无线遥控太阳能投饵机研制与应用

孙广明 SUN Guang-ming；付志茹 FU Zhi-ru；谢刚 XIE Gang；杨华 YANG Hua；李文雯 LI Wen-wen；张韦 ZHANG Wei；吴会民 WU Hui-min；苗家禄 MIAO Jia-lu；张德喜 ZHANG De-xi；吴建松 WU Jian-song；杜红梅 DU Hong-mei

（①天津市水产研究所，天津 300221；②天津市宁河县畜牧水产局，天津 301500）

（①Tianjin Fisheries Research Institute，Tianjin 300221，China；②Animal Husbandry and Fisheries Bureau of Ninghe，Tianjin，Tianjin 301500，China）

0 概述

随着水产养殖业的不断发展，养殖设施化水平的不断提高，投饵机已经成为养殖生产中必不可少的重要设备之一。为了适应各种不同的水产养殖生产方式，尤其是当前水产养殖向节能、环保、精准、高效的生产方式发展的方向，各类型投饵机不断涌现以满足生产需求。研制适用的投饵设备不但可以节省劳动力成本，还可以做到精准投喂节约饲料，保护水质促进养殖鱼类的健康生长。如何选用投饵设备是实现精准、高效、健康、环保养殖生产目标的十分重要的措施之一。为此，在开展淡水池塘设施化高效健康养殖关键技术试验与生产中，我们研制了无线遥控太阳能投饵机并进行了实际应用，取得了很好的效果。

1 工况与功能

1.1 工况条件 在淡水池塘设施化高效健康养殖关键技术试验与生产系统中，采用了组合单元渔箱集约化养殖方式。每单元渔箱上口面积为3m×3m的正方形结构，整个设施由12组生产单元组合而成。

按照组合式养殖系统结构要求，每组养殖生产单元配备一台悬挂式自动投饵机，投饵机安装在悬臂式吊杆的顶端，其出料口位于养渔箱中央的上方。事先由人工向投饵机料桶添加饲料，工作时按照事先设定的时间间隔进行自动投撒。单组生产设施结构见图1。

1.2 功能与设置

1.2.1 投饵机结构 投饵机采用悬挂式桶形结构，主要由桶体、桶盖、吊桶挂钩、电动拨料器组成。料桶内径298mm，有效容积大于23L，可加装直径3mm颗粒饲料15kg、直径6mm膨化饲料9.5kg。将投饲机设计为独立结构，投料桶悬吊在吊杆上，吊杆插入操作平台固定支架的套管中即可使用。添加饲料时可将吊杆旋转到渔箱边缘，加满饲料后再将吊杆旋转归位固定非常方便。电动拨料器使用直流12V直流减速电机，我们对电机输出轴转速为30r/min和50r/min两种机型进行了试验。输出轴直接驱动拨料转轮，结构简单动作可靠。

图1 单组生产设施示意图

1.2.2 太阳能电池组件 采用010-12型太阳能电池组件，为多晶硅太阳光电池，光电转换效率较高，工作性能稳定。外形尺寸为350mm×290mm×18mm。额定最大功率10W，在Pmax时电流、电压分别为0.57A、17.6V，短路电流0.62A，开路电压22.2V。太阳能光电池组建通过支架安装在镀锌铁管上，再用卡扣将铁管与操作平台的栏杆固定在一起。

1.2.3 电器控制箱 在电器控制箱内安装的电器有：一是太阳能电源控制系统，贮存太阳能电池发送的电能供给投料机、照明灯和箱内电器。主要由LS0512R型太阳能电源控制器、铅酸胶体蓄电池组成；二是自动投料时间控制系统，由若干时间控制继电器与自锁继电器组成；三是无线接收控制器，采用TAD-T70型无线遥控开关，主要实现无线遥控投饵机的开启与关闭，照明灯的开启与关闭；控制箱备有手动按钮开关，需要时可以对任意单元进行单独手动启闭。控制箱安装在栏杆上与太阳能电池支撑镀锌管相固定。

2 太阳能光伏发电系统设计

2.1 最佳太阳辐射 首先确定太阳电池板的方位角。最佳方式是跟踪太阳，使太阳电池板表面始终与太阳光垂直。对于固定安装的太阳电池板在位于北半球的我国，方位角一般按零度设置。但是在±20°之内，输出功率不会降低很多。对于开展水产养殖主要在5月下旬至10月上旬期间使用，因此可以设置在零度或稍许偏东方向。

接下来确定太阳电池板的安装倾角。入射阳光应垂直照射，因此太阳电池板应倾斜安装。为了使太阳电池板更好地接受太阳辐射，应将电池板平面与入射阳光垂直，可通过太阳板安装倾角来实现。但是，在同一地点或一年之内的不同季节倾角均有较大的变化，因此对于非跟踪电池板来说应进行优化，选用最佳倾角。天津静海县纬度为38.93°，按照资料推荐值，太阳电池板的倾角应为纬度倾角再加 5°～10°。

太阳总辐射量换算。由于太阳能电池板选择了安装角，电池板的受光面已经不再是水平面。由此产生的偏差必须选择最佳辐射系数Kop进行修正，根据资料天津地区的Kop选取值为1.0692左右。

2.2 应用实例 依据上述设计原则，我们制作了无线遥控太阳能投饵机，并进行了具体的试验应用。

①根据整个系统的用电总负荷，结合具体生产试验季节状况，经计算分析我们选择额定最大功率10W的010-12型太阳能电池组件，为整个系统供电。太阳能电池组件在Pmax时电流、电压分别为0.57A、17.6V。

②根据系统用电电流的负荷量，选用LS0512R型太阳能电源控制器，额定电压12V，额定充放电电流5A。控制器具有充电状态指示、蓄电池状态指示、负载状态指示、负载工作模式的设置以及过载、短路、蓄电池极性接反、温度传感器与高压涌浪保护功能。

③根据投饵系统电器放电负荷情况，选用7Ah太阳能专用胶体铅酸蓄电池。

④按照图2所示的接线顺序，依次连接无误后系统就可以正常工作。

图2 太阳能发电系统接线示意图

3 电气控制箱设计

3.1 功能设定

3.1.1 定时定量 按照养殖鱼类饲养投喂要求，在一天内要投喂数次，每次投喂一定的时间，在投喂期间要求间断下料，以求最佳的投料效果。实现间断供料功能采用数字式双延时继电器，每次投料时长采用普通时间继电器控制。操作人员按照投料方案，设定双延时继电器的下料与停止时间；设定每次投料的总时间。

3.1.2 照明电路 照明电路由LED节能灯、单延时继电器与自锁继电器组成，路灯延时的时长按操作人员需要设定，路灯开启后到时自动关闭，以便节约蓄电池电能。

3.1.3 无线遥控 选用4路非锁存TAD-T70型无线遥控开关，采用数码遥控的方式，通过继电器的常开/常闭触点控制电路中的通断来控制四个独立的电路。无线遥控采用编码的方式，避免相互之间的干扰，能够非常容易地对设备动作进行控制。工作电压：DC12V，工作频率：315MHz，遥控距离：空地无干扰300米，触点参数为，控制220V负载功率参数：每路阻性负载1000W，感性负载400W，控制12V负载功率参数：每路阻性负载80W，感性负载40W。可利用2路开关控制投饵操作，利用另2路开关控制照明电路，此款遥控器适用于本系统的电器控制。

3.1.4 手动控制 为了方便操作，控制电路中设置了手动控制投料启闭按钮T1、T2，操作人员可根据实际情况随时控制投料操作。

3.2 电路与控制

3.2.1 投饵与照明电路 投饵与照明控制电路见图3，电路中A、B、C、D是无线遥控器的4个通道控制继电器，整个控制电路由两部分组成。

图3 投饵照明系统控制器线路图

左半部为投饵机控制电路，由无线开关的A、B通道控制投饵机的开启与停止。在进行投饵操作过程中若需要临时停机或在停止状态时需要开机，按下T2或T1即可实现手动控制。

右半部为照明控制电路，由无线开关的C、D通道控制照明灯的开启与停止。照明采用LED节能灯，电压12V功率3W。由于安装定时器，照明灯可以自动关闭，因此十分省电。

3.2.2 系统电路组成与编码控制 将图2的太阳能光伏发电系统与图3投饵照明控制系统组合而成为太阳能投饵机整体电路，图4为无线遥控太阳能控制系统结构框图。

图4 无线遥控太阳能控制系统结构示意图

系统电路中的无线发射与无线接收采用PT2262/2272 CMOS工艺制造的低功耗通用编解码电路，三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平）任意组合可提供531441地址码。在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态。3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。这类产品一般都预留地址编码区，采用焊锡搭焊的方式来选择：悬空、接正电源、接地三种状态，出厂是一般都悬空，我们按照自己的需要设定地址码，以保证可靠的控制。

可以看到在图4中无线发射与接收器中标有LBH字样三排方格为编码区。最左边有1字样的是芯片的第一脚，最上面的一排焊盘上标有L字样，表示和电源地连通，最下面的一排焊盘上标有H字样，表示和正电源连通。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码要以投饵机控制的实际需要自行设置。

4 悬挂式投饵机

4.1 形式与结构 投饵机采用圆桶型结构，上方加盖防止雨水淋湿饵料。桶壁上方相对焊接一对耳孔，悬挂时安装吊环使用。桶底为漏斗形，漏斗底部安装一活动插板，调节插板的开启度用于调节漏料量。插板下部有一法兰，用以安装电动拨料器。在桶形投饵机的下方安装一防护罩，具体结构见图5。整个试验养殖系统由12套无线遥控太阳能饵料机组成。

图5 悬挂式投饵机结构示意图

4.2 电动拨料器 电动拨料器是定量投料的控制装置，是由直流减速电机低速输出轴，直接驱动拨料转轮。电机转动时带动拨料转轮，将饵料由料桶的下料口拨出，依靠重力饵料自动落入水面。减速电机电压为直流12V，转速可选用30r/min或50r/min。电机转速确定后，需要进行单位时间下料量的检测，将检测的多组数据均值后制成表格，作为投料量时间设定的参考数据。在实际应用中，要通过设定电机转动与停止时间来准确控制饵料投喂量。

4.3 旋转式吊杆 吊杆是投饵机的悬挂机构，采用了可旋转悬臂式结构。旋臂顶端的吊环用于悬挂吊桶式投饵机，其位置处于养渔箱中央的垂直上方，应保证饵料落在渔箱中央。旋臂吊杆的垂直部分，插入固定在操作平台的支架套管中，悬挂投饵机的旋臂吊杆可以支架套管为中心自由转动。将其转到操作平台边缘时进行添加饲料，而后转回原位并将支架套管的定位销钉插入，使之保持投料的固定位置。

5 应用效果

5.1 无线遥控太阳能投饵机，是“淡水池塘设施化高效健康养殖系统”的重要设施。经过生产上试验应用，做到了自动控制准确投饵，使得渔箱中养殖的鲤鱼、罗非鱼、莫荷罗非鱼种等生长良好。可以做到每日投饵5～6次，节省了人工劳力，提高了工作效率，由于增加了投饵次数因此提高了饵料利用率，获得每亩平均产量3898.3kg的良好效果。

5.2 采用了无线遥控与手动控制相结合控制装置，使得投饵操作变得十分便捷，操作人员可以远距离进行投饵操作，只要操作人员按一下手持遥控器的按钮，投饵机便可以自动工作，当达到设定时间后投饵自动停止。在饵料投喂工程中操作人员可以仔细巡视观察每个养渔箱内鱼的摄食情况，如果需要可以随时进行手动停止或开启任意投饵机组，可满足精细喂养的需要。

5.3 在投饵时间间隔控制中，采用了DH48S-2Z型数字双延时时间继电器，延时时间在0～99h之间任意可调，时间控制精度可达0.01s。由于可以精确控制下料与停止时间，因此容易做到按照鱼的摄食需求，准确地设定控制单次下料量与下料间隔时间，即易于实现鱼的精准喂养，同时还可以避免饵料的浪费。

5.4 供电系统采用太阳能光伏发电，选用多晶硅太阳光电池，光电转换效率较高工作性能稳定，额定最大功率10W；选用12V太阳能专用7Ah胶体铅酸蓄电池储存电能。经过一个生产周期的应用，系统供电正常。在生产过程中虽然有时遇上阴雨天气，但是蓄电池供电始终充足，不但做到白天正常投饵，还可以满足晚间的正常照明。

5.5 整个用电系统采用12V直流供电，由于全部电器均在低压条件下运行，极大地提高了用电的安全性。由于每一组养殖生产单元都由独立的太阳能发电控制系统独立供电，极大地提高了设施运行的可靠性。每一组投饵设备相互独立又可以做到统一控制，由于采用了无线遥控装置，因此使得系统变得更加简单，应用更加灵活，同时节省了大量的电线电缆。

[1]阳贵恒，强生泽，等编著.太阳能光伏发电系统及其应用[M].北京：化学工业出版社，2011，5.

[2]谢建，马勇刚主编.太阳能光伏发电工程实用技术[M].北京：化学工业出版社，2010，8.

[3]李瑞生，周逢权，李燕斌编著.地面光伏发电系统及应用[M].北京：中国电力出版社，2011，9.

[4]孙广明，付志茹，谢刚，等.模块化理论在池塘设施化养殖中的应用实践[J].价值工程，2014，5.

[5]孙广明，等.池塘设施集约化养殖模式运行效果试验[J].当代水产，2012，4.

[6]王玉堂主编.网箱养鱼高产技术[M].北京：农村读物出版社，1995，1.