本發(fā)明涉及養(yǎng)殖領域，特別是一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備。

背景技術：

我國是一個發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)問題始終是關系到我國經(jīng)濟社會發(fā)展的根本問題。我國已研制成功蔬菜嫁接機器人并成功進行了試驗性嫁接生產(chǎn)。但在精度、效率和穩(wěn)定度方面和國外還有一定的差距。中國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占到了全世界總產(chǎn)量的73%，是名副其實的水產(chǎn)養(yǎng)殖大國。隨著物聯(lián)網(wǎng)養(yǎng)殖技術的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式開始向這一新型養(yǎng)殖模式靠攏。很多科技人員致力于集成智能水質傳感器、無線傳感網(wǎng)、無線通信、智能管理系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等專業(yè)技術，對養(yǎng)殖環(huán)境、水質、魚類生長狀況等進行全方位監(jiān)測管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、增產(chǎn)增收的目標。但智能水產(chǎn)養(yǎng)殖多集中于單個指標控制、無線傳感器網(wǎng)絡信息采集等應用和研究，缺乏系統(tǒng)性和整體性，且監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的精準化和智能化程度較低，缺乏系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)能力，推廣應用性較差，漁業(yè)養(yǎng)殖依然有很大的市場發(fā)展空間。

目前，我國自行開發(fā)的水產(chǎn)養(yǎng)殖測控設備其技術水平和調(diào)控能力與發(fā)達國家還有一定的差距。而我國綜合環(huán)境測控技術的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環(huán)境因子調(diào)控技術的階段，而實際上，養(yǎng)殖場內(nèi)的環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對水產(chǎn)品的生長產(chǎn)生影響的，環(huán)境要素的空間變化、時間變化都很復雜。因此我們應該根據(jù)我國的國情研制出適合我國養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展的自動化設備，并在養(yǎng)殖場中進行推廣。未來水產(chǎn)養(yǎng)殖的智能化，需要物聯(lián)網(wǎng)技術與大數(shù)據(jù)、云計算平臺的應用相結合，研發(fā)更多的創(chuàng)新技術為養(yǎng)殖業(yè)服務，才能進一步發(fā)揮養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)潛力。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明公開了一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備。

為解決以上技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是:

一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其特征在于，包括電源管理模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊、投料模塊、音視頻采集模塊、信號傳遞和執(zhí)行模塊以及云服務與數(shù)據(jù)分析模塊；

所述電源管理模塊包括太陽能電池板、市電充電器、MPPT充電器、第一充電線路、第二充電線路、蓄電池和電源管理器，所述市電充電器與市電相連，并通過第一充電線路與蓄電池相連，所述MPPT充電器與太陽能電池板相連，并通過第二充電線路與蓄電池相連，所述電源管理器與市電充電器、MPPT充電器相連，控制市電充電器、MPPT充電器開閉；

所述環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊包括增氧模塊和環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊，所述增氧模塊自適應各種類型增氧機（移動式/固定式/太陽能），所述環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊包括溶解氧傳感器、渾濁度傳感器和ph值傳感器、溫度傳感器；

所述投料模塊包括投食機，所述投食機包括殼體、儲料罐和拋食器，所述儲料罐位于殼體上端，儲料罐的下端連接有定量控制器，所述定量控制器包括儲料盒、投料罩和輸料管，所述儲料盒呈上開口的中空圓柱形，儲料盒的下端設有呈扇形的投料口，所述投料罩呈圓形，其中部與儲料盒的中部轉動連接，并通過投食電機實現(xiàn)轉動，投料罩的周邊設有多個分料隔板，將儲料盒分為多個等分的出料腔，所述輸料管與投料口聯(lián)通，所述拋食器包括拋盤和拋料口，拋盤設置于殼體內(nèi)，位于定量控制器的下方，拋盤呈扁圓柱形，拋盤所呈的扁圓柱形的底部與拋食電機相連，并通過拋食電機高速轉動，所述拋料口位于殼體一側，并連通殼體內(nèi)部空腔，拋料口橫截面呈扇形，且拋料口的下端面斜向設置，投食機的下端設有旋轉裝置，控制投食機拋食方向；

所述音視頻采集模塊包括攝像頭和麥克風，所述音視頻采集模塊安裝于投料模塊上；

所述信號傳遞和執(zhí)行模塊包括智能網(wǎng)關、路由器和客戶端，所述客戶端包括移動終端和電腦終端，所述云服務與數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)庫和服務器，所述智能網(wǎng)關基于Linux操作系統(tǒng)運行，采用具有WIFI模組的嵌入式模塊，考慮到魚塘的所有角落都覆蓋很好的網(wǎng)絡信號，本系統(tǒng)利用HF-LPB100 Wi-Fi模塊支持AP+STA共存的特性，該方案主要分為STA工作模式和AP工作模式，使得基于HF-LPB100 Wi-Fi模塊的本設備可以不考慮魚塘信號問題就可以進行投料與增氧控制。HF-LPB100 Wi-Fi模塊出廠時，Wi-Fi模塊處于AP工作模式下，移動終端利用客戶端軟件進行一鍵配置，將Wi-Fi模塊切換成STA+AP共存的工作模式，并將連上互聯(lián)網(wǎng)為工作狀態(tài)為STA模式時使用。模塊開啟了AP+STA的功能，模塊的STA接口可以與路由器相連，并通過TCP連接與網(wǎng)絡中的服務器相連，移動終端通過發(fā)送指令給服務器，服務器將命令轉發(fā)給Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊控制增氧機進行增氧，溶解氧傳感器測量水質溶解氧數(shù)據(jù)并通過Wi-Fi模塊發(fā)送給服務器進行保存。移動終端連接到這個AP接口上，可以直接利用手機遙控增氧機進行增氧，增氧的同時將溶解氧傳感器采集的數(shù)據(jù)進行保存，當STA接口連上路由器時，將數(shù)據(jù)通過Wi-Fi模塊上傳服務器（投料機類似）。智能網(wǎng)關通過HF-LPB100 WIFI模組、Wi-Fi模塊的配合實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)的收集，以及對環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊、投料模塊、音視頻采集模塊的執(zhí)行信號的傳遞，客戶端與智能網(wǎng)關交互，并接收環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)和發(fā)送執(zhí)行信號。

所述云服務與數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)庫和服務器，云服務與數(shù)據(jù)分析模塊通過路由設備與Internet相連，并通過Internet與客戶端交互，實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)、增氧次數(shù)與時間、投料次數(shù)與投料量的存儲與分析，實現(xiàn)智能喂食與定時定量喂食。

上述的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其中，所述投食機上設有太陽能板和投食攝像頭，太陽能板可調(diào)節(jié)角度，所述太陽能板與投料模塊內(nèi)部組件電性相連，提供電能，所述投食攝像頭位于拋料口上方。

上述的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其中，所述儲料罐與定量控制器之間設有控制閥，所述控制閥與拋食電機關聯(lián)，拋食電機達到一定轉速，控制閥開啟，否則控制閥處于關閉狀態(tài)。

上述的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其中，所述Wi-Fi模塊為HF-LPB100 Wi-Fi模塊。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，包括電源管理模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊、投料模塊、音視頻采集模塊、信號傳遞和執(zhí)行模塊以及云服務與數(shù)據(jù)分析模塊，電源管理模塊包括太陽能電池板、市電充電器、MPPT充電器、蓄電池和電源管理器，可根據(jù)天氣情況，靈活切換設備供電來源，增氧模塊支持移動式/固定式/太陽能，可靈活變換增氧位置，同時環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊可移動，進行多方位測量，投料模塊采用帶有定量控制器的投食機和采用離心拋食方式運行的拋食器，同時設置音視頻采集模塊，采集音、視頻數(shù)據(jù)，本發(fā)明集水質環(huán)境參數(shù)采集、遠程投料增氧、智能投料增氧（定時定量、專家系統(tǒng)）、安防監(jiān)控、太陽能電源管理等功能于一體，支持STA+AP兩種模式，采用數(shù)據(jù)收集分析、遠程控制的方式，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學養(yǎng)殖與管理，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標，同時支持移動終端、微信端及電腦對嵌入式智能系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)養(yǎng)殖戶多樣化的養(yǎng)殖測控管理，本設備還更加注重系統(tǒng)的安裝便利性，結合WIFI技術，使部署更加方便，減少了布線的麻煩，實現(xiàn)設備信息和用戶請求的無縫傳輸。

附圖說明

圖1本發(fā)明示意圖。

圖2電源管理模塊示意圖。

圖3投料機、環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊邏輯示意圖。

圖4定量控制器示意圖。

圖5投料機整體示意圖。（此為剖面圖，實際攝像機與投料口在正面）

圖6數(shù)據(jù)挖掘與關聯(lián)技術圖解。

附圖標號說明，1：電源管理模塊；2：環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊；3：投料模塊；4：音視頻采集模塊；5：信號傳遞和執(zhí)行模塊；6：云服務與數(shù)據(jù)分析模塊；7：市電充電器；8：MPPT充電器；9：第一充電線路；10：第二充電線路；11：蓄電池；12：增氧模塊；13：環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊； 22：投食機；23：攝像頭；24：麥克風；25：智能網(wǎng)關；26：路由器；28：客戶端；29：移動終端；30：電腦終端；31：數(shù)據(jù)庫；32：服務器；33：路由設備；34：電源管理器；35：太陽能電池板；36：儲料盒；37：投料罩；38：輸料管；39：投料口；40：分料隔板；41：定量控制器；42: 拋食器；43: 儲料罐；44: 拋盤；45: 拋料口；46: 錐形坡面；47: 拋食電機；48、旋轉裝置；49、殼體； 52、太陽能板； 53、投食攝像頭；54、控制閥。

具體實施方式

如圖所示的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其特征在于，包括電源管理模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊、投料模塊、音視頻采集模塊、信號傳遞和執(zhí)行模塊以及云服務與數(shù)據(jù)分析模塊；

所述電源管理模塊包括太陽能電池板、市電充電器、MPPT充電器、第一充電線路、第二充電線路、蓄電池和電源管理器，所述市電充電器與市電相連，并通過第一充電線路與蓄電池相連，所述MPPT充電器與太陽能電池板相連，并通過第二充電線路與蓄電池相連，所述電源管理器與市電充電器、MPPT充電器相連，控制市電充電器、MPPT充電器開閉；

所述環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊包括增氧模塊和環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊，所述增氧模塊自適應各種類型增氧機（移動式/固定式/太陽能）。所述環(huán)境數(shù)據(jù)收集模塊包括溶解氧傳感器、渾濁度傳感器和ph值傳感器、溫度傳感器；

所述投料模塊包括投食機，所述投食機包括殼體、儲料罐和拋食器，所述儲料罐位于殼體上端，儲料罐的下端連接有定量控制器，所述定量控制器包括儲料盒、投料罩和輸料管，所述儲料盒呈上開口的中空圓柱形，儲料盒的下端設有呈扇形的投料口，所述投料罩呈圓形，其中部與儲料盒的中部轉動連接，并通過投食電機實現(xiàn)轉動，投料罩的周邊設有多個分料隔板，將儲料盒分為多個等分的出料腔，所述輸料管與投料口聯(lián)通，所述拋食器包括拋盤和拋料口，拋盤設置于殼體內(nèi)，位于定量控制器的下方，拋盤呈扁圓柱形，拋盤所呈的扁圓柱形的底部與拋食電機相連，并通過拋食電機高速轉動，所述拋料口位于殼體一側，并連通殼體內(nèi)部空腔，拋料口橫截面呈扇形，且拋料口的下端面斜向設置，投食機的下端設有旋轉裝置，控制投食機拋食方向；

所述音視頻采集模塊包括攝像頭和麥克風，所述音視頻采集模塊安裝于投料模塊；

所述信號傳遞和執(zhí)行模塊包括智能網(wǎng)關、路由器和客戶端，所述客戶端包括移動終端和電腦終端，所述云服務與數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)庫和服務器，所述智能網(wǎng)關基于Linux操作系統(tǒng)運行，采用具有WIFI模組的嵌入式模塊，考慮到魚塘的所有角落都覆蓋很好的網(wǎng)絡信號，利用HF-LPB100 Wi-Fi模塊支持AP+STA共存的特性，該方案主要分為STA工作模式和AP工作模式，使得基于HF-LPB100 Wi-Fi模塊的本設備可以不考慮魚塘信號問題就可以進行投料與增氧控制。HF-LPB100 Wi-Fi模塊出廠時，Wi-Fi模塊處于AP工作模式下，移動終端利用客戶端軟件進行一鍵配置，將Wi-Fi模塊切換成STA+AP共存的工作模式，并將連上互聯(lián)網(wǎng)為工作狀態(tài)為STA模式時使用，模塊開啟了AP+STA的功能，模塊的STA接口可以與路由器相連，并通過TCP連接與網(wǎng)絡中的服務器相連，移動終端通過發(fā)送指令給服務器，服務器將命令轉發(fā)給Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊控制增氧機進行增氧，溶解氧傳感器測量水質溶解氧數(shù)據(jù)并通過Wi-Fi模塊發(fā)送給服務器進行保存；移動終端連接到這個AP接口上，可以直接利用手機遙控增氧機進行增氧，增氧的同時將溶解氧傳感器采集的數(shù)據(jù)進行保存，當STA接口連上路由器時，將數(shù)據(jù)通過Wi-Fi模塊上傳服務器（投料機類似）。智能網(wǎng)關通過HF-LPB100 WIFI模組、Wi-Fi模塊的配合實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)的收集，以及對環(huán)境數(shù)據(jù)收集及增氧模塊、投料模塊、音視頻采集模塊的執(zhí)行信號的傳遞，客戶端與智能網(wǎng)關交互，并接收環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)和發(fā)送執(zhí)行信號。

所述云服務與數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)庫和服務器，云服務與數(shù)據(jù)分析模塊通過路由設備與Internet相連，并通過Internet與客戶端交互，實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)、增氧次數(shù)與時間、投料次數(shù)與投料量的存儲與分析。

所述投食機上設有太陽能板和投食攝像頭，太陽能板可調(diào)節(jié)角度，所述太陽能板與投料模塊內(nèi)部組件電性相連，提供電能，所述投食攝像頭位于拋料口上方。

所述儲料罐與定量控制器之間設有控制閥，所述控制閥與拋食電機關聯(lián)，拋食電機達到一定轉速，控制閥開啟，否則控制閥處于關閉狀態(tài)。

如圖6所示，本發(fā)明支持遠程查詢環(huán)境參數(shù)并控制投料量、投料次數(shù)與增氧時間等功能，并支持定時定量投料、增氧與專家智能投料、增氧方式，專家智能智能投料、增氧方式利用數(shù)據(jù)挖掘技術對過往環(huán)境數(shù)據(jù)、投食量與次數(shù)、增氧時間與次數(shù)進行關聯(lián)規(guī)則分析，找出具有現(xiàn)實意義的規(guī)律，在此基礎上建立專家系統(tǒng)，同時結合自適應 Smith 算法克服大滯后、大慣性的系統(tǒng)特性，可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)自適應的完成增氧與投食操作，具有較強的抗內(nèi)、外干擾和對象變化適應能力；也可以在異常情況下實現(xiàn)自動預警。

上述的一種基于實時養(yǎng)殖水質監(jiān)測的智能投食設備，其中，所述Wi-Fi模塊為HF-LPB100Wi-Fi模塊。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。