海洋蟹循环水筐养自投饵系统研究

摘要

循环水单个养殖筐单独饲养模式，是一种全新的海产品工厂化室内养殖技术。在这中养殖模式下要实现机械化自动投饵，投饵系统机械设计以及相应控制系统研发是目前待解决的问题之一；另外投饵的精确性要求也是提高养殖成本和效益的重要影响因素。本文将针对投饵系统设计展开研究。 首先，针对宁波大学智慧水产养殖实验室单筐养殖设计一套投饵机械结构系统。通过Solidworks软件对机械结构进行三维建模，采用振动下料投饵机，设计一套将饵料分装和投饵动作分离，纵横轨道分开的机械结构。纵向为齿轮齿条轨道，实现投饵分装机的运行和饵料分装；横向为传送带轨道，实现分料板的行走和定位，分料板实现投饵功能。分析表明，相对于现有的单筐养殖投饵系统，该机械结构线路布置简单，行走路径单一，机械电力损耗小且投饵效率较高，便于控制。根据机械设计原理，对所设计的机械结构进行强度和刚度校核。 其次，根据所设计的机械系统需要实现的功能：投饵分装机的复位、行走、定位以及投饵分装机的称重下料信号控制；分料板模块的复位、定位以及行走和投饵下料控制，投饵分装机和分料板模块之间的相互配合控制等，基于STM32和系统控制原理，采用Keil uVision5软件编写代码，选用步进电机作为系统动力设计控制系统模型，同时为了提高系统定位准确性，在机械系统特殊的定位点（起点、中点、终点）增加了接近开关装置，进行二次定位。 最后，为解决农业水产养殖中，自动投饵装置在电机振动、系统振动和冲击力等各种噪声因素情况下，实现快速、准确提取重量信号和完成定量下料问题。本文采用希尔伯特黄变换方法通过Matlab软件对动态称重信号进行降噪处理。实现振动、冲击作用下投饵机动态重量信号的降噪和有效提取，并基于试验数据拟合完成了对称重停止信号的提取预判与预测。最终实验误差为3%，达到投饵系统对饵料质量的控制要求。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3现有研究存在的问题

1.3论文主要内容

2单筐养殖自投饵系统结构设计与校核

2.1单框体养殖自投饵需求分析

2.2自投饵系统机械设计与校核准则

2.2.1基本要求

2.2.2机械零件设计准则

2.3自投饵系统结构设计

2.4投饵系统纵向传动设计与校核

2.4.1直齿圆柱齿轮传动强度分析

2.4.2齿根弯曲疲劳强度校核

2.5移动导轨强度和刚度校核

2.5.1强度校核

2.5.2刚度校核

2.5.3步进电机选型计算

2.6本章小节

3基于ARM的自动投饵控制系统设计与开发

3.1控制系统总体方案

3.2基于STM32的电路设计

3.2.1 STM32F103ZET6开发板

3.2.2电路设计图

3.3 通信及控制程序开发

3.3.1系统复位和分料投饵子程序设计

3.3.2步进电机的行走及定位子程序

3.4本章小结

4基于HHT的投饵动态重量信号去噪与预测

4.1饵料称重不准的影响因素分析

4.2动态重量信号的去噪与提取

4.2.1信号采集电路

4.2.2振动信号去噪

4.3动态称重曲线趋势分析与预判

4.3.1饵料称重信号构成分析

4.3.2饵料重量曲线预判方法

4.4仿真与实验

4.4.1振动系统频谱特性

4.4.2动态称重系统Simulink仿真建模

4.4.3饵料重量信号Matlab仿真

4.4.4 称重曲线仿真预测

4.4.5结果分析

4.5本章小节

5总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

附录A 程序

在学研究成果

致谢