一种鱼缸自动投食装置及方法与流程

本发明属于自动控制领域，主要是基于鱼类运动状态的饥饿检测，实现鱼缸自动投食装置及方法。

背景技术：

当今社会，随着人们生活水平与观赏水平的不断提高，养鱼养花逐渐成为一种潮流；观赏性鱼类由于简单易养，正逐渐成为越来越多家庭以及其他各种公共场所的选择。但是，目前观赏鱼的饲养，一方面需要进行人工喂食和换水等操作，十分繁琐；另一方面，由于生活节奏快，工作强度大等原因，许多人经常疏于喂养，影响鱼的健康甚至使鱼死亡。因此需要设计一种能够智能识别鱼类饥饿状态并实现自动投食的鱼缸，将智能化功能集成的设计方案应用于观赏鱼缸上，实现鱼类饥饿状态监测和自动投食，用来满足消费者和商家的需求。

其中，如何判断鱼类饥饿状态并自动投食是本领域需解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种鱼缸自动投食装置及方法，该装置及方法能够检测鱼的运动轨迹并识别出鱼的饥饿状态，进而实现鱼缸内鱼群的自动投食。

本发明所采用的技术方案是：一种鱼缸自动投食装置，其特征在于：包括探鱼声纳、投食装置，所述探鱼声纳分为声纳发射器、声纳接收器和声纳处理器；所述投食装置包括电机、储食槽、投食滚轮和固定装置，储食槽位于投食滚轮上方；所述储食槽上部开有加料口，下部为一漏斗；所述储食槽下方与一横向的空心圆柱体相连，空心圆柱体的底部开有投食口；所述投食滚轮位于空心圆柱体内，其扇叶将空心圆柱体均分且扇叶与空心圆柱体内侧紧密接触；所述声纳发射器浮于鱼缸中，声纳接收器和声纳处理器位于电机的一侧；所述投食滚轮由电机带动，且电机的运转由探鱼声纳控制。

所述固定装置由两块挡板和楼栓组成，其中一块挡板固定，另一块板子依靠楼栓移动，两块挡板将整个装置夹装固定在鱼缸的边沿。

本发明采用上述鱼缸自动投食装置实现自动投食的方法，它包括以下步骤：

（1）漂浮在鱼缸水面的声纳发射器发射超声波探测水中物体，并将探测结果以无线信号的形式发射给声纳接收器和声纳处理器；

（2）声纳处理器将信号转化为鱼的运动轨迹模拟数据，初步判断金鱼所处状态；

（3）再将sliq（supervisedlearninginquest）算法应用于步骤（2）所得的运动轨迹模拟数据，对判断为已以处于饥饿状态的鱼群进行分类统计，并确定处于饥饿状态的鱼的数量；

（4）提取步骤（3）所得数据输入到训练好的svm模型中，通过升维和线性化得到鱼群所需的投食量，并作出投食指令；

（5）投食指令发送至电机，进行鱼缸的自动投食。

步骤（3）的判断标准是：超声波探测出鱼缸的边界，当鱼沿鱼缸壁成群缓慢游动时，此时可初步判断已有鱼处于饥饿状态，当鱼群所处位置距离鱼缸壁10厘米以内时，可初步判断鱼群处于饥饿状态。

所述鱼缸的自动投食是：电机得到投食指令后带动投食滚轮，储食槽中的鱼食经漏斗落入投食滚轮中，当装有鱼食的扇叶转至下方时，鱼食经投食口落入缸中，通过控制电机转动的时间来控制鱼食投放量，投放完相应数量的鱼食后，电动停止工作，自动投食完毕。

本发明通过声纳能够快速得到鱼的运动轨迹图，并能准确判断鱼的所处状态，装置操作简便，实用性高；且使用sliq算法能够处理不同数据类型及格式的信息，数据处理难度也随之降低，svm模型能够提高检测精确度，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是投食装置的结构示意图；

图中：1是声纳发射器，2是投食装置，3是储食槽，4是漏斗，5是投食滚轮，6是转轴，7是扇叶，8是投食口，9是储食盖，10是电机，11是声纳接收器，12是声纳处理器，13是楼栓，14是移动挡板。

具体实施方式

以下结合附图对发明做出进一步的说明，但是本发明不仅仅限于以下具体实施方式。

本发明是一种鱼缸自动投食装置，包括探鱼声纳、投食装置，所述探鱼声纳分为声纳发射器、声纳接收器和声纳处理器；所述投食装置包括电机、储食槽、投食滚轮和固定装置，储食槽位于投食滚轮上方；所述储食槽上部开有加料口，下部为一漏斗；所述储食槽下方与一横向的空心圆柱体相连，空心圆柱体的底部开有投食口；所述投食滚轮位于空心圆柱体内，其扇叶将空心圆柱体均分且扇叶与空心圆柱体内侧紧密接触；所述声纳发射器浮于鱼缸中，声纳接收器和声纳处理器位于电机的一侧；所述投食滚轮由电机带动，且电机的运转由探鱼声纳控制。

所述固定装置由两块挡板和楼栓组成，其中一块挡板固定，另一块板子依靠楼栓移动，两块挡板将整个装置夹装固定在鱼缸的边沿。

本发明的固定装置还可以采用其它固定方式，如在固定装置的一面多点处设有吸盘，通过吸盘吸附鱼缸上。

本发明的声纳处理器可以是计算机、单片机等其它可编程设备，用于接收声呐发送的信息并进行处理，最后发送投食信息。

本发明鱼缸自动投食的方法包括以下步骤：

（1）漂浮在鱼缸水面的声纳发射器发射超声波探测水中物体，并将探测结果以无线信号的形式发射给声纳接收器和声纳处理器；

（2）声纳处理器将信号转化为鱼的运动轨迹模拟数据，初步判断金鱼所处状态；

（3）再将sliq（supervisedlearninginquest）算法应用于步骤（2）所得的运动轨迹模拟数据，对判断为已以处于饥饿状态的鱼群进行分类统计，并确定处于饥饿状态的鱼的数量；

（4）提取步骤（3）所得数据输入到训练好的svm模型中，通过升维和线性化得到鱼群所需的投食量，并作出投食指令；

（5）投食指令发送至电机，进行鱼缸的自动投食。

步骤（3）的判断标准是：超声波探测出鱼缸的边界，当鱼沿鱼缸壁成群缓慢游动时，此时可初步判断已有鱼处于饥饿状态，当鱼群所处位置距离鱼缸壁10厘米以内时，可初步判断鱼群处于饥饿状态。

所述自动投食是：电机得到投食指令后带动投食滚轮，储食槽中的鱼食经漏斗落入投食滚轮中，当装有鱼食的扇叶转至下方时，鱼食经投食口落入缸中，通过控制电机转动的时间来控制鱼食投放量，投放完相应数量的鱼食后，电机停止工作，自动投食完毕。

以金鱼为例，本发明的投食装置通过移动挡板和螺栓组成夹缝，将装置夹装固定在鱼缸玻璃的一侧，声纳发射器漂浮在鱼缸水面。工作过程如下：首先将食物投入到储食槽中储存起来，由漂浮在水面上的声纳发射器发射超声波，超声波在水中接触物体后反馈给声纳接收器和声纳处理器。声纳处理器根据信号得到鱼的运动轨迹模拟图。当小金鱼沿鱼缸壁成群缓慢游动时，此时可判断已有小金鱼处于饥饿状态，因此当小金鱼所处位置距离鱼缸壁10厘米以内时，可初步判断鱼群处于饥饿状态。再将sliq算法应用于小金鱼运动轨迹模拟图，对需要分类判断信息进行统计可进一步确定处于饥饿状态的小金鱼的数量。将上述所得数据输入到训练好的svm模型中，通过升维和线性化得到鱼群所需的投食量并作出投食指令。电机根据投食指令投食滚轮，储食槽中的鱼食经漏斗落入投食滚轮中，当装有鱼食的扇叶转至下方时，鱼食经投食口落入缸中，通过控制电机转动的时间来控制鱼食投放量，投放完相应数量的鱼食后，上电动箱停止工作，自动投食完毕。

如果初步判断没有金鱼处于饥饿状态，30分钟之后再次判断。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。