一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法，属于声学技术领域，所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。所述装置根据养殖水产动物进食时的发声状况，判断水产动物的进食情况，进而控制饵料的投放量和投放速度，实现对水产动物按需、精细化投喂，轻松实现“少食多餐”，有效的降低了饵料沉底的污染，提高经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法
本专利技术属于声学
，具体地涉及一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法。
技术介绍
传统池塘水产养殖多采用经验方法进行投料，由于无法实时掌握水生生物的进食状态，多依据经验方法进行投喂，该类方法存在以下缺点：1.养殖者无法精确掌握不同养殖生物、不同生长期、不同环境条件下进食状态，会造成投料过多或过少的问题2.投料过多造成多余饵料沉入塘底，进而发生机质腐烂变质，超过了池塘本身的净化能力，造成有害细菌生长和有毒气体的富集，影像水生动物的健康；过量投饵也提升了养殖成本3.投料不足，造成水生动物无法充分进食，影像水生动物生长，造成减产，影像养殖者经济效益4.无法根据水生动物连续的进食状态判断其生长健康状态，增加池塘养殖风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种用于水产养殖的智能化按需投料装置及运行方法，所述装置根据养殖水产动物进食时的发声状况，判断水产动物的进食情况，进而控制饵料的投放量和投放速度，实现对水产动物按需、精细化投喂，轻松实现“少食多餐”，有效的降低了饵料沉底的污染，提高经济效益。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种用于水产养殖的智能化按需投料装置，所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。进一步，所述的智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出投料的控制信号，控制型号分为N个等级，控制信号在自动化投料机转换成投料信号，同时投料信号也分为N个等级，不同等级代表投料量不同。进一步，自动化投料机包括箱体、料仓、下料控制器、抛料盘、抛料盘电机及抛料电机控制器；下料控制器控制下料速度，抛料电机控制器控制抛料盘电机的运转速度，抛料盘电机带动抛料盘旋转。本专利技术还提供所述装置的运行方法如下：1)水听器采集养殖水体中的音频数据，并将音频数据传送给智能投料系统控制器实时分析处理；2)智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料的控制信号，控制信号分为0、1、2、……N,不同等级；智能投料系统控制器根据运算得出投料的控制信号，遵循“下料多抛料快，下料少抛料慢”的原则进行控制；3)自动化投料机运行方法(1)投料机实时接收智能投料系统控制器输出的控制信号，传输至下料控制器和抛料电机控制器转换为投料信号，控制下料速度和抛料速度，也即投料信号为下料速度信号和抛料速度信号；(2)下料控制器根据接收到的下料速度信号等级，驱动下料口圆盘旋转至对应角度，不同下料速度信号等级对应圆盘0°到90°旋转角度，0°圆盘处于水平位置，停止下料，90°圆盘处于垂直位置，为最大下料速度；(3)抛料电机控制器根据接收到的控制信号等级，驱动抛料盘电机旋转以带动抛料盘，不同抛料速度信号等级代表抛料盘电机运转速度不同，0表示电机停止运转，最高等级的抛料速度信号代表抛料盘电机100％转速。进一步，所述步骤2)中智能投料系统控制器根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料控制信号的方法如下：1)背景噪声和进食特征信号的阈值检测水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：(1)计算背景噪声的声压级将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：设ti时刻接收器收到的海洋环境噪声信号pn(ti)，对pn(ti)做傅里叶变换：Pn(fi)＝FFT(pn(ti))，其中fi＝ifs/N,i＝1,2,...,N；fs为采样频率，N为FFT的点数；以f0(f0＜fs/2)为中心频率，在一定带宽范围内Δf＝fb-fa(fa≤f0≤fb)进行求和平均，获得背景噪声的强度：其中ia＝Nfa/fs,ib＝Nfb/fs；对一定时间内的噪声强度进行平均，背景噪声的声压级Lpf＝10log10(I/I0)，I0为参考声强；遵循ANSI标准的S1.6-1984中通讯频率三分之一倍频程的划分标准，选取合适的fa和fb，分析背景噪声声压级；将计算得到的背景噪声声压级存储进存储模块；(2)设置背景噪声的阈值在水生动物进食欲望强烈时，对应背景噪声的声压级较高；背景噪声的声压级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，背景噪声的声压级回复到正常状态；根据存储模块中的背景噪声的声压级，每半小时进行平均，获得平均背景噪声的声压级A；实时获取存储的背景噪声的声压级的最大值B,阈值选取为T＝A+1/3*(B-A)；(3)对背景噪声进行阈值检测在背景噪声的实时声压级Lpf低于阈值T时，flag_n设为0；当背景噪声高于阈值时，flag_n设为1，富余量N＝Lpf-T；所述进食特征信号的阈值检测方法：在水生动物进食欲望强烈时，进食特征信号声压谱级也较高；进食特征信号声压谱级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，进食特征信号声压谱级回复到正常状态；(1)计算进食特征信号的声压谱级进食特征信号有特定的频段，计算该频带内的进食特征信号的声压谱级，获得进食特征信号的声压谱级,具体步骤如下：按照公式(1)计算以f1为中心频率，其中f<1f<s2，在一定带宽范围内Δf′＝f′b-f′a(f′a≤f1≤f′b)的信号强度I′n，对一定时间内的信号强度进行平均，进食特征信号的声压谱级Lps＝10log10(I′/I0)-10log10(Δf′)，I0为参考声强；选取合适的f′a和f′b，分析进食特征信号的声压谱级；将计算得到的进食特征信号声压谱级存储进存储模块；(2)设置进食特征信号声压谱级的阈值根据存储模块中的进食特征信号的声压谱级，每半小时进行平均，获得平均进食特征信号的声压谱级As；实时获取存储的进食特征信号的声压谱级的最大值Bs；阈值选取为Ts＝As+3；(3)对进食特征信号进行阈值检测a、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps<Ts时，flag_s设为0；b、当瞬时进食特征信号声压谱级Lps>Ts时，flag_s设为1，富余量Ns＝Lps本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水产养殖的智能化按需投料装置，其特征在于所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；/n水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于水产养殖的智能化按需投料装置，其特征在于所述装置包括水听器、自动化投料机和智能投料系统控制器；水听器布置在养殖水体中，自动化投料机和智能投料系统控制器设置在陆上；三者之间有数据线连接；
水听器采集的信号传递给智能投料系统控制器，智能投料系统控制器能够对自动化投料机发出指令，控制饵料的投放。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出投料的控制信号，控制型号分为N个等级，控制信号在自动化投料机转换成投料信号，同时投料信号也分为N个等级，不同等级代表投料量不同。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于自动化投料机包括箱体、料仓、下料控制器、抛料盘、抛料盘电机及抛料电机控制器；下料控制器控制下料速度，抛料电机控制器控制抛料盘电机的运转速度，抛料盘电机带动抛料盘旋转。


4.权利要求1-3任何一项所述装置的运行方法，其特征在于所述方法如下：
1)水听器采集养殖水体中的音频数据，并将音频数据传送给智能投料系统控制器实时分析处理；
2)智能投料系统控制器实时采集水听器的音频数据，根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料的控制信号，控制信号分为0、1、2、……N,不同等级；
智能投料系统控制器根据运算得出投料的控制信号，遵循“下料多抛料快，下料少抛料慢”的原则进行控制；
3)自动化投料机运行方法
(1)投料机实时接收智能投料系统控制器输出的控制信号，传输至下料控制器和抛料电机控制器转换为投料信号，控制下料速度和抛料速度，也即投料信号为下料速度信号和抛料速度信号；
(2)下料控制器根据接收到的下料速度信号等级，驱动下料口圆盘旋转至对应角度，不同下料速度信号等级对应圆盘0°到90°旋转角度，0°圆盘处于水平位置，停止下料，90°圆盘处于垂直位置，为最大下料速度；
(3)抛料电机控制器根据接收到的控制信号等级，驱动抛料盘电机旋转以带动抛料盘，不同抛料速度信号等级代表抛料盘电机运转速度不同，0表示电机停止运转，最高等级的抛料速度信号代表抛料盘电机100％转速。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤2)中智能投料系统控制器根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出饲料控制信号的方法如下：
1)背景噪声和进食特征信号的阈值检测
水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；
所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：
(1)计算背景噪声的声压级
将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：
设ti时刻接收器收到的海洋环境噪声信号pn(ti)，对pn(ti)做傅里叶变换：
Pn(fi)＝FFT(pn(ti))，其中fi＝ifs/N,i＝1,2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏涛，姜莹，吕连港，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37