池塘养殖全自动精准投饲系统设计与应用

目前池塘养殖过程中需要人工搬运饲料,劳动强度大、人工成本高.现有投饲设备缺少称量和自动控制功能,存在投饲量控制不精准、自动化程度低、难以集成管控等问题.为此,该研究设计了一种全自动精准投饲系统,主要由机械设备、自动控制系统、信息管理系统等组成.基于控制在本地、管理在云端原则确定了系统结构.采用大料仓投饲机和散装饲料...     

鱼类养殖智能投喂方法研究进展

在鱼类养殖过程中,饲料成本是主要养殖成本,如何做到合理投喂是减少养殖成本、提高养殖效益的关键。智能投喂是基于各类传感器获取环境和鱼群的各类信息,结合相关算法模型进行决策的投喂方式,是提高鱼类养殖投喂效率的重要手段。目前,鱼类的智能投喂已经取得了一些成果,但由于复杂多变的养殖环境和鱼类行为的不确定性,实现鱼类智能投喂仍面临挑战。该研究综述了鱼类养殖智能投喂的应用与进展,包括基于计算机视觉技术的鱼类摄食行为分析与饲料检测,声学技术、其他传感器技术和生物模型在智能投喂中的应用与发展。此外,分析了投饵机和投喂系统的研究现状,并总结了目前研究存在的问题。今后,要进一步加强水产、工学、信息等多学科的交叉融合,对鱼类图像、声音、生长规律与生物特征等多种信息进行综合分析应用,以提高投喂系统对多场景和多种养殖方式的适应性。     

室内工厂化水产养殖自动投饲系统设计与试验

为了提高室内工厂化水产养殖自动投饲系统定时、定量精度,并减少养殖过程中的饲料浪费,降低劳动强度,运用轨道传动、滑轨供电、超声波定位、无线通讯和计算机软件等技术开发了新型轨道式自动投饲系统。计算分析得,当选用HW100×100型钢制作轨道,以直径为0.06m的T型锻钢轨道轮、减速比为20:1的2级传动齿轮组和24V直流电机驱动系统行走时,电机功率需0.2kW以上,转速为2000r/min,输出扭矩要求0.58N.m以上。应用Solidworks软件设计了轨道式自动投饲系统样机,并进行了投饲量精度和定位误差性能测试试验,结果表明:该系统可以顺利完成自动启停与运行控制,其行走速度达到19m/min,定位误差在58～118mm范围内,料仓储料量20kg,投饲能力3kg/min,投饲量误差在0.5%～2.2%范围内。研究结果可为轨道式自动投饲系统设计与后续研究提供参考。     

分隔式循环水池塘养殖系统设计与试验

为了解决池塘养殖设施化程度低、净化能力不足和排污效果差等问题,设计了分隔式循环水池塘养殖系统。该系统由20%水面的吃食性鱼类养殖区和80%水面的滤杂食性鱼类养殖区构成,配置过水堰、螺旋桨式和水车式推流装置、集污和吸污装置等养殖系统设施和装备。性能测试结果表明:螺旋桨式推流装置提水动力效率为340 m~3/(k W·h),流量为204 m~3/h,空载噪音为60 d B;水车式推流装置提水动力效率为360 m~3/(k W·h),流量为180 m~3/h,空载噪音为67 d B;过水堰过水的总流量约为331 m~3/h,利用水循环装备实现水体流动可实现水体日交换量7 900 m~3,达到养殖池塘水体的50%左右。利用推流装置搅动水体,可实现水体大范围的对流,交替暴晒水体,增加水体中的溶解氧,试验池塘中下层溶解氧水平比对照塘高出59.5%,试验池塘叶绿素a浓度比对照塘低,说明一定程度上限制了浮游植物过渡繁殖。该养殖系统可为池塘健康养殖系统模式构建提供参考。     

河蟹养殖全覆盖自动均匀投饲的轨迹规划与试验

河蟹养殖投饵喂料需要全塘均匀覆盖,目前主要靠人工驾驶或遥控船载投饲机在池塘中进行投喂,准确度和效率较低,难以保证投饲效果。针对以上情况,基于GPS（global positioning system）船载移动式自动投饲系统,研究了一种全覆盖轨迹规划方法,满足河蟹养殖池塘自动均匀投饲要求。该文利用轨迹规划系统建立池塘区域平面坐标系;以实际饵料累积密度与期望分布密度间的均方差最小作为衡量投饲均匀度的目标函数,求解出系统最优运行参数,生成往复遍历式自动投饲轨迹。仿真结果表明,在面积为2298.08 m2的不规则四边形池塘区域中,取饵料分布密度期望值为9 g/m2时,最优计算投饲系统运行参数对应的轨迹规划效果要优于传统经验估算参数。试验结果表明,当分别用两组参数进行自动投饲作业时,投饲船的实际航行轨迹与理论投饲轨迹都只有很小的偏移,与仿真结果具有一致性;同时,最优计算运行参数对应实际路径总长度、投饲路径长度、作业总时间、投饲时长、饵料分布密度均值、覆盖率等各项指标与仿真结果相比,相对误差分别为6.85%、2.71%、10.07%、10.41%、3.06%和1.87%,验证了全覆盖轨迹规划方法的可行性。该文可为河蟹养殖自动均匀投饲和其他水产养殖中需要沿池或全池自动均匀投饲轨迹规划研究提供重要参考。     

基于低功耗广域网的海岛水产养殖环境监测系统研制

针对海岛环境中水产养殖区域分散、工作环境恶劣、人工巡检不便等问题,设计了基于低功耗广域物联网的海岛养殖环境监测系统。系统包括集成Arduino和传感器的终端采集节点,通过LoRa技术实现数据汇总和远距离传输的汇聚网关,利用Python与PostgreSQL开发用于数据接收、存储、处理、访问和控制的后台监测系统。通过对网络拓扑复杂度、能耗等方面的评估,表明在海岛环境下部署水产养殖环境监测系统,相比传统Zigbee多跳无线传感网,采用LoRaWAN,其单跳节点覆盖范围更大,而网络复杂度、能耗等更优。测试表明该系统能以较低功耗实现整片区域内远距离数据采集,有效传输养殖区水体环境数据。网络生存期与传输可靠性测试表明,当传感器节点采用3.7 V/4 200 mAh锂电池,上传周期为30 min时,监测网络的有效生存期理论上可达2.4 a;在800 m通信范围内,发射功率为20 mW时,节点丢包率小于3.6%,具有较高的通信可靠性。该研究可为水产养殖生产和物联网应用研究提供有效参考。     

基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统

为了便于对规模化水产养殖池塘溶解氧的监控,该文研制了一种基于无线传感网的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统,实现对池塘溶解氧的分布测量、智能控制和集中管理。针对常规模糊PID控制器自适应能力低,提出了一种可变论域模糊PID控制器,根据溶解氧误差和误差变化的大小动态调整模糊控制单元的输入输出变量论域,能较好地解决了模糊控制规则数量与溶解氧控制精度之间的矛盾,实现了PID控制器参数的自整定。根据池塘溶解氧变化的非线性、大时滞和大惯性等特点,设计基于变论域模糊PID控制器与增氧机转速PID调节器构成的池塘溶解氧串级控制系统,溶解氧控制器的输出为增氧机转速调节器的输入,增氧机转速调节器输出改变增氧机转速使溶解氧浓度快速跟踪目标值。根据溶解氧测量数值序列的变化趋势,基于灰色理论和权重构建组合灰色溶解氧预测模型,以预测值作为变论域模糊PID控制器的反馈值,实现对溶解氧的预测控制,起到超前调节的目的。在试验池塘和对照池塘分别采用变论域模糊PID控制器和模糊PID控制器对池塘溶解氧进行调控,对照池塘溶解氧的响应时间比试验池塘延长15 min左右,超调量扩大2.96倍,对照池塘溶解氧的标准差、均方差、最大误差和最小误差指标比试验池塘扩大3~4倍。试验结果表明可变论域模糊PID控制器能够改善池塘溶解氧控制系统的动态性能,提高控制系统的稳态精度,有效地抑制影响池塘溶解氧稳定的诸多不确定因素的干扰,满足水产养殖对池塘溶解氧的要求,为解决非线性和大时滞复杂对象的控制问题提供一个新的控制思路。     

基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统开发与试验

为解决目前水产养殖水质自动监测系统存在布线困难、灵活性差和成本高等问题,该文构建了基于无线传感器网络的水产养殖水质监测系统。该系统的传感器节点负责水质数据采集功能,并通过无线传感器网络将数据发送给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传送给监测中心。传感器节点的处理器模块采用MSP430F149单片机,无线通信模块由nRF905射频芯片及其外围电路组成,传感器模块以PHG-96FS型pH复合电极和DOG-96DS型溶解氧电极为感知元件,电源模块以LT1129-3.3、LT1129-5和Max660组成的电路提供3.3和±5V。设计了传感器输出信号的调理电路,将测量电极输出的微弱信号放大,满足A/D转换的要求。节点软件以IAR Embedded Workbench为开发环境,采用单片机C语言开发,实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。监测中心软件采用VB6.0开发,为用户提供形象直观的实时数据监测平台。对系统的性能进行了测试,网络平均丢包率为0.77%,pH值、温度和溶解氧的平均相对误差分别为1.40%、0.27%和1.69%,满足水产养殖水质监测的应用要求,并可对大范围水域实现水质环境参数的实时监测。     

池塘移动式太阳能水质调控机研制与试验

为调控池塘养殖水质,设计了一种由太阳能动力、絮状污泥吸收释放、水面行走和运行控制等装置组成的池塘移动式太阳能养殖水质调控机。性能测试表明,池塘移动式太阳能水质调控机的光照启动强度为13 000 lx,空载运行噪音68 dB,在水面平稳运行的移动速度在0.02~0.03 m/s之间。在光照度13 000~52 500 lx情况下,絮状污泥吸收释放装置的运行速度和提水量随光照度变化而变化,运行速度在0.13~0.35 m/s之间,提水量为110~208 m3/h。絮状污泥吸收释放装置设计为可旋转折叠式,通过调节折叠角度,可在水深0.5~2.0 m的池塘中作业,其对絮状污泥的吸收量与吸泥口的距底距离有关,距底距离越小,吸收量越大,在养殖池塘中的适宜距底距离为10~15 cm。池塘移动式太阳能水质调控机的作业范围与连接杆长度和牵引绳固定方式有关,通过调节连接杆长度和牵引绳方向,其运行轨迹可覆盖池塘80%以上水面。在养殖池塘中使用移动式太阳能水质调控机,可显著降低池塘养殖水体中的NH3+-N、NO2--N浓度,提高水体中的总磷浓度,降低池塘底泥沉积物厚度和沉积物中的总氮和活性磷含量。同时还可以分别提高养殖池塘中吃食性和滤食性鱼类产量30%和25%以上,降低养殖饲料系数24%以上。池塘移动式太阳能养殖水质调控机有较高的经济性,每台设备每年可节约电能2 400 kW以上。综合试验结果表明,池塘移动式太阳能水质调控机符合中国池塘养殖特点,各项性能指标达到设计要求,具有运行稳定、移动作业面大,水质调控效果好、增产效果显著和节能效果高等特点,可以用于池塘养殖水质调控。     

斑节对虾循环水养殖系统构建与运行试验

为探索斑节对虾循环水养殖可行性及应用发展价值,该研究自主设计蛋白分离组合装置、内循环流化床等关键工艺环节水净化装备,构建了技术先进、结构紧凑的斑节对虾循环水养殖系统.针对其不同阶段生长特性及水环境需求,提出一种水质调控方法,科学投喂.运行试验120 d,溶解氧浓度5.30～7.14 mg/L,pH值7.23～8.44,...     

基于全混合日粮饲喂技术的精饲料精确饲喂模式

为了提高奶牛产量、降低生产成本,奶牛精细饲喂是重要的实现途径,该文对奶牛精饲料精确饲喂与配套饲喂模式进行了研究。该文以个体奶牛为饲养管理单位对200头和500头牛群进行了"TMR（total mixed ration,全混合日粮）+精饲料精确饲喂"饲喂模式的牛舍内和奶厅外饲喂研究,试验结果表明：牛舍内饲喂采用牛颈枷间距1.2 m,装备行进速度0.45 m/s时,识别系统对奶牛的识别率100%,识别准确率不小于96%,抢食率不大于4%,系统响应时间不大于2 s,每百头奶牛饲喂时间不大于0.4 h;奶厅外饲喂采用牛颈枷间距1.4 m,装备行进速度0.7 m/s时,识别系统对奶牛的识别率100%,识别准确率不小于99%,抢食率为0,系统响应时间不大于2 s,每百头奶牛饲喂时间不大于0.35 h;同时试验期间比2011年同期传统"TMR+人工补饲精饲料"饲喂模式平均单产提高0.8 kg/d,并减轻了劳动强度。研究结果可为奶牛饲喂与养殖模式相关研究、牛场建设与改造等提供参考。     

集约化猪场液体饲料自动饲喂系统研究

集约化猪场微生物发酵液体饲料具有猪胃的pH值，抑制猪肠胃有害菌群的繁衍，激活内外源酶的作用，促进猪对饲料的消化和营养吸收能力。液体饲料自动饲喂系统在双MCS-80C31的控制下，根据饲料原料的各种营养成分和猪生长对其需要量，自动计算、采集饲料原料将其送入计量混合罐内，并在其中完成可控的精量均匀混合、发酵过程，MCS-80C31根据不同猪群组的饲喂曲线，自动计算、投喂育肥猪需要饲喂的液体饲料重量。试验表明：液体饲料饲喂育肥猪能使育肥猪群的平均饲料转化率比干配合饲料饲喂改善6.77%，育肥猪群的平均日增重提高9.33%，效果显著。     

集约化猪场液体饲料自动饲喂系统研究

集约化猪场微生物发酵液体饲料具有猪胃的pH值,抑制猪肠胃有害菌群的繁衍,激活内外源酶的作用,促进猪对饲料的消化和营养吸收能力。液体饲料自动饲喂系统在双MCS-80C31的控制下,根据饲料原料的各种营养成分和猪生长对其需要量,自动计算、采集饲料原料将其送人计量混合罐内,并在其中完成可控的精量均匀混合、发酵过程,MCS- 80C31根据不同猪群组的饲喂曲线,自动计算、投喂育肥猪需要饲喂的液体饲料重量。试验表明:液体饲料饲喂育肥猪能使育肥猪群的平均饲料转化率比干配合饲料饲喂改善6．77％,育肥猪群的平均日增重提高9．33％,效果显著。     

肉鸽规模养殖自动化饲喂装置设计

肉鸽规模化养殖是一种具有较高经济效益的新兴养殖产业,人工饲喂工作量大、饲喂精细化水平低、饲料浪费率高。为解决肉鸽工厂化规模养殖的自动饲喂难题,设计了一种肉鸽自动饲喂装置。该装置主要由饲喂食槽、控制箱、行程开关、三相异步电机、行走轮、动力传动系统及机架等组成;控制系统使用变频器控制2台三相异步电机的转速,以行程开关为位置检测元件,用循环时间继电器设定饲喂过程中的行走、停留时间,实现自动饲喂装置工作过程中的行走、停留、反向等行程控制,以保证饲喂的精细程度。试验结果表明,该装置行程精度控制在98%以上,饲料浪费率控制在1%以下,具有良好的稳定性,适合于肉鸽工厂化规模养殖。肉鸽自动饲喂装置适用于肉鸽大规模、工厂化养殖。     

小麦双线精播智能控制系统的设计

为避免地轮打滑对播种均匀性产生的不利影响,保证较好的播种质量,该研究设计了一种播种机的自动控制系统,利用步进电机驱动排种器。系统以AT89C55单片机为控制核心,采用旋转编码器实时采集播种机作业时前进速度信息,微处理器（CPU）进行速度判断,并结合对种子粒距（或播量）的设置,实时调节步进电机的转速,以带动排种器按需播种。另外,该系统还能实现液晶显示、声光报警等辅助功能。试验结果表明,系统工作性能稳定可靠,能够满足播种时设定的要求。     

哺乳母猪精准饲喂下料控制系统的设计与试验

为满足哺乳母猪获得最大采食量并达到精准饲喂控制等需求,以哺乳母猪为试验对象,设计了一种新型哺乳母猪精准下料控制系统。研究通过控制电动杆的推杆速率、输入电压及电源功率的协同工作,以获得稳定的下料量;采用预设的个性化的采食量模型与变容积的精确控制技术,实现对预设饲喂量的准确投喂。系统设计了下料控制系统,主要由定量仓体、电动推杆、堵料上球及堵料下球等部件及嵌入式控制系统组成。试验结果表明,1)当电源功率为150 W时,推杆启动时电压变化略小,对单机下料的精准性影响较小,且当电动推杆速率为60 mm/s,输入电压为11.5 V,下料效果最好(P0.001),变异系数(CV=3.526%)最小;2)预设的采食量曲线接近哺乳母猪的采食规律,且采食量曲线收敛于对数曲线;3)智能饲喂系统采用4次/d的饲喂频率及与采食曲线的协同工作,与人工饲喂对比,能进一步促进采食量,且采用变化的饲喂时间间隔(06:00,10:00,15:00及22:00),并在不同时间点的饲喂采食量比例分别为30%、20%、20%、30%时,总的采食量最大。综上,该文设计低成本的哺乳母猪精准下料控制系统,采用基于电动推杆的控制机构与嵌入式系统的协同工作,设备控制简单,下料稳定,计量准确,与进口设备及以螺旋输送原理为基础的过往系统比较,成本具有明显优势,适合在中国大、中、小型的种猪场的哺乳车间推广应用。     

稻田开放式自动化养鸭设备的研制及试验

为了解决鸭稻共作过程中依靠人工饲养鸭子费时费力的问题,加速推广具有良好经济效益和社会效益的水稻生态农业模式,该文设计了一种以单片机为控制核心,在无人值守情况下在稻田中自动化养鸭设备。该设备放置在稻田的输水渠上不占农田,由太阳能电池板产生的能量驱动,能够按照昼夜变化规律运行,早晨05:30后自动开门,傍晚18:00奏音乐唤鸭回笼并能自动补料、给水和关门。由于料斗放置在田间,饲料容易受潮而结拱影响补料量控制的精准度,设计了振动式料斗破拱装置,试验确定了破拱装置的振动偏心距为30 mm、转速为1 200 r/min。田间试验结果表明,在自动门延迟关门1 min和声音响度100 d B时,鸭群回笼率达到97.5%以上;自动化养鸭设备饲养鸭群体质量增长与人工喂养无显著性差异(P0.05)。该研究成果对鸭稻共作技术的推广应用具有重要意义。     

奶牛饲喂自动机电控制系统的设计与试验

为开展奶牛精准饲喂及采食行为学研究,设计了一种集自动识别、饲喂、数据自动采集、数据分析与处理于一体的奶牛饲喂自动机电控制系统。该系统包括机械装置、电子识别系统、料槽称质量系统、中央控制系统、现场数据存贮及远程数据提取与分析系统等几部分。其中,机械装置包括料斗、支撑座、栏杆和阻挡单元等;电子识别系统包括阅读天线及料门启闭的气动装置;料槽称质量系统除支撑座外,还有嵌入的质量传感器及线路;中央控制系统包括微处理器、看门狗复位电路、读卡器电路、称质量数据采集电路、数据通信电路、数据收发器电路及外围驱动与稳压电路等。现场数据存贮电路接受来自各个饲喂系统的中央控制系统发送的采食行为数据,其主板结构与中央控制系统基本一致,预设可存贮记录数为14 000条,且采用堆栈数据存贮模式。远程PC端数据提取与分析系统实时管理采食行为数据,并提供多功能的数据挖掘分析。系统测试结果表明,对牛只低频RFID(134 kHz)电子耳标的识读率为100%,料及槽的计量范围为0.01~200 kg,最低称量精度10 g,实际称量相对误差≤0.15%,同时满足奶牛对最大采食量及精准饲喂对计量的需求。系统的采食行为试验表明,奶牛的日均采食次数、采食时间及采食量等采食行为均差异显著(P0.05),符合奶牛的采食行为特点。具体地,奶牛日均采食次数10~13次,日均采食时间5.38 h,而奶牛个体实际采食量与NRC(National Research Council)模型预测的采食量有-4.76%~7.83%的偏差,可能是由各种内外部因素及NRC模型的普适度造成的,有待进一步研究。总之,该系统能较好地实现奶牛个体的精细化饲喂,为研究奶牛的采食行为特点提供了在线、智能化的自动数据采集与分析平台。