网箱养殖投饵机及其控制研究

摘要

随着海洋养殖业的不断发展，网箱养殖凭借其不可替代的优势迅速发展起来。由于网箱稳定性好，适用于大部分养殖环境，网箱养殖及投喂设备研究受到国内外广大学者和工程技术人员青睐。目前国内网箱养殖中使用的投饵机结构简单，大多数只能实现定时投饵，而且故障率较高，已不满足网箱养殖需求；从国外引进的大型投饵设备，虽然能满足复杂的养殖环境，但成本过高，而且与我国养殖环境不符。随着养殖技术的发展，特别是大水面网箱养殖技术的推广应用，要求投饵机能够根据国内养殖环境及养殖对象的特性投饵。鱼群不同生长阶段及不同的养殖环境所需的投饵量不同，应该根据具体情况实时调整。
　　鱼群摄食过程具有一定的规律，可以通过判别鱼群摄食状态并根据判别结果控制投饵，因此在投饵机设计前对鱼群摄食规律的研究具有重要意义，可为后续投饵机结构设计及控制系统设计提供基础。运用机器视觉技术构建了图像采集和处理系统，利用图像处理技术通过大量实验研究提取了鱼的形状特征及摄食过程中鱼群面积特征值以得到鱼群的摄食规律。通过形状特征可判别当前网箱养殖中鱼的大小，由此确定每次投喂过程中所需的饵料总量；图像中鱼群面积变化规律用于研究投喂过程中饵料投放规律。
　　根据图像处理得到的鱼群摄食规律及确定的投饵方案，重新设计投饵机各结构使其能够严格按照投饵方案进行投喂。首先根据摄食需求设计了饵料箱的大小与形状，然后通过分析现有投饵机执行机构优缺点重新设计了下料机构和抛料机构，并建立了投饵机下料机构和抛料机构等执行机构的运动学和动力学模型，使得投饵机下料量、下料速度、投饵距离可精确控制，然后根据独特的网箱养殖环境设计了投饵机整体结构。
　　根据图像处理得到的鱼群摄食规律和投饵机执行机构的模型设计了智能投饵控制系统，首先进行了温度、pH值、溶氧量、光照强度等测量模块的设计，通过模糊控制使投饵机能够针对环境因素做出投喂调节；然后分析了各控制系统的优势最终选用单片机控制系统，针对系统需求设计各外围模块，包括设置模块、显示模块、饵料剩余量等检测模块。由于网箱养殖环境的制约，给现场操作带来极大的不便，针对此设计了远程投喂系统，上位机采用无线方式控制投饵机投喂，同时投饵机控制系统将各传感器测得的环境因素值传输给上位机供上位机做出投喂决策。
　　最后对投饵机投饵效果进行了实验验证，实验结果表明，所开发的基于网箱养殖投饵机能根据网箱养殖环境条件和鱼群生长需求进行投饵。按照控制系统设定的方法投饵可以提高饵料的利用率，降低残余饵料对水体造成的污染，进一步能够节约养殖成本，提高养殖水平，增加收益，提升鱼类品质。

目录

声明

1绪论

1.1选题目的及意义

1.2国内外网箱养殖投饵机研究现状

1.3机器视觉与图像处理研究现状

1.4本文主要研究工作

2总体方案研究

2.1需求分析

2.2总体方案研究

2.3相关硬件选择

2.4系统开发软件选择

2.5本章小结

3基于机器视觉的投饵模型构建

3.1图像采集

3.2图像处理

3.3鱼群摄食图像分割

3.4特征提取

3.5本章小结

4投饵机结构设计

4.1饵料箱设计

4.2精准下料机构设计

4.3抛料机构设计

4.4投饵机整体设计

4.5本章小结

5控制系统设计与实验研究

5.1控制系统设计

5.2远程自动投饵系统设计

5.3投饵模型构建

5.4实验验证

5.5本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

在学研究成果

致谢