魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)智能化監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，本實(shí)用新型中的容器為圓柱形結(jié)構(gòu)，可以直接浸入到飲用水源中，分上、中、下三個(gè)艙體，中部魚類活動(dòng)艙開有小孔，艙內(nèi)水體與外部相通，上部電路工作艙放置LED電路，用來(lái)發(fā)射特定頻率的可見光，包括16只發(fā)光二極管，下部電路工作艙中放置對(duì)應(yīng)的接收電路、邏輯處理電路、單片機(jī)控制電路，包括16只接收二極管和單片機(jī)PIC16F685，中部魚類活動(dòng)艙頂面和底面增加兩片遮光篩板，提高光束的方向性，本實(shí)用新型采用可見光方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，LED方向性好，屬于冷光源，對(duì)魚類影響小，因此監(jiān)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。另外，LED發(fā)光管和接收管較為便宜，所以成本較低，適合中小型魚類養(yǎng)殖場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，通過(guò)本實(shí)用新型對(duì)魚類的活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，適用于魚類養(yǎng)殖場(chǎng)所，屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)智能化監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有許多方法用來(lái)監(jiān)測(cè)魚類行為，在魚類養(yǎng)殖過(guò)程中，一旦出現(xiàn)異常，如水體污染、盜竊等情況，將造成無(wú)法估量的人員及生態(tài)損失。經(jīng)檢索，目前魚類行為監(jiān)測(cè)方法主要有以下三種:1)最早采用的是光學(xué)方法。光柵欄法和計(jì)算機(jī)圖像處理法都比較成熟，德國(guó)BBE公司和日本正興公司的產(chǎn)品具有代表性。BBE公司的Toxprotect64屬于光柵欄法，F(xiàn)ish toximter屬于計(jì)算機(jī)圖像處理法，日本正興公司的產(chǎn)品屬于計(jì)算機(jī)圖像處理法但是價(jià)格都較為昂貴，在數(shù)十萬(wàn)至百萬(wàn)元左右，中小型魚類養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)力承受；2)采用電磁學(xué)方法。主動(dòng)電極法比較成熟，但對(duì)魚有干擾；被動(dòng)電極法比較先進(jìn)，但不成熟。德國(guó)Limco公司的MFB屬于主動(dòng)電極法，在一對(duì)電極中加高頻電場(chǎng)，魚類游泳會(huì)引起水體阻抗變化，另一對(duì)電極將感應(yīng)到變化。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境水質(zhì)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)Limco公司的方法作了改進(jìn)，也采用主動(dòng)電極法，但仍然存在價(jià)格昂貴，在十萬(wàn)元左右。美國(guó)陸軍環(huán)境衛(wèi)生研究中心開發(fā)了一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究人員讓每條魚在裝有兩個(gè)電極的塑料箱內(nèi)游動(dòng)兩周，電極可傳感魚肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的電信號(hào)。一旦水中出現(xiàn)異常，魚的生存指標(biāo)就會(huì)發(fā)生變化，偏離正常值，這種方法屬于被動(dòng)電極法:3)揚(yáng)州大學(xué)最初采用矢量水聽器對(duì)魚游泳、呼吸和心跳進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)魚本身無(wú)干擾，但外界對(duì)傳感器干擾影響很大。
[0003]目前已有許多理化方法用來(lái)監(jiān)測(cè)魚類行為，但是普通的理化監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)沒法滿足需要，而目前市場(chǎng)上采用光學(xué)、磁學(xué)等方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)的設(shè)備普遍價(jià)格較為昂貴，部分設(shè)備在監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)魚類有影響，會(huì)給監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來(lái)誤差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，解決上述目前魚類行為監(jiān)測(cè)的三種方法及相應(yīng)的設(shè)備存在的價(jià)格較為昂貴，部分設(shè)備在監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)魚類有影響，會(huì)給監(jiān)測(cè)結(jié)果帶來(lái)誤差的不足，通過(guò)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)對(duì)魚類影響小、監(jiān)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確、成本較低，適合中小型魚類養(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)用。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述裝置包括依次相互隔離固定的上部電路工作艙、中部魚類活動(dòng)艙和下部電路工作艙的容器；中部魚類活動(dòng)艙的側(cè)壁上具有若干通孔；上部電路工作艙中放置若干單元的LED可見光發(fā)射電路；下部電路工作艙中具有對(duì)應(yīng)上部電路工作艙中若干單元的LED可見光接收電路、邏輯處理電路、單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路和為各電路提供電源的開關(guān)電源電路；可見光接收電路的輸出接邏輯處理電路的或門，邏輯處理電路輸出的信號(hào)接單片機(jī)控制電路的外部中斷RA2腳。
[0006]所述容器各艙經(jīng)蓋板隔離，中部魚類活動(dòng)艙的上下兩端分別設(shè)置遮光篩板。[0007]所述中部魚類活動(dòng)艙的遮光篩板上設(shè)置對(duì)應(yīng)上部電路工作艙中各LED的通孔。
[0008]所述上部電路工作艙中的若干單元的LED可見光接收電路中每單元可見光發(fā)射電路由限流電阻R2與串接的LED發(fā)光管Dl構(gòu)成。
[0009]所述下部電路工作艙中若干單元的LED可見光接收電路由信號(hào)接收管GD1，運(yùn)算放大器U6A、U6B，電阻R1、R3、R4，電位器RlO組成；信號(hào)接收管⑶I的信號(hào)輸出接運(yùn)算放大器U6A的輸入端，運(yùn)算放大器U6B的輸出接邏輯電路的輸入端。
[0010]所述邏輯處理電路由路接收電路單元和或門組成；每四路接收電路的輸出連接到一個(gè)或門上，各或門的輸出一同輸入或門U3A，或門U3A的輸出接單片機(jī)PIC16F685的RA2腳。
[0011]所述單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路由單片機(jī)PIC16F685最小系統(tǒng)，四位一體數(shù)碼管U8，三極管Q1-Q4，限流電阻R5、R7、R8、R9，報(bào)警指示燈D3，蜂鳴器U25，濾波電容Cl和電源指示燈D2組成。
[0012]所述開關(guān)電源電路由濾波電感T2、整流橋D4、高頻變壓器T3、開關(guān)電源芯片T4、光耦U4和電阻、電容、二極管組成；市電經(jīng)Cll和T2濾波，D4整流后接變壓器T3的原邊，高頻變壓器T3的次極繞組有兩個(gè)，一個(gè)是主繞組，高頻電壓經(jīng)肖特基二極管D5整流后由濾波電容C4，CS濾波，再經(jīng)電感LI組成低通濾波器向負(fù)載輸出；另一個(gè)次級(jí)繞組為反饋電壓繞組，由二極管D8整流后加在光耦u4的輸出端。電阻R21和高精度可調(diào)穩(wěn)壓管U5組成基準(zhǔn)電壓源，其輸出電壓加在光耦的二極管正極上，為光耦提供基準(zhǔn)電壓。
[0013]本實(shí)用新型中的容器為圓柱形結(jié)構(gòu)，可以直接浸入到飲用水源中，分上、中、下三個(gè)艙體，中部魚類活動(dòng)艙開有小孔，艙內(nèi)水體與外部相通。艙內(nèi)飼養(yǎng)10條國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推薦的斑馬魚或者野生鯽魚游動(dòng)自如，薄型結(jié)構(gòu)更能適應(yīng)渾濁水體。上部電路工作艙放置LED電路，用來(lái)發(fā)射特定頻率的可見光，包括16只發(fā)光二極管。下部電路工作艙中放置對(duì)應(yīng)的接收電路、邏輯處理電路、單片機(jī)控制電路，包括16只接收二極管和單片機(jī)PIC16F685等。中部魚類活動(dòng)艙頂面和底面增加兩片遮光篩板，提高光束的方向性。本實(shí)用新型采用可見光方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，LED方向性好，屬于冷光源，對(duì)魚類影響小，因此監(jiān)測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。另外，LED發(fā)光管和接收管較為便宜，所以成本較低，適合中小型魚類養(yǎng)殖場(chǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型中容器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型容器中遮光篩板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型中的電路框圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型中電源部分電路圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型中可見光發(fā)射電路圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型中可見光接收電路圖；
[0020]圖7為本實(shí)用新型中邏輯處理電路原理圖；
[0021]圖8為本實(shí)用新型中單片機(jī)控制部分電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，如圖1所示，本實(shí)用新型中的容器具有上部電路工作艙1、下部電路工作艙3和中部魚類活動(dòng)艙2，中部魚類活動(dòng)艙2的側(cè)壁上具有若干通孔6，容器各艙經(jīng)蓋板4隔離，中部魚類活動(dòng)艙2的上下兩端分別設(shè)置遮光篩板5。
[0023]如圖2所示，各遮光篩板5上設(shè)置對(duì)應(yīng)上部電路工作艙中十六只發(fā)光二極管的通孔7。
[0024]如圖3所示，本實(shí)用新型中的電路包括特定頻率信號(hào)的可見光發(fā)射電路、可見光接收電路、邏輯處理電路、以單片機(jī)PIC16F685為核心的測(cè)量顯示電路、報(bào)警電路和為各電路提供工作電源的開關(guān)電源電路。開關(guān)電源電路為其他各電路提供工作所需要的電能?？梢姽獍l(fā)射電路共有16只發(fā)光二極管組成，在可見光接收電路上有對(duì)應(yīng)的16只接收二極管與發(fā)射管一一對(duì)應(yīng)，接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和比較器處理后，經(jīng)過(guò)邏輯處理電路送至單片機(jī)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)判斷和顯示等操作，如果接收到的數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍，證明魚類行為異常，單片機(jī)可以通過(guò)有線或者無(wú)線方式進(jìn)行報(bào)警，在本實(shí)用新型中僅用點(diǎn)亮一只高亮LED和蜂鳴器鳴叫作為報(bào)警信號(hào)來(lái)說(shuō)明。
[0025]如圖4所示，5V開關(guān)電源電路由濾波電感T2、整流橋D4、高頻變壓器T3、開關(guān)電源芯片T4、光耦U4和電阻、電容、二極管等組成，市電接P0RT2和P0RT3端口，F(xiàn)l為保險(xiǎn)絲，市電經(jīng)Cll和T2濾波，D4整流后接變壓器T3的原邊，高頻變壓器T3的次極繞組有兩個(gè)，一個(gè)是主繞組，它提供電源的主能量，高頻電壓經(jīng)肖特基二極管D5整流后由濾波電容C4，CS濾波，再經(jīng)電感LI組成低通濾波器向負(fù)載輸出。LI主要是抑制高頻噪聲向負(fù)載輸出，以防止負(fù)載受其干擾。輸出端的電解電容C9是為了降低輸出的交流紋波系數(shù)而加的，它主要是降低輸出直流電壓的交流紋波。另一個(gè)次級(jí)繞組為反饋電壓繞組，由二極管D8整流后加在光耦u4的輸出端。電阻R21和高精度可調(diào)穩(wěn)壓管U5組成基準(zhǔn)電壓源，其輸出電壓加在光耦的二極管正極上，為光耦提供基準(zhǔn)電壓，這樣光耦中的二極管的發(fā)光強(qiáng)度是由輸出電壓控制的，經(jīng)光耦耦合到T4的控制端，從而實(shí)現(xiàn)脈寬的可控，達(dá)到穩(wěn)壓目的，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定低電壓工作電源。
[0026]如圖5所示，可見光發(fā)射電路中R2為限流電阻，防止紅外線發(fā)射管因電流過(guò)大燒壞；Dl為L(zhǎng)ED發(fā)光管。這部分電路由16個(gè)相同的單元組成，圖5所示為其中一個(gè)單元。對(duì)應(yīng)的，在中間容器頂部有一個(gè)遮光篩板，篩板上面有16個(gè)小孔，保證光線的方向性。
[0027]如圖6所示，可見光接收電路由信號(hào)接收管⑶1，運(yùn)算放大器U6A、U6B，電阻R1、R3、R4,電位器RlO組成。沒有光照時(shí)，信號(hào)接收管反向電流很小(一般小于0.1微安),稱為暗電流。當(dāng)有光照時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，稱為光生載流子。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。信號(hào)接收管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。電位器RlO可以手動(dòng)調(diào)節(jié)U6B的基準(zhǔn)電壓，根據(jù)水體的情況確定基準(zhǔn)電壓大小。運(yùn)算放大器U6A的放大倍數(shù)為(l+R^/Rll)^,其中U1為3號(hào)腳的輸入信號(hào)。U6B用作比較功能，將U6A輸出的信號(hào)處理成為標(biāo)準(zhǔn)的高低電平。沒有光照的時(shí)候，接收管反向電流很小，Rl兩端沒有電勢(shì)差，因此U6A的3腳相當(dāng)于接地，放大后I腳輸出電壓很小，經(jīng)過(guò)U6B比較之后輸出低電平；當(dāng)有光照射時(shí)，接收管的光電流較大，U6A的3腳電壓較高，經(jīng)過(guò)放大后電壓更高，輸入到U6B中進(jìn)行比較，輸出標(biāo)準(zhǔn)高電平。輸出信號(hào)輸入到邏輯電路中，邏輯電路主要是將16路信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)與或運(yùn)算處理后輸入到單片機(jī)中。運(yùn)算放大器U6A、U6B為L(zhǎng)M324。
[0028]如圖7所示，邏輯處理電路由16路接收電路單元和或門組成，該電路中將每四路接收電路的輸出連接到一個(gè)或門上，共分為四個(gè)或門U1A、U1B、U2A、U2B，這四個(gè)或門的輸出一同輸入或門U3A，這樣，只要有其中一路信號(hào)改變，單片機(jī)就能接受到信號(hào)，進(jìn)行記錄和判斷。
[0029]如圖8所示，以單片機(jī)為核心的測(cè)量顯示、報(bào)警電路由單片機(jī)PIC16F685最小系統(tǒng)，四位一體數(shù)碼管U8，三極管Q1-Q4，限流電阻R5、R7、R8、R9，報(bào)警指示燈D3，蜂鳴器U25，濾波電容Cl和電源指示燈D2組成。電源指示燈D2指示電源是否正常，濾波電容Cl是為了電源電壓更平穩(wěn)。由邏輯電路中輸出的信號(hào)接單片機(jī)的外部中斷RA2腳，單片機(jī)內(nèi)根據(jù)輸入的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)記得的數(shù)值和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，確定水體質(zhì)量，記得的數(shù)值通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。如果計(jì)數(shù)值超出預(yù)設(shè)范圍，則通過(guò)報(bào)警燈D3和蜂鳴器U25進(jìn)行報(bào)警指示。
[0030]本發(fā)明中當(dāng)單片機(jī)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值高于或者低于預(yù)設(shè)范圍值時(shí)，單片機(jī)點(diǎn)亮報(bào)警指示燈，同時(shí)蜂鳴器鳴叫，在實(shí)際應(yīng)用之中可以通過(guò)有線或者無(wú)線的方式進(jìn)行報(bào)警，一旦魚類行為出現(xiàn)異常將及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示養(yǎng)殖戶及時(shí)查找原因，防止出現(xiàn)魚群死亡現(xiàn)象。同時(shí)，本實(shí)用新型裝置可以直接浸入到飲用水源中，試驗(yàn)艙內(nèi)水體與外部相通，大大降低了硬件成本。
【權(quán)利要求】
1.一種魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述裝置包括依次相互隔離固定的上部電路工作艙、中部魚類活動(dòng)艙和下部電路工作艙的容器；中部魚類活動(dòng)艙的側(cè)壁上具有若干通孔；上部電路工作艙中放置若干單元的LED可見光發(fā)射電路；下部電路工作艙中具有對(duì)應(yīng)上部電路工作艙中若干單元的LED可見光接收電路、邏輯處理電路、單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路和為各電路提供電源的開關(guān)電源電路；可見光接收電路的輸出接邏輯處理電路的或門，邏輯處理電路輸出的信號(hào)接單片機(jī)控制電路的外部中斷RA2腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述容器各艙經(jīng)蓋板隔離，中部魚類活動(dòng)艙的上下兩端分別設(shè)置遮光篩板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述中部魚類活動(dòng)艙的遮光篩板上設(shè)置對(duì)應(yīng)上部電路工作艙中各LED的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述上部電路工作艙中的若干單元的LED可見光接收電路中每單元可見光發(fā)射電路由限流電阻R2與串接的LED發(fā)光管Dl構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述下部電路工作艙中若干單元的LED可見光接收電路由信號(hào)接收管⑶1，運(yùn)算放大器U6A、U6B，電阻R1、R3、R4，電位器RlO組成；信號(hào)接收管⑶I的信號(hào)輸出接運(yùn)算放大器U6A的輸入端,運(yùn)算放大器U6B的輸出接邏輯電路的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述邏輯處理電路由路接收電路單元和或門組成；每四路接收電路的輸出連接到一個(gè)或門上，各或門的輸出一同輸入或門U3A，或門U3A的輸出接單片機(jī)PIC16F685的RA2腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述單片機(jī)控制電路、報(bào)警電路由單片機(jī)PIC16F685最小系統(tǒng)，四位一體數(shù)碼管U8，三極管Q1-Q4，限流電阻R5、R7、R8、R9，報(bào)警指示燈D3，蜂鳴器U25，濾波電容Cl和電源指示燈D2組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚類行為監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征是，所述開關(guān)電源電路由濾波電感T2、整流橋D4、高頻變壓器T3、開關(guān)電源芯片T4、光耦U4和電阻、電容、二極管組成；市電經(jīng)Cll和T2濾波，D4整流后接變壓器T3的原邊，高頻變壓器T3的次極繞組有兩個(gè)，一個(gè)是主繞組，高頻電壓經(jīng)肖特基二極管D5整流后由濾波電容C4，CS濾波，再經(jīng)電感LI組成低通濾波器向負(fù)載輸出；另一個(gè)次級(jí)繞組為反饋電壓繞組，由二極管D8整流后加在光耦u4的輸出端，電阻R21和高精度可調(diào)穩(wěn)壓管U5組成基準(zhǔn)電壓源，其輸出電壓加在光耦的二極管正極上，為光耦提供基準(zhǔn)電壓。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK203396710SQ201320415203
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】唐明虎, 朱金榮, 王斌, 尹志威, 易峰, 楊庭玉 申請(qǐng)人:江蘇廣陵長(zhǎng)江系家魚原種場(chǎng)