单片机鱼用投饵机控制系统设计【机械毕业论文+程序+查重】
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单片机鱼用投饵机控制系统设计【机械毕业论文+程序+查重】,原稿,单片机,投饵,控制系统,设计,机械,毕业论文,程序
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目 录摘 要 .2引 言 .4第 1 章 绪论 .51.1 课题背景 .51.1.1 基于单片机的鱼用投饵机介绍 .51.1.2 课题的意义与价值 .61.2 国内外自动投饵机研究情况 .71.2.1 国内研究 .71.2.2 国外研究 .81.2.3 未来展望 .91.3 课题的研究意义与目的 .91.3.1 理论意义 .101.3.2 课题的研究目的 .101.4 研究范围与内容 .111.4.1 研究范围 .111.4.2 研究内容 .111.5 研究视角与方法 .131.5.1 研究视角 .131.5.2 研究方法 .14第 2 章 基于单片机研究的鱼饵投食机的概况 .152.1 鱼饵投食机的总框架图 .152.2 技术指标 .162.3 投食机的参数指标 .17第 3 章 硬件设计 .183.1 80C51 单片机 .183.2 显示部分 .193.3 LCD 部分 .203.4 晶振电路和复位电路 .213.5 DAC 芯片 .21第 4 章 软件设计 .224.1 程序框图 .224.2 程序 .22结 论 .32附 录： .34电路原理图 .34示波器波形图 2 .35参考文献 .36致谢 .37基于单片机的投饵机设计摘 要目前在淡水鱼养殖类产业中，给料机控制系统通常有定时不准、可靠性差、喂饵与间隔时间设定不合理、送料距离无法调整、浪费饵食等问题。想要处理这些问题，本设计决定进行基于单片鱼饲机自动控制系统的研究。系统设置参数有：供饵时间，停饵时间，投饵时间和投饵距离，控制对象为输送减速交流电机和投饵直流电机；同时，从硬件、软件两部分对自动控制系统设计制作进行了详细的介绍，实践结果表明，此装置可以设置投饵机上料时间，做到定时定量投饵。从而提高给鱼喂食的科学性。关键词：水产养殖；投饵机；设计；自动控制；单片机AbstractCurrently in the freshwater fish farming industry, the feeder control system is usually not allowed, the reliability is poor, feeding bait and interval time set unreasonable, feeding distance can not be adjusted, waste food and other issues. To deal with these issues, the design decided to conduct a single-chip fish feeder automatic control system research. The system setup parameters include: bait time, bait time, feeding time and feeding distance, the control object for the transmission of deceleration AC motor and feeding DC motor; the same time, from the hardware, software, two parts of the automatic control system design Detailed introduction, the results show that this device can be set to feed the feeding time, so that regular quantitative feeding. Thereby improving the scientific nature of feeding fish.Key words: aquaculture; feeding machine; design; automatic control;引 言最近这些年，随着老百姓生活水平的提高，对饮食的需求逐渐增多，中国的淡水养鱼行业的发展的非常快和单位面积的鱼产量也逐渐增加，养殖淡水鱼的机械已成为行业内不可缺少的设备。鱼塘养殖时，增大鱼苗的投放量是增加鱼产量的必然方法。但是，不多的天然的饲料往常常无法达到鱼群成长的要求，这时就会要求投入人工饲料。需要鱼用投饵机能够完成长距离、定点机械抛饵，弥补人工的大量劳动力投入、投料不均等劣势，实现机械化的人工喂养。确保机械化投饵过程的合理性、准确性、可靠性。此次设计希望能够研究出鱼用投饵机的准确控制系统，解决投饵机应用中的关键性技术问题，设计出一套能够根据池塘的面积，来调节投饵机强度大小的鱼用投饵机系统。 此次设计将根据目前国内外送料机控制系统的研究，借鉴其成功经验，完成了一套基于单片机的鱼用投饵机控制系统的设计。目前鱼用投饵技术一般分为两种：一种是人工喂养，一种振动投饵。相对来说，人工抛饵的较为费时，振动投饵尽管需要人力投入较少，但因为振动给料机输送距离很短，容易造成饵料的浪费，而且由于投饵相对集中，许多鱼无法吃到饵料，这会导致鱼饿死或者生长得大小不一等现象，基于此，本文将设计一个基于单片机的投饵机控制系统来处理或者优化这些问题。本文的设计的鱼用自动投饵控制系统使用单片机作为主芯片，主要是由于单片机具有体积小，可靠性高，控制能力强，易于扩展，性价比高等优点。此外，还使用了 LM386，DAC0836 等芯片，来提高系统的自动化程度。尽管是以 51 单片机为核心的自动控制系统，而且采用了许多自动化控制芯片，但是并没有实现系统的全自动化控制，如时间如何设定和电机如何操作等一些要素还需要人为设置。第 1 章绪论1.1 课题背景1.1.1 基于单片机的鱼用投饵机介绍随着水产养殖业的迅速发展，基于单片机鱼用自动投饵机开始被广大养殖户接受，投入到水产养殖产业中。这类投饵机的优点是抛洒范围大、均匀性好、利于鱼群摄食、鱼饵利用率高、饵料系数低等等。（一）投饵机分类和构成。根据投饵机应用范围的不同，鱼用投饵机通常分成 3 种类型：网箱专用型、小水体专用型和普通池塘使用型，现在的鱼养殖行业大多使用的也是三种类型。投饵机的组成架构上大同小异，通常有料斗、送料装置、抛撒装置和控制器这 4 个部分。（1）料斗。料斗一般是由白铁皮 或黑铁皮制成 ，白铁皮的制作方法比起黑铁皮要更为容易一些，所以价格通常比黑铁皮低，然而白铁皮比较薄，因此有时白铁皮的强度是达不到合格标准的。黑铁皮质地较厚，加工时需要特殊的切割机和加工设备，还需要折叠、焊接、涂装等多道繁杂的工艺才可以完成，但是黑铁皮制作完成后显示外观漂亮，强度大，所以价格也要比白铁皮的要高得多。（2）送料装置。主要采用的电磁铁下拉式模型。有 3 部分组成：电磁铁、卸料门、进料调节板，电磁铁上电后，拉动料门使饵料下落，断电时使电磁铁失磁，弹簧弹力使料门恢复至原来的位置。这种装置结构操作简单容易上手，实用并且成本低，安装维修都很方便。（3）投掷装置。根据不同的功率可分为以下种类：无动力抛洒装置。当饲料从进料口下来，它将触及到锥形扩散板的底部，在撞击力量下饵料抛洒开来，然而这种通过这种方法抛出的饵料的起始速度不大，所以饵料抛出距离小，无法适用于面积较大的池塘。在管道内利用速度很高的气流传输饵料到饵料点，在管道出口处安装一个固定的物体，一旦饵料与该固体相接处，就从管道内被抛洒出来。此种设计方法相对来讲更适合网箱养殖，它不必担心饵料的被抛出范围而造成饵料浪费。当下应用最广泛的投掷装置品种是利用电机及圆盘，此方法在池塘养殖中很受养殖户欢迎，主要原因是它的速度比较稳定。电机有高转速和低转速两种，分别对应两种不同的抛饵距离。因为高速电机转速很大，当饵料与转盘相接触时，会给转盘很大的撞击力，饵料被投出的距离较大。因此，现在的趋势倾向于以低速电机来控制饵料抛出的初始速度，能够凭借的计算池塘面积的方法配置不同的磁盘半径，所以我们相应的可以使饵料获得相对稳定的初始速度，易于控制。（4）控制器的功能如下。第一，定时：开料机在一定时间投饵之后可以自动关机；第二、双间歇控制功能：在给池塘投饵时，打开饲料开关，在一定的时间内投掷饵料，之后关闭开始，这样循环到设定结束的时才完全关闭。控制器目前普遍来讲有三类：机械定时、电子定时和以单片机为核心的控制器，其中，以单片机为核心的控制器相对更能得到养殖户的青睐。这大多是由于单片机的可编程程度高，并且计时、定时准确、可靠，间隔时间和投饵时间能够任意根据饲养人员的不同时期需要的饲养方式调整，做到人性化的方面还兼顾了智能化。利用单片机来控制系统，我们可以每天设置投饵程序，控制器能够按照工作设置自动管理投饵工作，假使料斗中饵料已经投放完毕，系统能做到自动停止投饵。投饵机的大致选择方法如下： 根据不同的养殖方式选择不同的饲养方式。 根据经济条件选择哪种投饵机，如果条件不差，可以采用基于单片机的功能比较全的投饵机。 根据池池的大小选择喂料机，考虑池塘面积和鱼的种类，必须注意并不是喂料电机转速大，抛饵范围大，投饵面积大就好，这些观念都是片面的。我们应该根据鱼种的不同、鱼塘面积大小、鱼的数量来选择投饵机。 在选择带投饵机的网箱时，应先考虑网箱大小、网箱设置密度、网箱载鱼量等还有其他相关要素。1.1.2 课题的意义与价值目前，渔业市场中销售自动投饵机中、饵料箱、离心抛盘结构通常来讲比较稳定，市面上出售的产品没有太大的不同，厂家为了提高送料机的自动化程度，通常集中在投饵器和自动控制器的开发与研究上，所以可以看到在不同的产品之间，这两部分的结构是大不相同的。根据有关资料和一些厂家说明，投饵器结构通常分为以下几类：一是小电机与偏心轮连接，然后在输料口端上下振动给料，另一种是通过电磁铁振动使饵料传递给饲料盘，使饵料在饲料板上往一个方向缓慢移动形成饲料。其他许多喂料器选择的结构有叶轮式、平板转盘孔式和搅笼式等，目前市面上广泛出售的以前两种为多。以上所介绍的电机与偏心轮连接之后，在输料口端上下振动投饵，或是通过电磁振动产生都可以很容易的饵料箱中的饵料送到离心抛盘然后抛洒出去，但缺点在于不能准确地确定在一个单位时间内投出的饵料，从而大大限制了一次可以设置一日投喂量的可能。在自动控制器中，某些产品选择机械定时和分立元件组成的定时电路组成自动控制器，另外一些产品则是选择的单片机控制。该自动控制器用于控制喂料器的送料、停顿和抛盘的定时抛料，以实现人工模拟饲喂效果。当下在市场上出售的自动投饵机自动控制器的内部结构有很多不同之处，但在基本设置上集几乎都有一个固定的模式，控制部分一般分为投饵定时控制，喂料时间控制，喂料停顿时间控制。投饵定时控制通常可以设置为 0 60min（机械定时器）和10 100min（电子定时器） 。喂料时间控制：大多通常设置为 1 9s（可调） 。喂料暂停时间控制：同样为 1 9s（可调） 。上面介绍的这些系统不能直接喂入量作为一个功能设置，仅通过一组时间间接表达的结果，这样使操作仍然很麻烦，难以确定投饵量，这也是目前自动投饵机市场上依然顽固遗留的问题。1.2 国内外自动投饵机研究情况1.2.1 国内研究近年来，我国许多网箱养殖和池塘养殖在养殖鱼苗时选择采用了自动控制的投饵机，由于其带来的便利，使用自动投饵机的养殖户也在逐年增加，当下鱼塘养殖过程中小型简易的自动投饵机很为普遍，然而在下料机构上这些机器各有不同，主要分为以下几种：1、牵引电磁铁下料机构类型。此种类型的投饵机结构简单，制造维护方便，成本低，在鱼类养殖上应用广泛。2、皮带传送型。这种类型的结构相对简单，但需要低速电机驱动皮带转动，成本高，不足是皮带容易老化，需要不定时人工更换，如果皮带松弛的话，有时也容易造成不下料，造成浪费饵料，且不便于维修。3、螺旋进给型。通常用来进行定量投喂，长距离输送饵料、专用实验室投饵机，工厂化鱼类养殖场等。4、偏心轮振动下料机构类型。用途与牵引电磁铁相同，要求有低速电机驱动偏心轮，成本稍高，维修不便，偏心轮容易磨损，配件比较少。5、管道输送型。管道运输分为两种，一种是上面所提到的螺旋进给型，远距离运输需要配置管道，在管道中安装螺旋弹簧，利用弹簧的螺距在弹簧转动时带动需要抛投的饵料在管道中前进，弹簧旋转一个周期饵料在管道中移动一段长度，从而可以定量地计算出饵料的体积；另一个是利用风立吹动饵料在管道中进行进给运动。此外，“十一五”时期国内提高了对自动投饵控制研究的重视，尤其是对深水网箱养殖的自动投饵机的研究与开发，已经开始有许多家科研机构和相关企业针对不同类型网箱养殖以及此类高密度的养殖行业的自动投饵技术、自动投饵控制装置、自动投饵配套装备的设计与研究。1.2.2 国外研究在使用自动投饵设备的研究和发展方面，国外如：美国、挪威、加拿大、丹麦、日本、爱尔兰、德国、意大利、智利这些国家，网箱养殖一般采用自动投饵系统，从输送、存储、传送到投饵每一步都有精确的数量控制。可以一提的是， 1986 年开始，挪威已经就有了自动投饵系统与音响集鱼系统结合在水产养殖系统的应用，主要用在鳕鱼幼鱼的养殖上。网箱养殖在国外通常把自动投饵系统放置于海上工作平台（亦可装于工作船上，如果网箱是靠近岸边的投饵系统也可以安装在陆地上），然后通过海上平台布局 PVC 管道至各个网箱。只要投饵机在控制器（通常是 PLC）或控制器与计算机相连接设定好进给参数即可自动工作，整个投饵过程自动化程度达到了很高的标准。加拿大 Feeding Systems 公司顺利研究出了可以用在大网箱、陆基水产养殖工厂或者鱼苗孵化场的自动投饵系统，并且对于各种不同的养殖对象（如虾、鳕鱼、左口鱼、虹鳟）研究出了对应的投饵控制软件。采用自动投饵机和专用软件相结合的方式，可靠地提高饵料的使用效率。FEEDMASTER 自动投饵系统是由美国 ETI 公司生产的，如今已经在许多国家被广泛使用。此系统的优点是基本上对饵料颗粒没有机械损伤和热损伤，具有非常高的精确性、可靠性和较大的饵料存储能力。FEEDMASTER 自动投饵系统给料量平均为 100Kg/min，最多能达到 250Kg/min。FEEDMASTER 自动进料系统可以支持 2460 直径约 10cm 的饵料输送管道，也就是说一套自动进料系统能够供应 60 个网箱的饵料，也可以提供 2 个以上饵料运输管道给一个大网箱里。投饵系统的自动控制系统是以 PLC 为基础，在 PLC 的基础上使用了上位机来作为人机通信介质，在上位机上安装投饵软件，可在软件界面上直接设置各种方面的投饵参数，操作简单方便。每个系统都可以配备超过 2 个的储料仓库，这样为不同的养殖对象提供不同份额饵料更为方便。1.2.3 未来展望研究世界各国自动投饵系统的发展，不难看出，养殖设施之一的投饵系统是随着水产池塘养殖或网箱养殖的发展而不断发展起来的，以池塘或网箱为配套形式。比如说，传统自动投饵机适用于池塘、室内养殖池和靠近岸边的网箱养殖。然而根据不同的情况，可以开发一个监测反馈系统，使智能投饵系统投入应用，避免传统方式造成的过度喂养而带来饵料浪费。按照室内培养池塘和网箱养殖的主要特点，研制了自动投饵机器人和集中投饵系统，两个系统均在向高精度、大容量上发展。对于海上大型开放式网箱养殖，相应地开发研制浮于海面的大容量全自动投饵系统。1.3 课题的研究意义与目的1.3.1 理论意义目前市场上有两种投饵方法：一是人工投饵，另一个是投饵机投饵；第一中人工投饵是效率很低，劳动量大，并且饵料抛洒的密度与距离都是是不均匀的，这会严重影响饵料的利用率，会造成严重的饵食浪费并且会导致生产成本的增加。用市场普遍使用的投饵机投饵，虽然可以节省时间和材料，做到定时定量，但抛饵范围无法调整，这将导致饵料抛洒得相对集中，从而使饵食囤积在底部的池塘，在池塘底部造成了严重的污染，可能导致大量鱼苗面临死亡问题；对于这些问题，我们将会开发了一种基于单片机系统的投饵机，可以很好地解决了上述问题，不但能够定时定量，并能够决定饵料投放面积，它可以在大面积大范围内抛饵，使鱼群能够充分享用饵料，不造成浪费。在当今社会中鱼类养殖业越来越发达，各个国家的水产养殖业对投饵机功能要求也是更多、更高，想要适应相异的成长期的鱼对饵料的数量和大小的相异的需求，在喂养时，必须使用粒径和营养成分配比不同的饵料来投喂给不同的鱼群，从而达到科学养鱼，做到既不浪费食物又可以让鱼群吃饱，要让价格昂贵的饵料尽可能大程度的利用，投饵机种类的不同也会有不同的效果，对渔民来说收益也是大不相同的。基于单片机的全自动投饵机在国外的池塘养殖、网箱养殖中都得到了广泛的采用，因为虽然它早期可能会有较大的投入但对未来的生产和发展带来了巨大的经济效益。我国现阶段一些网箱和鱼塘在养殖鱼群时，装配了单片机投饵机，并且数量上在逐年地增大。由于基于单芯片的投饵机的投入使用可以做到在合理的范围内定时定量地投饵，所以这种单片机具有节约劳动力、降低劳动强度、合理节约渔民的饵料、降低生产成本提高效益等等优势，因此使用基于单片机的投饵机投饵是水产养殖业的发展趋势。1.3.2 课题的研究目的本课题主要研究的基于单片机的全自动投饵机，是为了让渔民、养殖户摆脱以往人工投饵养殖过程中的种种弊端，基于单片机的全自动鱼用投饵机功能满足如下多方面优点：（1）人力资源得到解放，劳动强度得到降低，对鱼苗养殖户来说，使用基于单片机控制的投饵机系统与一般的投饵机相比，可以提高超过三倍喂饵的效率。（2）节省饵料，避免人工投饵浪费饵料的劣势，提高饵料的利用率高达15%以上。（3）由于能够节省饵料，减少了剩余的饵料在池塘底部造成的沉积，能长期保持水质干净无污染，减少鱼群因为水质污染造成的死亡，提高鱼苗的成活率，提高鱼的产量；（4）基于单片机的全自动投饵机可以进行远距离抛饵，投饵距离变大可以避免鱼鱼争食，鱼体涨势一致，不用担心饵料分配不均造成的鱼大小不一的问题，总体收益得到提高，平均亩产鱼可以超过 15%以上，可以在以后的阶段可以不断地提高收入，因此，基于单片机的投饵机不仅大大降低了工人的劳动，并且很大程度上提高了劳动的收入。1.4 研究范围与内容1.4.1 研究范围我通过两个多月的时间对目前市场上自动投饵机进行了研究和分析，尝试研制一种可以设置鱼群每日所需的饵料进行投饵的全自动鱼用投饵机，采用单片机控制的叶轮式投饵器。这将是鱼类养殖业专用投饵机的一个巨大的进步。这种投饵机的特点是打破了目前国内自动送料机只能依靠时间设置而不能根据喂饵量设置的模式，可直接按要求每日喂饵量进行设置，自动定时定量投饵。所谓定时自动定量投饵，是在自动送料机设定时间内自动开机和投饵，投入原本设定好的投饵量，投饵完毕后送料机自动停止工作关机。在投饵机的控制器有一个 18 个级别的日投饲量，从 15200kg，可满足 133310000m2 不同面积不同条件的鱼塘日常饲养量的选择。自动控制器将带给我们最初设定的每日平均饵量分为上午和下午两部分投饵量，根据养殖人员设置好的时间在上午自动开机进行投喂，投喂过程完成后自动关机，等待下午需要投饵时重新自动启动、投饵、关机。如果在一段时间内不需要改变喂食和喂食时间，只需要定时补充投饵机内的饵料即可，就不需要再去设置投饵机。1.4.2 研究内容喂料器的设计是投饵机研究中的关键部分，我们用的喂料器采用的是叶轮式喂料器，由 6 枚叶片组成，饵料从喂料器的进料口慢慢落入叶轮的叶片中间的扇形区域，通过叶片的旋转将饵料转到喂料器出口，最后落入离心抛盘利用撞击力抛洒出去，决定采用此种传动式喂料方式是由于叶轮叶片的扇区之间的容量是相对固定的，喂料器的 6 个扇形区域的容积大致相等，分饵量准确，这样易于控制，可以方便地计算出单位时间内投入池塘的饵料量，并且，此种喂料器可以使饵料能均匀地落入到料离心抛盘中。此外，当机器关机时，喂料器的 6 个叶轮叶片分隔开，喂料器内的饵料将会被隔住，而不会继续掉落到离心抛盘上。上述的叶轮式给料机的这些功能和特点，是非常适合那些需要设置投料量的控制装置，喂料器除了完成投饵功能之外，也可以使变成有时间控制运行的装置变成由输入输出量控制运行的装置。但有时问题也不那么简单，因为鱼的饵料是小的圆柱形颗粒，当饵料颗粒从进料箱落入到喂料器时，很容易夹在进料口机壳的挡板与叶轮叶片之间，这样会使投饵机不能正常工作。但是如果我们只是为了避免颗粒卡住，并在设计的挡板叶片和喂料器机壳之间的间距增加，那么将饵料很容易通过这些差距直接进入喂料器的离心抛盘，那么叶轮式喂料器独有的可以限制饵料量的功能就不复存在了，喂料器也形同虚设，变得毫无意义。反复试验之后，我想出的解决办法是可以讲叶轮式喂料器的叶片边缘与喂料器机壳的挡板开口处做成锯齿状，让两者相互交错，并且隔板有一定的间隙，这样当饵料颗粒再次被卡在叶轮叶片和喂料器机壳的挡板之间时，可以被叶片边缘的锯齿切断，或者从锯齿缝隙中漏出而不会再卡住叶片，使投饵机可以正常运行，虽然改进看起来非常简单，但是是我们的产品的结构和功能的一个关键性的突破，最终使我们的投饵机能够实现自动定时定量投饵成为现实。在设计自动控制器的硬件方面时，我采用了自动控制系统中广泛采用的MCS -51 系列中的 89C51 单片机作为主机的控制系统，采用 DS12887 时钟控制芯片，该芯片具有内置电池和寄存器，设备和运行操作指令和时钟不受停电、断电或者关机等因素的影响，保证系统的稳定性和实时控制的连续性。在软件设计方面，我们着重考虑了一方面需要提高自动化程度，另一方面，尽量使设备操作方便，使用方便。例如，在投资的进给量的设备控制的设计，我们使用固定的 18 级 15 200kg 每日喂饵量，根据养殖户们的养殖技术和经验在设备上按照每日的喂饵量设置抛洒 停顿的时间，设计好之后在投饵机中设置相应的参数，通过按键选择、确定，这样就使整个投饵的操作过程简单化了。我们在设计时不选择设置一个 09 的键盘，然后允许用户自己设定每日的喂食时间、投掷时间、暂停时间等。0 9 键盘允许用户自己设置的，虽然它给用户空间的一个很好的选择，但在实际设备的运行将更加复杂，这是养殖不懂技术，把复杂的问题交给用户的非常不负责任的做法，这样做不仅增加作业量也大大降低了自动化程度。启动机定期设备日常所需的时间是由用户决定的，因为我们都已经建立了程序和相应的运行时间，日投喂量的日投喂量，所以在该设备后，投饵过程都会自动关闭，用户不再需要出发时间。这是提高自动化程度的关键点。1.5 研究视角与方法1.5.1 研究视角对于这个主题，我们采取以下观点：（1）调查视角，研究的前期，我走访了许多养鱼用户，了解一些养鱼行业的如今的情况，现在大多数中国水产养殖使用的是自动投饵机自动化养殖，我们做了很多的调查，我们发现大多数农民使用的投饵机是振动动喂料机。该给料机可起到自动饲喂的作用，但饲养范围小，容易造成鱼饵料的积累和饵料污染的池塘，小范围会导致一些鱼无法吃到食物，阻碍鱼类生长。（2）基于单片机的投饵机的使用可以水产养殖经济效益，使用基于单片机的投饵机不仅可以大大减轻劳动力，而且还节省了大量的饵料，所以我们虽然在初期得投资可能会增加，但从长远来看我们将收获巨大的经济效益，基于单片机的投饵机因为其带来的巨大发展前景现在逐渐被广大渔民所接受，并越来越受欢迎。（3）在基于单片机的鱼用投饵机的运行基础上，由于我们使用单片机作为系统的核心硬件，所以喂鱼机的大部分操作都是独立的基于单片机的操作系统，不用依靠人工力量天天盯着，大大解放了我们的双手。（4）基于单片机的投饵机和普通投饵机的区别，一个是投食距离，普通的送料机只能小范围喂饵，而新型的投饵机可以根据饲养池塘的大小调整不同的距离来投喂，另一个就是新型的基于单片机的鱼用投饵机可以做到自动定时、定量。1.5.2 研究方法撰写论文时，我采用了以下几种研究方法：（1）调查法。这种方法是最常见的，也是最普遍的。早期，我们采取问卷调查方式对一些渔民进行了访问，为他们现在使用鱼机或一些优势和劣势等不同方面做出了相应的记录。（2）实验法。该方法是本系统的主要研究方法，人为的改变了在实验中的现有模式、变化过程，使之服从于科学认识的需要。我们科学实验的目的是根据研究的需要，减少或消除可能影响结果的各种因素的干扰，从而来确保实验结果的权威性。（3）文献研究法。文献研究为我们提供了一定的理论依据，我们通过互联网或图书馆的一些信息的查询可以让我们少走很多弯路，我们将在研究过程中遇到的问题，那么我们可以通过这个方法解决的困难，我们也还可以通过查阅文献，了解历史和现状的问题，找到解决困难的方法。（4）实证研究法。再完美的理论数据不能成为实际数据，当我们做研究时，我们必须通过实践来证明我们的研究是正确的，不断地通过实证研究来提高我们的理论和实验数据的契合度，只有这样才能使我们的研究更接近实际，应用于实际生产，而不是空谈。第 2 章基于单片机研究的鱼饵投食机的概况2.1 鱼饵投食机的总框架图在单片机系统设计的基础上，此鱼用投饵机主要由输送系统和进给系统两部分组成。在该系统中，输送系统由减速电机驱动旋转给料机来进行输送的，通过输送搅龙的牵引，饵料从料斗落向高速旋转叶轮盘。输送电机转速恒定，运行时间长短决定了饵料供给的数量。本系统的送料系统为离心抛饵装置，使电机带动叶轮盘为饵料提供初速度。投饵电机的转速可以用来决定投饵距离的远近。鱼用投饵机的结构图如图 2-1 所示：图 2-1：鱼用投饵机的结构图投饵机的各项参数及相应档位如表 2-1：表 2-1 投饵机各项参数2.2 技术指标主要技术指标如下表： 电 源 220V定时设定载由电子时钟控制两组定时开机，为上、下午开机设定功 率主电机 70W副电机 18W 投饵面积半径为 12m，弧度为 110 的扇形面积范围 外形尺寸 450650980mm 日投喂量 手动调节整机重量 40kg 时钟显示 24h 时钟显示料 量 100kg 时钟校正 可以对电子时钟按标准时间校正在当前渔业产业对鱼类优良品种的开发、引进和培养技术已达到很高的水平，除了在饵料加工、技术、设备等方面有了很大的提高，相对而言，在水产养殖过程中提高生产效率、提高饵料利用率等方面却有些不能跟上时代的步伐。目前有许多养鱼场、户还在使用人工投喂饵料，在浪费大量劳动力同时也增加了非常大的资金投入，另一方面，人工饲养这项工作是一个非常简单的和重复的事情，在人工饲养的长时间单调工作的工人，很容易受到外界各种因素的影响，使得饵料拜拜浪费，饵料利用率不能得到保证，可以毫不犹豫地说，与人工投饵相比，喂养在同一类鱼种，使用相同的饵料，在相同的鱼塘，使用基于单片机自动控制的自动投饵机可显著提高鱼群的存活率，和养殖人员的收益。基于单片机自动控制设计的叶轮式喂料器具有定时、定量、定位、抛撒面积大、投料均匀等特点。这些优点使饵料均匀洒落在鱼塘，鱼群摄食均匀，从而避免一些鱼吃得太多，有一些鱼吃不到饵料这一现象，可以减少饵料的浪费，饵料在鱼腹中的时间延长有助于鱼的消化和吸收，鱼可以得到更多的营养，可有效提高饵料的利用率，并在这一过程中运行的一切都是由投饵机独立完成的，这样我们就可以完全摆脱人工投饵地束缚，解放劳动力。此外，我们还可以通过自己人工调整来满足不同食性鱼类养殖品种和不同生长期、不同季节鱼的需求，所以我们不需要担心由于操作不当导致鱼死亡，从而提高饵料的利用率和鱼的成活率，促进鱼的增长，这在不同时期的鱼能长按照同样的速度，从而有效提高饵料效率，减少人力资源的浪费。基于单片机控制的采用叶轮式喂料器的自动投饵机的投入使用将会对其经济效益产生十分显著的提高，它是从提高饵料利用率和降低人工成本两方面增加了鱼的收入。2.3 投食机的参数指标（1）投料机的装饵容积，目前中国的鱼类网箱养殖中鱼的中等产量大概在8 万斤/亩，折合为 3000 斤/箱，自行测定了投饵量，最高的投饵料量是鱼体重量的 4 倍，这样算下来的食物量 0.1 米/ 盆最为合适。否则，体积太小会增加人工饵料的数量，这样就会造成劳动力的浪费，体积太大的话会增加网箱负载，这样将对自动投饵机的形状产生一定的负荷，严重的话可能会损坏投饵机的结构，目前国内普遍采用的长方体。如果我们统一做成圆柱体，就可以做到材料节约、强度高、稳定强，并且可以在未来更换或者维护更做到更统一，另外，在恶劣的环境中比如大风大浪时，圆柱体自动投饵机对于浮力却有限的网箱中无疑有一个更明显的优势。（2）动力投饵机对于大多数用在工业水库的网箱养鱼行业，并且大多数单位对于在水上架设动力电线路感到为难，同时在水上架设动力线路对环境的要求也十分严格。因此，设备中可以采用小功率直流或蓄电池作为电源，对于一些大型企业来说是非常必要的，因为安全性高且相对稳定。现在国内现有的大部分投饵机都采用的是半自动控制系统，人为地关闭和打开，就会形成大量不必要使用的人力资源。我们一般可采用全自动控制，用光电管作为主开关启动、脉冲、时钟控制等延时控制，这样既可以节省人力资源，又能独立控制进料时间、投饵时间和间隔时间。（3）喂饵量、养殖方式、鱼塘大小和鱼类品种的不同，确定不同日粮的用量。在直流电机调速反馈系统中，我们可以根据自己的需要来决定饵料的多少，基于单片机的投饵机已广泛应用于鱼类用户。（4）投饵面积撒布的范围即为池塘内所有鱼群聚集起来索饵的面积，投饵面积对于每尾鱼是否能够同步生长具有十分重要的影响，如果饲养面积小，个体小的鱼不及时吃鱼饵料，和个体强壮的鱼吃得太多，同一时期捕鱼时，就会发生鱼体大小相差悬殊的情况。为了解决这个问题，我们必须使投饵面积增加。我们采用几种投饵机中，离心环式喷洒面积的投饵机比单项侧吹式投饵机大 15倍，比自然垂直膨胀下降 1 倍以上。从功率消耗的角度来看，离心环式比单向侧吹式在同一区域喷涂的条件下能耗更高 1/10。因此，在设计单片机的基础上，在投饵机上采用离心环式投饵方式，这样既可以解决投饵面积的问题，又可以降低功耗。（5）经济效益方面，根据一家水产养殖业 1986 年 8 月至 9 月的在线评估，他们在两个 1 亩试验田现场测试了机械投饵和人工饵料的对比实验。结果表明，机械投饵系数和肥育率的技术指标，比人工饲养具有一定的优势。（1）是为了节省食物，控制池（人工投饵）的饵料系数高于实验池（投饵机饲喂）1.05。（2）机械投饵节省人工试验所需人力资源，只需人工饵 16。（3）为了增加产量，试验机械投饵比人工投饵的总产量提高了 60%。第 3 章硬件设计3.1 80C51 单片机单片机（Microcontrollers）是一款集成电路芯片，是利用超大规模集成电路技术具有数据处理能力的中央处理器 CPU，随机存取存储器 RAM，只读存储器 ROM，各种 I / O 端口和中断系统，定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路，脉宽调制电路，模拟多路复用器，A / D 转换器等电路）集成到硅芯片中，形成一个小而完整的微计算机系统，控制领域广泛应用。单片机如图3.1图 3.1 单片机3.2 显示部分部分显示我使用 LCD 液晶显示，在 CLD STOP RUN SET 三种状态下，当系统处于停止状态时显示 STOP，系统正在运行时显示 RUN，当显示 SET 时我们可以调整系统时间。该系统的操作如图 3.3 所示系统的设置如图 3.4图 3.2 停止图 3.3 运行图 3.4 设置3.3 LCD 部分这部分主要用于 LCD 初始化，读，写功能控制。单片机对于 LCD 的控制如图 3.5 图 3.5LCD3.4 晶振电路和复位电路 简单来说，晶振电路是提供系统时钟信号，复位电路是使微控制器计数清零。当 LCD 显示数为 0 时，系统复位。晶振电路和复位电路如图3.6图 3.6 晶振和复位电路3.5 DAC 芯片DAC0832 是 8 位 D / A 转换芯片的采样频率，集成电路有两个输入寄存器，DAC0832 芯片具有双缓冲，单缓冲和直通三输入方式，我们采用直接连接的方式设计。DAC 芯片的引脚链接如图 3.7图 3.7DAC 芯片此外，在这个系统中，我们使用 DAC 放大器来放大和输出的电压信号。对于 DAC 信号的放大电路如图 3.8图 3.8 放大电路第 4 章软件设计4.1 程序框图4.2 程序#include #include #include / _nop_()#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DAC0832 XBYTE0xfffe#define Data P1 sbit RS = P30;sbit RW = P31;sbit EN = P32;sbit LED = P33;sbit Key0 = P20; sbit Key1 = P21;sbit Key2 = P22;sbit Key3 = P23; sbit Key4 = P24; uchar code sin_tab = 0x80,0x83,0x86,0x89,0x8D,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9C,0x9F,0xA2,0xA5,0xA8,0xAB,0xAE,0xB1,0xB4,0xB7,0xBA,0xBC,0xBF,0xC2,0xC5,0xC7,0xCA,0xCC,0xCF,0xD1,0xD4,0xD6,0xD8,0xDA,0xDD,0xDF,0xE1,0xE
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