基于数据通信的定时鱼食喂投机构

摘要

本发明涉及一种基于数据通信的定时鱼食喂投机构，固定在鱼缸上方，所述喂投机构包括饥饿程度检测仪、定时器、出食开关和嵌入式处理器，所述饥饿程度检测仪用于检测鱼缸内的鱼群饥饿程度，所述定时器用于提供距离上次喂食所间距的喂食时间间隔，所述出食开关控制鱼食是否能够投放到所述鱼缸中，所述嵌入式处理器与所述饥饿程度检测仪、所述定时器和所述出食开关分别连接，基于所述饥饿程度检测仪输出的鱼群饥饿程度和所述定时器输出的喂食时间间隔确定是否打开所述出食开关。通过本发明，能够在无人在家的情况下自动定时喂鱼，保证喂养鱼群的健康生长。

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于数据通信的定时鱼食喂投机 构。

背景技术

鱼缸，是一种装活鱼的水缸，缸体透明，多为玻璃质地，也可用来饲 养热带鱼或者金鱼起到观赏的作用。鱼缸不仅是鱼群的家，更是家人共同 的生活享受。无瑕的双层浮法玻璃，既给鱼群营造了一个温馨的家，也保 证了整体居室环境的安全。由于鱼缸养鱼的上述优点，已经有很多家庭开 始着力进行室内养鱼。

然而，家庭养鱼存在一种弊端，由于鱼群的喂食量不能过多和过少， 过多容易导致不少鱼体撑死，过少容易导致鱼体的相互攻击甚至饿死，而 日常的喂食量和喂食时间难以人为把控，同时，在家内养鱼，很容易出现 全家人外出而无法定时定量喂鱼的情况。现有技术中尚未有一种智能化喂 鱼设备，能够替代人工操作，全时段对鱼食喂投进行定量定时监控。

因此，需要一种鱼食喂投机构，能够在家庭养鱼的环境下，替代人工 喂鱼的操作，实时根据鱼群的饥饿状态进行定时定量喂鱼，将家庭成员从 繁琐的喂鱼工作中解脱出来，更关键的是，避免全家人外出导致鱼群无人 喂养的情况发生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于数据通信的定时鱼食喂投 机构，采用电子监控方式进行鱼食投放，首先对鱼群的饥饿状态进行监控， 对喂食间隔时间进行记录，实时根据鱼群的饥饿状态和喂食间隔时间实现 定时定量喂养，而且，在鱼群过于饥饿且喂食时间未到的情况下，还能进 行远程喂鱼操作，提高了家庭养鱼装置的智能化水平。

根据本发明的一方面，提供了一种基于数据通信的定时鱼食喂投机 构，固定在鱼缸上方，所述喂投机构包括饥饿程度检测仪、定时器、出食 开关和嵌入式处理器，所述饥饿程度检测仪用于检测鱼缸内的鱼群饥饿程 度，所述定时器用于提供距离上次喂食所间距的喂食时间间隔，所述出食 开关控制鱼食是否能够投放到所述鱼缸中，所述嵌入式处理器与所述饥饿 程度检测仪、所述定时器和所述出食开关分别连接，基于所述饥饿程度检 测仪输出的鱼群饥饿程度和所述定时器输出的喂食时间间隔确定是否打 开所述出食开关。

更具体地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中，还包括：鱼 食储存设备，包括鱼食储存筒和出食通道，所述鱼食储存筒用于容纳鱼食， 所述出食通道与所述鱼食储存筒连通，便于所述鱼食储存筒内的鱼食向下 流出以投放到所述鱼缸中；投放量检测仪，设置在所述出食通道内，包括 CCD图像传感器和鱼食数量检测器，所述CCD图像传感器用于拍摄经过 所述出食通道的鱼食图像，所述鱼食数量检测器与所述CCD图像传感器 连接，用于识别并输出鱼食图像中的鱼食颗粒数量；用户输入设备，设置 在所述鱼食储存设备上，用于根据用户的操作，接收用户输入的喂食数量 阈值、饥饿持续时间阈值、喂食间隔阈值和饥饿程度阈值，所述饥饿程度 阈值为一百分比值，所述饥饿程度阈值越高，代表鱼群越缺乏喂食；静态 存储设备，与所述用户输入设备连接，用于接收所述喂食数量阈值、所述 饥饿持续时间阈值、所述喂食间隔阈值和所述饥饿程度阈值，所述静态存 储设备预先存储了基准鱼形模板，所述基准鱼形模板为预先对基准鱼体进 行拍摄所获得的基准图像，所述静态存储设备还预先存储了鱼口上限灰度 阈值和鱼口下限灰度阈值，所述鱼口上限灰度阈值和所述鱼口下限灰度阈 值用于将图像中的鱼口与背景分离；无线收发设备，设置在所述鱼食储存 设备上，用于与鱼缸持有者的移动终端建立双向无线通信链路；液晶显示 屏，设置在所述鱼食储存设备上，与所述嵌入式处理器连接，用于实时显 示所述鱼群饥饿程度、所述喂食时间间隔和所述鱼食颗粒数量；所述出食 开关为一卡槽结构，卡在所述鱼食储存筒和所述出食通道之间的连通处； 所述饥饿程度检测仪与所述静态存储设备连接，包括CMOS图像传感器、 鱼体识别器、鱼口识别器、饥饿检测器和微控制器；所述CMOS图像传感 器对鱼缸内的鱼群进行拍摄以获得高清鱼群图像，所述高清鱼群图像的分 辨率为3840×2160；所述鱼体识别器与所述CMOS图像传感器和所述静态 存储设备分别连接，基于所述基准鱼形模板识别出所述高清鱼群图像内的 各个鱼体子图像，每一个鱼体子图像对应一个独立的鱼体；所述鱼口识别 器与所述鱼体识别器和所述静态存储设备分别连接，针对每一个鱼体子图 像，将鱼体子图像中灰度值在所述鱼口上限灰度阈值和所述鱼口下限灰度 阈值之间的所有像素组成鱼口分图案；所述饥饿检测器与鱼口识别器连 接，接收各个鱼口分图案，根据每一个鱼口分图案中的鱼口开合度判定对 应鱼体的饥饿程度；所述微控制器与所述饥饿检测器连接，接收各个鱼口 分图案对应的鱼体饥饿程度，基于各个鱼体饥饿程度确定鱼群饥饿程度； 所述嵌入式处理器与所述投放量检测仪、所述静态存储设备、所述出食开 关、所述饥饿程度检测仪和所述定时器分别连接，当接收到的鱼群饥饿程 度大于等于所述饥饿程度阈值且所述喂食时间间隔大于等于所述喂食间 隔阈值时，打开所述出食开关以将所述鱼食储存筒内的鱼食经过所述出食 通道向下流出以投放到所述鱼缸，并启动所述投放量检测仪；其中，所述 嵌入式处理器在启动所述投放量检测仪后，当接收到的鱼食颗粒数量大于 等于喂食数量阈值时，关闭所述出食开关和所述投放量检测仪，控制所述 定时器重新启动所述喂食时间间隔的计时；所述嵌入式处理器在接收到的 鱼群饥饿程度大于等于所述饥饿程度阈值的持续时间达到所述饥饿持续 时间阈值且所述喂食时间间隔小于所述喂食间隔阈值时，通过所述无线收 发设备向鱼缸持有者的移动终端发送饥饿报警信号；所述无线收发设备还 用于接收鱼缸持有者的移动终端无线发送的远程喂食信号，并转发给所述 嵌入式处理器。

更具体地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中：所述嵌入式 处理器在接收到所述远程喂食信号后，打开所述出食开关以将所述鱼食储 存筒内的鱼食经过所述出食通道向下流出以投放到所述鱼缸，并启动所述 投放量检测仪。

更具体地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中：所述鱼体识 别器、所述鱼口识别器和所述饥饿检测器分别采用不同的FPGA芯片来实 现。

更具体地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中：将所述鱼体 识别器、所述鱼口识别器和所述饥饿检测器集成在一块FPGA芯片中。

更具体地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中：将所述定时 器内置于所述嵌入式处理器中。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的定时鱼食喂投机构 的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的定时鱼食喂投机构 的投放量检测仪的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于数据通信的定时鱼食喂投机构的实 施方案进行详细说明。

鱼缸，不仅仅是家居和工作环境装饰的重要组成部分，而且鱼缸内鱼 群的游动为家庭和工作生活提供了不少生活情趣，更关键的是，通过室内 喂鱼的方式，提高了室内的湿度，改善了室内的空气环境。

根据人们的不同需求，鱼缸也存在多种类型，根据材质划分，可具体 分类如下：

(1)普通玻璃：翠绿色，易碎，透明度不高，雨淋暴晒下易老化变 形，尽量不要用于制作鱼缸上；

(2)浮法玻璃：透明浮法玻璃是玻璃膏经控制闸门进入锡槽，由于 地心引力及本身表面张力作用浮于熔融锡表面上后，再进入徐冷槽，使玻 璃两面平滑均匀，波纹消失而制成。暗绿色，表面平滑无波纹，透视性佳， 具有一定韧性；

(3)钢化玻璃、夹胶玻璃：钢化玻璃是将玻璃加热至软化点，然后 急剧风冷所获得的一种高强度安全玻璃，在相同厚度下，钢化玻璃的抗弯 强度比普通玻璃高4－5倍，抗冲击强度比普通玻璃高5倍，钢化玻璃的 热稳定性级强，能承受剧烈温度变化而不破坏的能力，钢化玻璃最大特点 就是安全性，这种玻璃破碎后成类似蜂窝状颗粒，可避免对人体的危害；

(4)亚克力玻璃：近似于有机玻璃和普通玻璃之间的一种玻璃材质， 原被用于飞机上使用，早期的弯角鱼缸也大多采用压克利玻璃，重量轻， 有很强的韧性，须一体制成，易刮伤(有点像有机玻璃的特性)透明度较 低；

(5)有机玻璃：PMMA，俗称有机玻璃，是一种开发较早的重要热 塑性塑料，具有较好的透明性、化学稳定性，易染色，易加工，但强度较 低，水族使用方面除一些小型工艺缸(盒)外，一般不使用；

(6)陶瓷：陶瓷工艺鱼缸适合家居装饰；

(7)石质：种类很多，常见的有，玉石鱼缸、端砚石鱼缸、青石鱼 缸、汉白玉鱼缸、大理石鱼缸、青石鱼缸、砂岩鱼缸、洞石鱼缸等，可雕 刻不同图案、花纹。

然而，室内鱼缸喂鱼也存在一些弊端，最主要的是，由于不能保证 室内24小时有人，无法做到定时定量投放鱼食，尤其在全家或全公司人 长期外出时，而且，定时定量的人工投放鱼食的方式过于繁琐，为喂鱼人 增添了不少负担。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于数据通信的定时鱼食喂投 机构，以电子喂投方式替代人为喂投方式，极大地解放了喂鱼人，而且引 入了远程喂鱼控制机制，保证了鱼群的健康生长和观赏程度。

图1为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的定时鱼食喂投机构 的结构方框图，所述喂投机构固定在鱼缸上方，包括饥饿程度检测仪1、 定时器2、出食开关3和嵌入式处理器4，所述饥饿程度检测仪1用于检 测鱼缸内的鱼群饥饿程度，所述定时器2用于提供距离上次喂食所间距的 喂食时间间隔，所述出食开关3用于控制鱼食是否能够投放到所述鱼缸中。

其中，所述嵌入式处理器4与所述饥饿程度检测仪1、所述定时器2 和所述出食开关3分别连接，基于所述饥饿程度检测仪1输出的鱼群饥饿 程度和所述定时器2输出的喂食时间间隔确定是否打开所述出食开关3。

接着，继续对本发明的基于数据通信的定时鱼食喂投机构的具体结构 进行进一步的说明。

所述喂投机构还包括：鱼食储存设备，所述鱼食储存设备包括鱼食储 存筒和出食通道，所述鱼食储存筒用于容纳鱼食，所述出食通道与所述鱼 食储存筒连通，便于所述鱼食储存筒内的鱼食向下流出以投放到所述鱼缸 中。

如图2所示，所述喂投机构还包括：投放量检测仪5，设置在所述出 食通道内，包括CCD图像传感器51和鱼食数量检测器52，所述CCD图 像传感器51用于拍摄经过所述出食通道的鱼食图像，所述鱼食数量检测 器52与所述CCD图像传感器51连接，用于识别并输出鱼食图像中的鱼 食颗粒数量。

所述喂投机构还包括：用户输入设备，设置在所述鱼食储存设备上， 用于根据用户的操作，接收用户输入的喂食数量阈值、饥饿持续时间阈值、 喂食间隔阈值和饥饿程度阈值，所述饥饿程度阈值为一百分比值，所述饥 饿程度阈值越高，代表鱼群越缺乏喂食。

所述喂投机构还包括：静态存储设备，与所述用户输入设备连接，用 于接收所述喂食数量阈值、所述饥饿持续时间阈值、所述喂食间隔阈值和 所述饥饿程度阈值，所述静态存储设备预先存储了基准鱼形模板，所述基 准鱼形模板为预先对基准鱼体进行拍摄所获得的基准图像，所述静态存储 设备还预先存储了鱼口上限灰度阈值和鱼口下限灰度阈值，所述鱼口上限 灰度阈值和所述鱼口下限灰度阈值用于将图像中的鱼口与背景分离。

所述喂投机构还包括：无线收发设备，设置在所述鱼食储存设备上， 用于与鱼缸持有者的移动终端建立双向无线通信链路。

所述喂投机构还包括：液晶显示屏，设置在所述鱼食储存设备上，与 所述嵌入式处理器4连接，用于实时显示所述鱼群饥饿程度、所述喂食时 间间隔和所述鱼食颗粒数量。

所述出食开关3为一卡槽结构，卡在所述鱼食储存筒和所述出食通道 之间的连通处。

所述饥饿程度检测仪1与所述静态存储设备连接，包括CMOS图像传 感器、鱼体识别器、鱼口识别器、饥饿检测器和微控制器。

所述CMOS图像传感器对鱼缸内的鱼群进行拍摄以获得高清鱼群图 像，所述高清鱼群图像的分辨率为3840×2160。

所述鱼体识别器与所述CMOS图像传感器和所述静态存储设备分别 连接，基于所述基准鱼形模板识别出所述高清鱼群图像内的各个鱼体子图 像，每一个鱼体子图像对应一个独立的鱼体。

所述鱼口识别器与所述鱼体识别器和所述静态存储设备分别连接，针 对每一个鱼体子图像，将鱼体子图像中灰度值在所述鱼口上限灰度阈值和 所述鱼口下限灰度阈值之间的所有像素组成鱼口分图案。

所述饥饿检测器与鱼口识别器连接，接收各个鱼口分图案，根据每一 个鱼口分图案中的鱼口开合度判定对应鱼体的饥饿程度。

所述微控制器与所述饥饿检测器连接，接收各个鱼口分图案对应的鱼 体饥饿程度，基于各个鱼体饥饿程度确定鱼群饥饿程度。

所述嵌入式处理器4与所述投放量检测仪5、所述静态存储设备、所 述出食开关3、所述饥饿程度检测仪1和所述定时器2分别连接，当接收 到的鱼群饥饿程度大于等于所述饥饿程度阈值且所述喂食时间间隔大于 等于所述喂食间隔阈值时，打开所述出食开关3以将所述鱼食储存筒内的 鱼食经过所述出食通道向下流出以投放到所述鱼缸，并启动所述投放量检 测仪5。

其中，所述嵌入式处理器4在启动所述投放量检测仪5后，当接收到 的鱼食颗粒数量大于等于喂食数量阈值时，关闭所述出食开关3和所述投 放量检测仪5，控制所述定时器2重新启动所述喂食时间间隔的计时；所 述嵌入式处理器4在接收到的鱼群饥饿程度大于等于所述饥饿程度阈值的 持续时间达到所述饥饿持续时间阈值且所述喂食时间间隔小于所述喂食 间隔阈值时，通过所述无线收发设备向鱼缸持有者的移动终端发送饥饿报 警信号；所述无线收发设备还用于接收鱼缸持有者的移动终端无线发送的 远程喂食信号，并转发给所述嵌入式处理器4。

其中，可选地，在所述基于数据通信的定时鱼食喂投机构中：所述嵌 入式处理器4在接收到所述远程喂食信号后，打开所述出食开关3以将所 述鱼食储存筒内的鱼食经过所述出食通道向下流出以投放到所述鱼缸，并 启动所述投放量检测仪5；所述鱼体识别器、所述鱼口识别器和所述饥饿 检测器分别采用不同的FPGA芯片来实现；或者，将所述鱼体识别器、所 述鱼口识别器和所述饥饿检测器集成在一块FPGA芯片中；以及可以将所 述定时器2内置于所述嵌入式处理器4中。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵 列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物， 是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，他解决 了定制电路的不足，也克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA 包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到 几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA 的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结 构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定 的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟 时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单 元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。CPLD和 FPGA另外一个区别是大多数的FPGA含有高层次的内置模块(比如加法 器和乘法器)和内置的记忆体。因此一个有关的重要区别是很多新的FPGA 支持完全的或者部分的系统内重新配置。允许他们的设计随着系统升级或 者动态重新配置而改变。一些FPGA可以让设备的一部分重新编辑而其他 部分继续正常运行。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念， 内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模 块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。

现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵 列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA 利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个 D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成 了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这 些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。

采用本发明的基于数据通信的定时鱼食喂投机构，针对现有技术中缺 乏定时定量的自动鱼缸喂投机制的问题，采用图像识别和定时技术结合的 方式，实现对鱼群的定时定量的电子化喂食，更进一步地，采用无线通信 技术实现了喂养人的远程喂食，在保证鱼群健康喂养的同时，将喂养人从 繁琐的喂食工作中脱离出来。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施 例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离 本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术 方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的 范围内。