| 标题 | 渔光一体传送式喂鱼控制系统设计与实现 |
| 范文 | 江炳蔚 吴帆 摘 要：设计一种渔光一体传送式喂鱼控制系统，实现追光式光伏发电、定时诱鱼、振动感应报警、传送定点投喂鱼食等功能。通过定时芯片开启诱鱼装置，由振动传感器感应鱼群产生的振动并报警提醒，自动开启放置有投饵器的传送带，通过超声波检测投饵器与诱鱼桩的距离，使投饵器停止在固定的投喂点进行集中式喂鱼；系统由架设在鱼塘水面上的自动追光式光伏发电装置供电。通过仿真与调试，喂鱼控制系统能做到定时、定点投喂，节省人工，节能环保。 关键词：喂鱼控制系统；振动传感器；追光式光伏发电 DOI：10.11907/rjdk.172533 中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：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 我国自古以来就是一个渔业大国，千百年来，养鱼投喂方式一直都是人工大面积地向鱼塘中抛洒鱼食，这样可能导致鱼食来不及被取食就已沉入水底。针对这一问题，本文设计了一种渔光一体传送式喂鱼控制系统，既节省人工又避免浪费，符合绿色节能要求[1]。 渔光一体传送式喂鱼控制系统通过定时开启诱鱼装置，集中吸引鱼塘中的鱼苗，聚集鱼群所产生的振动，由振动传感器感应报警提醒，并自动开启投饵器传送带，通过超声波检测投饵器与诱鱼桩的距离，使投饵器停止在固定的投喂点进行集中式投喂。同时，在鱼塘水面上方安装自动追光式光伏发电装置，实时动态监测太阳光入射角度，使光伏板在水平和垂直方向之间双轴自由旋转，提高光伏电池组件发电量，给喂鱼控制系统供电，另外起到遮阳作用，有效控制鱼塘水温。系统通过传感器密切配合，能定时、定点投喂鱼食，节省人工，节能环保。 1 系统架构 1.1 自动追光式光伏发电控制系统 光伏发电系统已在现代农业生产中应用，在鱼塘中设置自动追光式光伏发电如图1所示。自动追光式光伏发电装置能实时动态检测太阳光入射角度，通过控制步进电机在水平和垂直方向上的转动调整光伏板角度，保证光伏板始终与太阳光线垂直，以达到最大光伏发电效率[2]。 1.2 定时诱鱼振动提醒系统 自动定时诱鱼系统以单片机为控制核心，用户通过LCD界面设置投喂时间，设定完成后，可通过按键关闭显示屏以节约电能。当到达设定投喂时间时，振动提醒系统进入工作状态。当鱼群被诱鱼灯成功集中到固定投喂点后，鱼群会引起水面扰动，这时通过振动检测模块检测水面振动强度，如果达到设定的震动强度，说明已经有足够多的鱼群集中到了投喂点，蜂鸣器响起，开启传送带电机开关，为传送投喂工作提供准备。定时诱鱼振动提醒系统如图2所示。 1.3 饲料投喂系统 传送带将投饵器运送到指定投喂点，通过超声波检测投饵器到诱鱼桩的距离，由继电器控制饲料投喂系统的开启与关闭。饲料投喂系统开启后，投饵器开始向周围抛洒饲料。投喂结束后，饲料投喂系统关闭，再由传送带反转传送回岸边。当投饵器中的鱼食见底，将会报警提醒需添加饲料。饲料投喂系统架构如图3所示。 2 光伏系统原理及架构 2.1 工作原理 以单片机作为主控芯片，光伏板装置接收太阳光，检测太阳光垂直角度的变化，并将检测到的光线变化信号转换成电信号传输给单片机，由控制器分析并控制旋转与转向[4]。图4所示为光伏控制系統原理，该系统不仅为鱼塘设备供电，而且还起到遮光控制鱼塘水温的作用。 2.2 系统架构 控制系统由电源模块、单片机系统模块、光照强度采集模块和电机驱动模块组成。光伏组件由光伏板、支架、转动轴和步进电机构成[3]，如图5所示。两个步进电机分别对高度角和方位角两个方向进行控制。自动追踪器的方位轴垂直地平面，控制水平方向；另一根轴与方位轴垂直称为俯仰轴，控制垂直方向。两个步进电机分别与光伏控制系统连接，光伏组件架与光伏板一体安装，支撑杆一端固定于鱼塘底面下的土或水泥中，另一端高于鱼塘水面，与光伏组件架连接。 3 定时诱鱼振动提醒系统 定时诱鱼振动提醒系统由电源模块、控制模块、显示模块、时钟模块、振动传感器、按键操作模块、提醒模块和继电器控制模块组成。图6为定时诱鱼振动提醒系统电路。 3.1 定时诱鱼电路设计 定时诱鱼电路以单片机为核心控制芯片，通过DS1302时钟芯片进行时间控制[5]，使用4个按键作为数据输入方式，驱动1602显示器提示程序运行过程和开启诱鱼灯。当系统启动时，单片机从DS1302时钟芯片获取时间，并通过键盘和1602显示器配合完成系统时间、启动时间和关闭时间的设定[6]。 3.2 振动提醒电路设计 通过诱鱼灯能够将大量鱼群吸引过来，引起木桩振动，通过振动传感器传送给单片机，由单片机发出提醒信号，同时开起传送装置为投饵作准备[7]。 4 饲料投喂系统 投喂传送带由传送带模块、投饵器和超声波检测模块组成，图7为原理图。饲料投喂系统从鱼塘岸边伸向鱼塘诱鱼桩附近，一旦诱鱼桩检测到鱼群振动，系统会立即启动，通过按键或红外遥控方式将固定于传送带上的投饵器传送至诱鱼桩附近。投喂结束后，传送带反转，将投饵器送回岸边。 4.1 传送带模块 由一台步进电机通过皮带，将动力传送给下面的各个轴承，从而带动传送带运行。工作人员接收到诱鱼桩发出的提醒信号后自动开启传送带开关，通过按键或红外遥控方式实现传送带的前进、后退和调速。 4.1.1 红外接收电路 红外遥控接收采用1838T，它是小型一体化接收头，把遥控器发送的数据（已调信号）转换成一定格式的控制指令脉冲（调制信号、基带信号），完成红外线的接收、放大、解調。还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号[8]，输出TTL兼容电平。通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据传输。 4.1.2 步进电机工作原理 步进电机实现传送带正转、反转及调速，步进电机为四相五线，由于单片机输出的脉冲信号较小，不能直接驱动步进电机工作，所以单片机不能与步进电机直接相连，需增加驱动电路，可采用驱动芯片ULN2003增加单片机输出的电流[9]。 4.2 超声波检测模块 超声波在投饵器中主要应用于检测投饵器剩余饲料及检测投饵器与诱鱼桩的距离。 4.2.1 设计说明 （1）超声波安装在投饵器饲料仓的盖子上，并链接到投饵器的中控芯片上。当饲料仓盖子合上时，自动开启检测模式。检测模式下，超声波探测盖子与饲料之间的距离若大于设定值，则代表饲料剩余不多，这时候蜂鸣器响起，提醒工作人员添加饲料。 （2）自动模式下，传送带将投饵器从岸边传送至鱼塘中，此过程中，另一组超声波将检测投饵器两侧有无诱鱼桩。当诱鱼桩在附近时，超声波把信号传送给中控芯片，中控芯片发出信号，打开投饵器的饲料仓，向两侧投喂饲料[10]。 4.2.2 检测工作原理 超声波检测分别由控制芯片、超声波发射器、超声波接收器和报警电路组成。控制单元主要功能是发送40kHz的方波信号，经过发射换能器显示为超声波信号[11]。超声波发射器的核心是多谐振荡器和功率放大器，主要用来发射超声波信号。超声波接收器由回波放大接收电路和比较电路两部分组成。回波放大接收电路放大接收到的超声波，比较电路将放大的信号与先前的信号进行比较分析，得到相关数据[12]。如果检测两者之间距离到达设定范围，报警电路即开始工作。 5 软件设计 5.1 光伏系统软件设计 光伏系统子程序流程如图8所示。 5.2 定时诱鱼振动提醒系统软件设计 振动提醒系统子程序流程如图9所示。 5.3 饲料投喂系统软件设计 饲料投喂系统子程序流程如图10所示。 6 仿真与调试 图11为光伏控制系统仿真，通过调试可实现：①手动模式时，通过按上、下、左、右4个按键，实现水平和垂直步进电机4转动；②自动模式时，通过调节上下左右4个光敏电阻值模拟光线的强弱，实现步进电机的水平和垂直跟转。 图12为饲料投喂系统仿真，通过调试电机，实现电机的正转、反转、调速+、调速-等功能。 7 结语 渔光一体传送式喂鱼系统利用光伏技术和智能控制技术，采用新型诱鱼桩，不仅可有效地集中鱼群，方便投喂，而且能够检测鱼群是否被有效集中，避免了传统投喂方式浪费饲料的弊端，提升了鱼塘的经济效益；运用“传送图12 饲料投喂系统仿真 带+投饵器”模式可以有效节省人力，大大节约了成本；光伏板产生的电能不仅能够供给系统使用，还可并网发电。整个系统设计既简化了鱼塘管理模式，又使鱼塘效益大幅增加，值得推广。 参考文献： [1] 赵轶洁，孟宪学，王聚博.探索“渔光互补”发展光伏农业—以鄂州20MWp农业光伏科技示范园为例[J].安徽农业科学，2015（22）：360-362. 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