基于STM32的智能魚塘投料機(jī)設(shè)計

朱國棟，王啟睿，徐 勝，魯新生，石 全，蘇 銘

（南京航空航天大學(xué) 金城學(xué)院，江蘇 南京 210000）

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積、密度都在不斷的增加，飼料投喂的工作量也有了很大的增加，簡單的人工投喂工作量很大，效率也相對較低，尤其隨著魚塘面積的越來越來人工投喂已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展了。為了解決這個問題，文章利用氣力輸送原理設(shè)計了一款遠(yuǎn)距離輸送飼料，并能夠?qū)崿F(xiàn)360°圓周拋撒的魚塘投飼機(jī)。漁夫在岸邊通過下料箱將魚餌裝入，魚餌通過葉片落料裝置進(jìn)入運(yùn)輸塑料管，再由風(fēng)機(jī)吹至拋料裝置，并在離心力的作用下拋出。

1 投料機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

魚塘投料機(jī)結(jié)構(gòu)主要由固定在岸邊的下料箱與落料裝置及漂浮在魚塘上的魚餌拋料裝置組成，兩部分之間通過運(yùn)輸塑料管連接。

（1）下料箱。下料箱的上半部分是長方體，下半部分是漏斗形狀的容器，四邊有四條腿支撐起整個下料箱。漁夫?qū)暳贤度胂铝舷?，飼料自動滑落到落料裝置中。

（2）落料裝置。落料裝置的外部是圓筒狀的外殼，開有兩個長方形的口，一個進(jìn)料，另一個出料；內(nèi)部是葉片式撥料裝置，連接著電機(jī)。飼料由下料箱進(jìn)入落料裝置后，葉片撥料裝置在電機(jī)的帶動下，葉片勻速旋轉(zhuǎn)，均勻地將飼料撥入到管道中，再由鼓風(fēng)機(jī)將飼料吹入到遠(yuǎn)端的拋料裝置。

（3）拋料裝置。拋料裝置分為三部分，輸料彎管、拋料盤和大底板。①輸料彎管是連接在軸承上的，軸承又與上底板相連接，上底板通過4個支承桿與大底板相連接從而保持穩(wěn)定；于拋料盤是一個圓盤上豎立著4個長方形板，將整個圓盤等分，圓盤背面連接著法蘭與電機(jī)軸相連接，電機(jī)軸與法蘭通過一個M2的螺栓連接；③電機(jī)是固連在大底板上。

2 投料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

（1）遙控程序。遙控程序為基于D-BUS協(xié)議的通信形式，分為接收機(jī)和遙控器兩部分，工作頻率在2.4GHz頻段，配對成功后基本不會因受到干擾產(chǎn)生控制錯位的情況。有效遙控距離可達(dá)500m，遙控器每7ms發(fā)送一幀遙控數(shù)據(jù)。接收機(jī)經(jīng)過相應(yīng)電路轉(zhuǎn)換后接到STM32單片機(jī)的串口上，通過串口中斷+雙DMA緩存的形式接收遙控器數(shù)據(jù)并保存。通過解碼程序便可以實時獲取相應(yīng)通道的控制數(shù)據(jù)，保證了通信的準(zhǔn)確性和實時性。

（2）電機(jī)控制程序。無刷電機(jī)采用PWM波的形式進(jìn)行控制。STM32定時器32位自動重載計數(shù)器，該計數(shù)器由可編程預(yù)分頻器驅(qū)動。使用定時器預(yù)分頻器和RCC時鐘控制器預(yù)分頻器，可將脈沖寬度和波形周期從幾微秒調(diào)制到幾毫秒。這些定時器彼此完全獨(dú)立，不共享任何資源?？梢钥焖俚膶崟r改變PWM的占空比，從而迅速獲取所需的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，更加有效的控制拋料機(jī)的實時姿態(tài)。

（3）防出錯程序。使用了STM32的雙看門狗。獨(dú)立看門狗獨(dú)立于系統(tǒng)之外，因為有獨(dú)立時鐘，所以不受系統(tǒng)影響的系統(tǒng)故障影響，主要用于監(jiān)視硬件錯誤。窗口看門狗的時鐘與系統(tǒng)相同。如果系統(tǒng)時鐘不走了，這個狗也就失去了作用了，主要用于監(jiān)視軟件錯誤。所以當(dāng)程序出現(xiàn)錯誤時便會及時復(fù)位程序，防止出錯。

（4）水質(zhì)檢測程序。濁度傳感器利用光學(xué)原理，通過測量溶液中的透光率和散射率來綜合判斷溶液濁度情況，從而達(dá)到檢測水質(zhì)的目的。將傳感器的數(shù)據(jù)線連接至STM32的IO端口，通過判斷該端口的電平變化，來判斷水體質(zhì)量。下面是測試代碼，使用數(shù)字量輸出，通過調(diào)節(jié)電位器來提高/降低觸發(fā)條件。

3 結(jié)語

文章設(shè)計了一個魚塘投料機(jī)，該系統(tǒng)基于STM32F 103ZET6，使用無刷航模電機(jī)作為動力輸出源。實驗測試結(jié)果證明，岸邊的飼料箱利用飼料自身的重力，將飼料送入葉片旋轉(zhuǎn)器，葉片旋轉(zhuǎn)將飼料落入運(yùn)輸管，利再用鼓風(fēng)機(jī)將魚飼料通過運(yùn)輸管，吹送到投料機(jī)上，電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤，利用離心力將魚餌均勻的灑在水面上，雙U2212+kv2400可以帶動本裝置克服水面阻力和湖面上的微風(fēng)；使用了六顆浮球來使裝置能漂浮在水面，達(dá)到可以智能拋料的作用。

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