基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计毕业设计论文.docx

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基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计毕业设计论文

基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计

摘　　要

单片机又被称为单片微控控制器，单片机（Microcontrolles）其实是一种集成电路芯片，它可以算一个小而完善的微型计算机系统，它把CPU、RAM、ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上，单片机在工业控制领域广泛应用。

它相当于一个微型计算机，与计算机相比它只是缺少一个I/O口而已，单片机具有以下几个方面的优点：

（1）系统结构简单，使用方便，实现模块化；

（2）它的可靠性高，即使工作到10^6~10^7小时也不会产生故障；（3）处理功能强，速度快；（4）电压低，功率低，便于生产便携式产品（5）控制功能强；（6）环境适应能力强。

单片机在以下几个方面被广泛运用：

如智能仪表、实时工控，通讯设备，导航系统，家用电器等。

各种产品一旦用上了单片机，就能使产品产生质的飞跃，一般的投饵机控制系统存在着定时不准确、可靠性差、投饵与间歇时间设置不合理、不能合理调节投饵距离、浪费饲料等问题。

为了解决此类问题，本论文研究了基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统，该系统设定参数为供饵时间、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，从硬件和软件方面介绍了本自动控制系统的设计和制作。

实验结果表明，该系统能够控制鱼用投饵机进行定时、定量投饵，以此做到科学喂鱼。

关键词：

单片机　　鱼饵　　投食机

TheAutomaticControlSystemDesignofFishBaitCastingMachineBasedonSingleChipMiscrocomputer

Abstract

Microcontrollerisalsoknownassingle-chipmicrocomputer.Actually,microcontrollerisakindofintegratedcircuitchip.Itcanbeconsideredasasmallandimpeccablemicrocomputersystem,integratingCPU,RAM,ROM,multipleI/Oports,theinterruptsystem,thetimer/counterandsoonintoapieceofsilicon.Thesingle-chipmicrocomputeriswidelyusedinindustrialcontrolfield.Itisequivalenttoamicrocomputer.Comparedwiththecomputer,itjustlacksofanI/Opot.Theadvantagesofthesingle-chipmicrocomputerhasthefollowingseveralaspects:

（1）Thesystemstructureissimple,easytouse,andimplementmodularity

（2）Itshighreliabilitycanensurethatitwillnotbreakdownevenworks10^6to10^7hours（3）Powerfulprocessingcapabilitiesandfastspeed（4）Lowvoltageandpower,tofacilitatetheproductionofportableproducts（5）Powerfulcontrolfunction（6）Powerfulenvironmentadaptability.SCMiswidelyusedinthefollowingfields:

forinstance,intelligentinstruments,real-timeindustrialcontrols,communicationsequipment,navigationsystems,householdappliancesandsoon.Onceallkindsofproductsusethesingle-chipmicrocomputer,theywillproducequalitativeleap.Generalbaitcastingmachinecontrolsystemexistssomeproblems.Suchastiminginaccurate,inferiorreliability,theunreasonabletimebetweenbaitcastingandinterval,thefeedingdistanceirregularly,wasteoffeedandsoon.Forsolvingthoseproblems,theessaydiscussestheautomaticfishbaitcastingmachinecontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer.Thesystemdefaultparametersarebaittime,stopbaittime,baitcastingtime,aswellasbaitcastingdistance.ThecontrolledobjectsareconveyancedecelerationACmotorandbaitcastingDCmotor.Atthesametime,thisessaywillintroducetheautomaticcontrolsystemdesignandproductionfromtheaspectsofthehardwareandsoftware.Theexperimentalresultsshowthatthissystemcancontrolthefishbaitcastingmachinefortiming,quantitativebaitcasting,inordertoachievetheaimofscientificfeedingfish.

Keywords:

microcontroller　　bait　　feeder

目　　录

前　　言

　　本人毕业设计的论题为《基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计》，设计了一套能根据池塘的大小，宽度来调整投饵机的强度，以此解决了一般的投饵机对饲料的浪费问题。

本文根据目前国内外学者对投饵机控制系统的研究成果，借鉴他们的成功经验，完整的设计出一套鱼用投饵机的控制系统。

这些文献给与本文很大的参考价值。

现在的投饵技术一般分为两种：

一种是人工投饵，一种是振动喂料。

两种方式相对来说人工喂料费时费力，而振动喂料虽然节省人力但是由于振动喂料投饵的距离特别近所以特别容易造成饲料浪费的现象，而且由于饲料投放的比较集中有的鱼无法吃到饲料，可能会产生饿死或者鱼的生长大小不一样的现象，所以在此情况下我们设计了一套基于单片机技术的鱼饵投食机技术，来解决上述问题。

在我设计的投饵系统中单片机作为主芯片，我们采取单片机作为主芯片主要是因为单片机体积小可靠性高，控制能力强，易扩展，性价比高。

另外我们还采用了LM386、DAC0836等芯片来提高系统的自动化。

虽然我们采取51单片机作为自动控制系统的核心并且在采用了许多的自动化芯片但是系统并没有做到完全的自动化，比如时间的设定和电机的控制还需要人为的设置。

第1章　课题研究背景与价值

第1.1节　选题的意义与价值

　　1.1.1理论意义与价值

随着水产养殖业的越来越火爆，基于单片机的鱼用自动投饵机越来越多地应用于池塘养殖业。

基于单片机的投饵机有抛撒面积大，抛洒均匀，有利鱼的摄食，可以提高饵料利用率，降低饵料系数等优点。

我们现就投饵机的有关知识简单的给大家讲解一下，以方便渔民的选购及使用的时候作为一些参考。

一是投饵机的种类及组成。

按照投饵机使用的范围不同，投饵机一般可以可分为小水体专用型、网箱专用型和普通池塘使用型这三种类型，现在的养鱼业一般也就这三种类型。

在结构上比较统一一般均由料斗、下料装置、抛撒装置、控制器这四个部分组成的大体结构。

（1）料斗，料斗一般是由白铁皮或黑铁皮制作而成的，白铁皮的工艺相对来说比较简单，所以白铁皮的价格一般也是比较低的，但是白铁皮的相对来说比较薄，所以强度对有的情况下是不达标的。

黑铁皮比较厚，加工起来需要专门的切割机和加工设备，而且还需折边、焊接、喷漆等多道复杂的程序才可以完成，但是黑铁皮制作完场后外观漂亮，非常的牢固，但是价格比白铁皮要高的多。

（2）下料装置，我们主要是采用电磁铁下拉式的模型。

该装置由电磁铁、下料门、下料口调节板这三部分构成，通电时电磁铁吸合，向下拉动下料门使鱼饵饲料下落，断电后电磁铁失去磁性下料门在弹簧的作用下回归原位，饲料不在下落。

这种装置结构简单耐用，成本低，容易维修，配件容易更换相对来说比较实惠。

（3）抛撒装置，按动力的不同可分为以下几种装置：

①不使用动力的抛撒装置。

当饵料从下料口落下时，会触碰到其下方的锥形撒料盘，在碰撞力的作用下饵料就会散开，但是这种装置对于饵料产生的初始抛出速度比较低，所以抛出的距离比较近不适合大的池塘。

②使用管道和高速流动空气把饵料输送到投饵点，我们可以在出口设置一个固定的物体，当饵料碰触到固体时就会被抛出。

这种装置相对来说就比较适合网箱养殖因为不用担心饲料飞出范围造成饲料的浪费。

③使用电机及圆盘是目前应用最多的类型，这种装置在池塘养殖中比较常见，因为他的速度相对来说比较稳定。

其电机有高速电机及低速电机两种不同的电机对等两种不同的抛饵距离，由于高速电机速度高，当饵料接触转盘的瞬间饵料对于转盘的碰撞力会很大，使得鱼料抛出的距离比较远。

所以现在倾向于使用低速电机来控制饵料的初始速度，我们可以根据池塘的面积的大小来配置半径不同的圆盘，这样我们就能使饵料获得相应的比较稳定得初始速度，更加容易控制（4）控制器的功能如下：

一是可以定时。

开启投饵机后经过一定的时间投饵机会自动关机。

二是间歇控制功能。

在向池塘投料的过程中，每隔一定时间打开下料开关投掷鱼饵，然后关闭-开始，一直循环下去，直到到了定的停止时间才彻底关闭。

控制器又被我们分为机械定时、电子定时和以单片机为核心的控制器这三种定时器相对来说以单片机为核心的控制器更受渔民们的欢迎。

那是因为单片机的可编程性高，而且定时非常准确可靠，间隔时间和投料持续时间可以随时按照我们的想法调整，在人性化的同时还具有一定的智能功能。

采用单片机设置此程序我们可以对每天的投喂程序进行设置，控制器可以按照我们设定好的自动管理投喂工作，当料斗中没有饲料时，自动停止投喂。

下面我们大体介绍一下投饵机的选择及用法

（1）投饵机的选择①首兄我们应该根据不同的养殖方式选择不同的投饵机种类。

②其次就是要根据经济条件选择使用哪款投饵机，在条件许可的情况下尽量选功能相对齐全的基于单片机的投饵机器。

③我们要根据池塘的大小来选择池塘使用的投饵机，还要考虑池塘面积及池鱼种类，一定要注意并不是投饵机电机转速越高、投的距离越远、投饵的面积越大就越好，这是一种非常错误的观点，我们应根据池塘面积及鱼的种类和鱼苗的数量选择不同的投饵机。

比如在0.2公顷~0.35公顷的池塘中，根据实验数据显示每667平方米能生产出1500公斤左右的鱼，根据计算我们可以算出投饵机的抛撒距离以5米~8米是最为适合的。

如果选择的投饵机不当我们就可能会使投抛撒距离过远、覆盖的面积过大，这样会使池塘边缘的部分饵料由于没有鱼吃而造成浪费，污染水源。

④选择网箱用投饵机的时候，要首先考虑网箱的大小、网箱设置的密度以及网箱载鱼量这三种因素。

　　1.1.2实践意义与价值

如今目前在渔业市场销售的自动投饵机中，饲料箱、离心抛盘结构基本稳定，相对来说各产品之间并没有多大变化，各生产厂家为了提高投饵机的自动化程度，一般都会把注意力集中在喂料器和自动控制器的研究开发上，所以我们看到的各产品之间这两部分的结构是有较大差异的。

根据有关资料和一些厂家的介绍，喂料器结构一般情况下分为以下几种：

一种是采用小电动机连接偏心轮然后再输料口端产生上下振动喂料，另一种就是通过电磁铁而产生的振动使饲料传输到饲料托板上，使得饲料在托板上向一个方向慢慢移动形成喂料。

还有其他的一些喂料器是采用叶轮式、平板转盘开孔式和搅笼式等结构。

目前在市场上销售的自动投饵机喂料器大部分是前两种。

上面所述的采用小电动机连接偏心轮然后在输料口端产生上下振动喂料，或者是通过电磁铁产生振动喂料，都能够比较顺利的将饲料箱的饲料送到离心抛盘抛撒出去，但是缺点就是不能准确地确定在单位时间内投出的饲料量，因此，大大限制了其以日投喂量进行设置的可能。

在自动控制器方面，有的产品使用机械定时和分立元件组成的定时电路自动控制器，也有的产品使用单片机控制的自动控制器。

自动控制器主要是用来控制喂料器喂料与停顿和抛盘的定时抛料，以此来达到模拟人工

投喂的效果。

在当前市面销售的自动投饵机的自动控制器内部结构可能有较大的差异，但是在基本设置上会形成了一个固定模式，普遍都分为抛料定时控制、喂料时间控制、喂料停顿时间控制三个控制，抛料定时控制一般可设定为为0～60min（机械定时器）和10～100min（电子定时器）。

喂料时间控制：

大多数可设定为为1～9s（可调）。

喂料停顿时间控制：

亦是1～9s（可调）。

上述系统不能直接以投喂量作为功能设置，只能是通过时间的设置来间接表现量的结果，使得操作麻烦，投喂量难以确定，这是当前市场上的自动投饵机一直解决不了的问题。

第1.2节　研究综述

　　1.2.1国内研究

我们国内的鱼儿投食机在结构上比较统一一般均由料斗、下料装置、抛撒装置、控制器这四个部分组成的大体结构。

（1）料斗，料斗一般是由白铁皮或黑铁皮制作而成的，白铁皮的工艺相对来说比较简单，所以白铁皮的价格一般也是比较低的，但是白铁皮的相对来说比较薄，所以强度对有的情况下是不达标的。

黑铁皮比较厚，加工起来需要专门的切割机和加工设备，而且还需折边、焊接、喷漆等多道复杂的程序才可以完成，但是黑铁皮制作完场后外观漂亮，非常的牢固，但是价格比白铁皮要高的多。

（2）下料装置，我们主要是采用电磁铁下拉式的模型。

该装置由电磁铁、下料门、下料口调节板这三部分构成，通电时电磁铁吸合，向下拉动下料门使鱼饵饲料下落，断电后电磁铁失去磁性下料门在弹簧的作用下回归原位，饲料不在下落。

这种装置结构简单耐用，成本低，容易维修，配件容易更换相对来说比较实惠。

（3）抛撒装置，按动力的不同可分为以下几种装置：

①不使用动力的抛撒装置。

当饵料从下料口落下时，会触碰到其下方的锥形撒料盘，在碰撞力的作用下饵料就会散开，但是这种装置对于饵料产生的初始抛出速度比较低，所以抛出的距离比较近不适合大的池塘。

②使用管道和高速流动空气把饵料输送到投饵点，我们可以在出口设置一个固定的物体，当饵料碰触到固体时就会被抛出。

这种装置相对来说就比较适合网箱养殖因为不用担心饲料飞出范围造成饲料的浪费。

③使用电机及圆盘是目前应用最多的类型，这种装置在池塘养殖中比较常见，因为他的速度相对来说比较稳定。

其电机有高速电机及低速电机两种不同的电机对等两种不同的抛饵距离，由于高速电机速度高，当饵料接触转盘的瞬间饵料对于转盘的碰撞力会很大，使得鱼料抛出的距离比较远。

所以现在倾向于使用低速电机来控制饵料的初始速度，我们可以根据池塘的面积的大小来配置半径不同的圆盘，这样我们就能使饵料获得相应的比较稳定得初始速度，更加容易控制（4）控制器的功能如下：

一是可以定时。

开启投饵机后经过一定的时间投饵机会自动关机。

二是间歇控制功能。

在向池塘投料的过程中，每隔一定时间打开下料开关投掷鱼饵，然后关闭-开始，一直循环下去，直到到了定的停止时间才彻底关闭。

控制器又被我们分为机械定时、电子定时和以单片机为核心的控制器这三种定时器相对来说以单片机为核心的控制器更受渔民们的欢迎。

那是因为单片机的可编程性高，而且定时非常准确可靠，间隔时间和投料持续时间可以随时按照我们的想法调整，在人性化的同时还具有一定的智能功能。

采用单片机设置此程序我们可以对每天的投喂程序进行设置，控制器可以按照我们设定好的自动管理投喂工作，当料斗中没有饲料时，自动停止投喂并报警使我们能及时处理避免浪费电。

　　1.2.2国外研究

相对于国内的鱼儿投食机的技术和使用，国外的研究稍稍领先于国内，现在在国外养鱼业中基于单片机技术的鱼儿投食机已经被普及，而且基于单片机技术的鱼儿投食机的研究在前几年国外已经进行了，根据资料显示对比于德国、美国、日本、英国等发达国家，我们国内的投食机研究落后5~8年，所以在同等条件下我们会浪费更多的人力和财力，而且效益远远低于他们。

第1.3节　课题的研究意义与目的

　　1.3.1理论意义

市场上目前有两种投饵方式：

一种是人工投饵，另外一种是投饵机投饵；第一种人工投饵一是效率非常低，劳动量大，而且饵料的撒播距离和密度都是很不均匀的，这样会严重影响到饵料的利用率，造成严重的浪费，同时会增加生产成本。

利用一般的投饵机进行投饵，虽然可以做到省时省料，定时定量，但是投饵的射程和范围是不可以调整的，这样就会造成饵料散落比较集中，这样就使饵料在池塘底部造成囤积，造成池塘的污染，严重可能会导致鱼苗的大量死亡；面对上述产生的一些问题我们研制了一套基于单片机系统的鱼饵投食机，这款投食机可以完美的解决上面提到的问题，它不仅可以做到定时定量，而且还能控制鱼饵的投放范围，这样就可以做到大面积的撒饵，让饵料充分利用。

现今社会养鱼业越来越发达，每个国家的水产养殖事业对于投饵机的要求也是越来越高，为了适应鱼在不同生长期对鱼饵投量和颗粒大小的需求，喂养时我们要用颗粒大小和营养配比成分不同的饵料，这样才能做到科学养鱼，做到既不浪费饵料又能让鱼吃饱，同时为了使价格不算便宜的饵料得到最大限度的利用，选用的投饵机的种类不同，所产生的效果也不同，对于我们产生的效益也是千差万别。

基于单片机的投饵机在国外的渔业生产养殖中已经被普遍的应用，因为虽然当时初期可能投入增加了但是却给以后的生产和发展带来了非常大的经济效益。

我国现阶段的一些网箱和池塘在养鱼过程中，都已经配备了单片机投饵机，而且数量还有逐年增加的趋势。

由于采用基于单片机设置的鱼饵投食机可以做到定时定量，定范围进行投饵，所以此类单片机具有节约劳动力，减轻养殖人员劳动强度，投饵合理，节约饵料，降低养殖成本，增加效益等优点，因此利用基于单片机的鱼饵投食机进行投食是现今养殖业发展的趋势，而且越来越被养鱼用户所接受。

　　1.3.2课题的研究目的

我们研究基于单片机的鱼儿投食机的目的就是能让养殖用户在养殖过程中摆脱以前的人工养殖技术，基于单片机的鱼饵投食机能做到以下几点优点：

（1）节省人力资源,大大的减轻了养殖用户的劳动强度,对于养殖户而言我们用单片机投饵机比一般的投饵机可以提高效率多达三倍以上;

（2）节约饲料，避免人工投饵浪费饲料,有效的提高饲料利用率达15%还多；（3）而且使用上述投饵机还可以减少饲料沉人池底腐烂变质,能长久的保持水质清洁、减少鱼类因为水域污染而造成的死亡；（4）采用远距离投饵技术可以避免群鱼争食,鱼体长势如一不用担心成鱼大小不一样,总的收益价格上升,平均鱼亩产量可提离15%以上，在后期可以不断的提高收益，所以说基于单片机的鱼用投饵机不仅大大的提高了劳动收入而且还大大的减轻了劳动力。

第1.4节　研究范围与内容

1.4.1研究范围

我们经过两年多的时间，对现阶段市场上销售的自动投饵机进行分析研究以后，试研制出一种可以按照所需日投喂量来设置的鱼用全自动投饵机，即由单片机控制的叶轮式喂料器全自动投饵机，它的特点就是打破了目前国内自动投饵机只能依靠时间设置不能按投喂量来设置的模式，可以直接按照所需的日投喂量来进行设置、自动定时定量投喂。

所谓自动定时定量投喂，就是上述自动投饵机在设定的时间内自动开机并且投出原先设置好的投喂量，投喂完毕后机器自动关机。

该投食机的控制器设有从15～200kg，总共18个级别的每天投喂量，这样就可以满足从1333～10000m2的鱼塘在各种条件下选择的每天投喂量。

自动控制器会把我们原先所设定的日投喂量平均分为上、下午两部分，按原先设定好的上下午开机时间自动开机进行投喂，投喂工作程序运行完毕后投食机便会自动停机，投喂结束后，自动控制器进入一种静止状态，静静的等待下一次的启动。

如果在一段时间内投喂量和投喂时间不需改变的话，只须定期的补充饲料便可，不用再对投食机另行设置。

　　1.4.2研究内容

该机的关键首先是对于喂料器的设计，我们所选用得喂料器是由6片叶片构成的叶轮式喂料器，饲料可以通过喂料器的进料口慢慢落入叶轮叶片之间的扇区，然后经过叶片的转动转到喂料器的出料口，最后落入离心抛盘抛撒出去，我们之所以会采用这样的传动喂料方式，是由于叶轮叶片之间的扇区容积是相对固定的，喂料器的6个扇区容积都相等，分料量准确这样便于控制，很容易就能计算出时间单位的喂料量来，而且饲料能够均匀的落入到离心抛盘。

另外，当机器停顿时，由于我们选的叶轮为6片叶片分隔，这样饲料会立即被阻隔住，不会继续落到离心抛盘上。

上述叶轮式喂料器所具备的这些功能特点，是非常适合那些作为以投喂量来设置的控制装置，使得喂料器除了完成喂料功能以外，还拓展为可以由时间的运行变成量来作为输标准出的转换器。

但是有时候问题并不是这样简单的，由于现在的鱼饲料都是小圆柱体的颗粒，当颗粒饲料从饲料箱落入喂料器时，很容易被卡在叶片与喂料器机壳的挡板之间，这样会使得喂料器不能正常运行。

如果我们单纯为了避免颗粒饲料被卡而在设计的时候把叶片与喂料器机壳的挡板之间的间隙增大的话，那么饲料箱的饲料就会非常容易就通过这些间隙直接流入离心抛盘，此时喂料器的功能就完全消失了，喂料器就如形同虚设，变得毫无作用。

我们经过反复的试验后，我们想到的解决方法就是我们把叶片边缘与机壳挡板开口处做成齿状，让两者错开，并且留有一定的间隙，当颗粒饲料处于叶片与喂料器机壳的挡板之间时，就会被叶片边缘的齿尖与机壳挡板开口处的齿尖切断，这样叶片就不会再被饲料卡住，喂料器就可以正常运行了，虽然这个改进说起来很简单，但是对于我们这个产品的结构和功能是个关键性的突破，最终使得我们的投饵机能自动进行定时定量投喂成为现实。

我们在设计自动控制器的时候，在硬件方面，我们采用了目前自动化控制系统广泛使用的MCS—51系列89C51单片机作为控制系统的主机，时钟控制选用的是DS12887芯片，该芯片有内置电池和寄存器，使得设备运行起来运行指令和时钟运行不受停电、断电及关机等因素的影响，保证实时控制的稳定性和连续性。

在软件设计上，我们着重考虑到一方面要提高自动化程度，在另一方面要尽量使设备操作简便，易于上手。

例如在设备控制日投喂量的设计当中，我们选用固定的18个15～200kg的级别的日投喂量，再根据养殖户所掌握的养殖技术和经验，他们在设备上将抛撒—停顿的时间按照各个日投喂量的情况，设计好后配置到各个日投喂量中去，配置好后通过一个按键进行选择、确定，使设备的操作过程简单化。

我们在设计时不选用设置一个0～9的键盘，然后让用户自行设置每日的投喂量、抛撒时间、停顿时间等等。

设置一个0～9的健盘让用户自行设置，这样做虽然