脈沖信號較小，不能直接驅(qū)動步進電機工作，所以單片機不能與步進電機直接相連，需增加驅(qū)動電路，可采用驅(qū)動芯片ULN2003增加單片機輸出的電流[9]。

4.2 超聲波檢測模塊

超聲波在投餌器中主要應(yīng)用于檢測投餌器剩余飼料及檢測投餌器與誘魚樁的距離。

4.2.1 設(shè)計說明

（1）超聲波安裝在投餌器飼料倉的蓋子上，并鏈接到投餌器的中控芯片上。當飼料倉蓋子合上時，自動開啟檢測模式。檢測模式下，超聲波探測蓋子與飼料之間的距離若大于設(shè)定值，則代表飼料剩余不多，這時候蜂鳴器響起，提醒工作人員添加飼料。

（2）自動模式下，傳送帶將投餌器從岸邊傳送至魚塘中，此過程中，另一組超聲波將檢測投餌器兩側(cè)有無誘魚樁。當誘魚樁在附近時，超聲波把信號傳送給中控芯片，中控芯片發(fā)出信號，打開投餌器的飼料倉，向兩側(cè)投喂飼料[10]。

4.2.2 檢測工作原理

超聲波檢測分別由控制芯片、超聲波發(fā)射器、超聲波接收器和報警電路組成?？刂茊卧饕δ苁前l(fā)送40kHz的方波信號，經(jīng)過發(fā)射換能器顯示為超聲波信號[11]。超聲波發(fā)射器的核心是多諧振蕩器和功率放大器，主要用來發(fā)射超聲波信號。超聲波接收器由回波放大接收電路和比較電路兩部分組成?；夭ǚ糯蠼邮针娐贩糯蠼邮盏降某暡?，比較電路將放大的信號與先前的信號進行比較分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)[12]。如果檢測兩者之間距離到達設(shè)定范圍，報警電路即開始工作。

5 軟件設(shè)計

5.1 光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計

光伏系統(tǒng)子程序流程如圖8所示。

5.2 定時誘魚振動提醒系統(tǒng)軟件設(shè)計

振動提醒系統(tǒng)子程序流程如圖9所示。

5.3 飼料投喂系統(tǒng)軟件設(shè)計

飼料投喂系統(tǒng)子程序流程如圖10所示。

6 仿真與調(diào)試

圖11為光伏控制系統(tǒng)仿真，通過調(diào)試可實現(xiàn)：①手動模式時，通過按上、下、左、右4個按鍵，實現(xiàn)水平和垂直步進電機4轉(zhuǎn)動；②自動模式時，通過調(diào)節(jié)上下左右4個光敏電阻值模擬光線的強弱，實現(xiàn)步進電機的水平和垂直跟轉(zhuǎn)。

圖12為飼料投喂系統(tǒng)仿真，通過調(diào)試電機，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速+、調(diào)速-等功能。

7 結(jié)語

漁光一體傳送式喂魚系統(tǒng)利用光伏技術(shù)和智能控制技術(shù)，采用新型誘魚樁，不僅可有效地集中魚群，方便投喂，而且能夠檢測魚群是否被有效集中，避免了傳統(tǒng)投喂方式浪費飼料的弊端，提升了魚塘的經(jīng)濟效益；運用“傳送圖12 飼料投喂系統(tǒng)仿真

帶+投餌器”模式可以有效節(jié)省人力，大大節(jié)約了成本；光伏板產(chǎn)生的電能不僅能夠供給系統(tǒng)使用，還可并網(wǎng)發(fā)電。整個系統(tǒng)設(shè)計既簡化了魚塘管理模式，又使魚塘效益大幅增加，值得推廣。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）