鄒玉波 王彥良

遼陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧遼陽(yáng)0 111004

摘要 本文針對(duì)魚塘增氧機(jī)的自動(dòng)控制進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性研究。魚塘增氧機(jī)的主要作用是通過對(duì)水的的攪動(dòng)，排除水中有害氣體，增加水中的氧氣，但人工控制增氧機(jī)工作，如不及時(shí)不能達(dá)到效果，工作時(shí)間太長(zhǎng)又會(huì)過多的無(wú)效耗能。本文研究的通過對(duì)水中有害氣體的檢測(cè)，實(shí)施對(duì)增氧電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制裝置，既可做到及時(shí)供氧，又可以有效地減少電能的消耗。本控制器采用檢測(cè)-發(fā)射-接收-控制的基本思路，采用周期性發(fā)射控制，可以有效地節(jié)省發(fā)射電路的功耗。

關(guān)鍵詞 節(jié)能；甲烷；檢測(cè)；發(fā)射；接收；控制

中圖分類號(hào)O62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2012）61-0093-02

魚塘增氧機(jī)是確保水產(chǎn)品正常養(yǎng)殖的重要設(shè)備。在淡水養(yǎng)殖中，魚塘內(nèi)有時(shí)出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象，人們以往認(rèn)為是魚塘水中含氧量的減小，因此，人們采用在水面下安裝葉輪螺旋式魚塘增氧機(jī)，讓濺起的水滴在空氣中運(yùn)動(dòng)將空氣中的氧帶回到水中，并以此提高水中的含氧量。在魚塘里增設(shè)這種增氧機(jī)確實(shí)避免了出現(xiàn)大面積死魚的現(xiàn)象，按照上述推想，增大帶動(dòng)螺旋槳電動(dòng)機(jī)功率，會(huì)有效提高水中的氧含量，但經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試得知，采用3KW的電機(jī)，與采用1.5K的電機(jī)相比，對(duì)水中的含氧量并沒有明顯提高。那么，增設(shè)魚塘增氧機(jī)為什么能避免出現(xiàn)大面積死魚的現(xiàn)象呢？

與流動(dòng)的活水養(yǎng)殖不同，淡水的魚塘養(yǎng)殖通常是死水養(yǎng)殖。為了提高養(yǎng)殖效益，人們通常取高養(yǎng)殖密度，這樣就要每天投入大量的魚食。根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象的不同，這些投入的魚食可能是動(dòng)物性（如粉碎的雞腸）或植物性（如農(nóng)作物的顆粒）食料，這些食料經(jīng)魚消化最終變成糞便并不斷在魚塘底部聚積，與產(chǎn)生沼氣一樣，在一定的溫度、壓力下產(chǎn)生甲烷等有害氣體，特別在高濕度、悶熱環(huán)境下，產(chǎn)生這些有害氣的濃度會(huì)不斷增大，魚塘內(nèi)的魚會(huì)隨著有害氣體的上升出現(xiàn)浮頭、跳出水面的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象，給魚農(nóng)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，增氧機(jī)的作用主要是通過對(duì)水的攪動(dòng)排除水中諸如甲烷等有害氣體，為魚提供正常的生存環(huán)境。

東北地區(qū)增氧機(jī)從每年從5月份開始一直可能工作到10月份，一般每天增氧電機(jī)連續(xù)工作8小時(shí)。鑒于上述分析結(jié)果，在避免大面積死魚的同等條件下，采用1.5kW的電機(jī)要比采用3kW的電機(jī)，要較小一半的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

在當(dāng)今倡導(dǎo)節(jié)能、環(huán)保的大環(huán)境下，我們有必要依靠科技進(jìn)步，將魚塘增氧機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，進(jìn)一步減小增氧機(jī)消耗的電能。

從魚塘內(nèi)產(chǎn)生出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象的機(jī)理分析中可以得出這樣的結(jié)論：在不產(chǎn)生甲烷等有害氣體時(shí)，增氧的電機(jī)是沒有必要開啟的，否則要白白地浪費(fèi)電能。為了使魚塘增氧機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，我們有必要利用傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)魚塘水中甲烷氣體濃度進(jìn)行測(cè)量，只要其濃度超過一定數(shù)值，就開啟電機(jī)；當(dāng)濃度低于一定數(shù)值時(shí)，關(guān)閉電機(jī)。這樣我們就達(dá)到了節(jié)能、環(huán)保的目的。

對(duì)魚塘增氧機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，要解決如下問題：

1水中甲烷氣體的采集與濃度測(cè)量

對(duì)甲烷氣體的濃度測(cè)量，通?？梢圆捎眉訜嵝汀⒎羌訜嵝蛢煞N傳感器?；趥鞲衅魇褂渺`敏度、環(huán)境、電路成本、壽命等因素，我們建議采用TP-1.1A非加熱型傳感器。一般農(nóng)家用甲烷氣度濃度為60%左右，而TP-1.1A傳感器可以對(duì)濃度超過0.03%的甲烷氣體具有很好的敏感性。

無(wú)論是采用那種類型傳感器，由于它們都是直接測(cè)量氣態(tài)的甲烷濃度，我們必須將水中的甲烷通過甲烷收集裝置收集氣體，實(shí)現(xiàn)在氣室內(nèi)測(cè)量，甲烷氣體收集裝置圖1所示。

從外觀上看，甲烷收集裝置呈傘狀，在傘內(nèi)根部有向上的通氣孔。將甲烷收集裝置傘面下端與救生圈固定在一起，并漂浮放置到水面上，一方面，對(duì)應(yīng)傘面面積下上浮的甲烷氣體，會(huì)沿著傘內(nèi)部的斜面經(jīng)通氣孔進(jìn)入傘端上部的氣室，TP-1.1A傳感器就放置在這里；另一方面“水漲船高”，避免因下雨、對(duì)塘內(nèi)灌水等因素使水灌入氣室淹傳感器而影響正常工作。

下視局部圖軸向四分之一圓周剖視圖

2無(wú)線通訊與電源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題

甲烷收集裝置連同傳感器是要放置到水面上的，當(dāng)傳感器檢測(cè)到甲烷氣體后，可通過無(wú)線發(fā)射電路將信號(hào)傳送到岸邊的陸地上，利用無(wú)線接收裝置實(shí)施對(duì)電機(jī)啟?？刂?。魚塘增氧機(jī)自動(dòng)控制器的安裝示意如圖2所示。

無(wú)線通訊可以采用市場(chǎng)上銷售的現(xiàn)成收發(fā)模塊，一套收發(fā)模塊價(jià)格一般在20元左右，傳送距離一般在500m以內(nèi)。通常在一個(gè)魚塘內(nèi)可有多臺(tái)增氧機(jī)，而有些漁農(nóng)可能有幾個(gè)魚塘，從地域分布上，自家魚塘的附近可能還有其他漁農(nóng)的魚塘，如果收發(fā)頻率相同，勢(shì)必造成信號(hào)的干擾，影響控制效果。為解決這一問題，可利用收發(fā)模塊的編碼特性，通常收發(fā)模塊電路板上有8個(gè)可短路點(diǎn)，通過短路焊接相同位置可實(shí)現(xiàn)收發(fā)模塊編碼的一致。只有編碼相同的收、發(fā)模塊才能正常使用。從數(shù)量上看，2的8次方有256種編碼，為有效利用編碼，對(duì)一個(gè)魚塘可以采用一發(fā)多收方案，顯然這降低了系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)橐坏﹤鞲衅骰虬l(fā)射電路有故障，這個(gè)魚塘內(nèi)的所有增氧機(jī)都會(huì)不工作，因此建議采用二發(fā)多收方案，雖然冗余，但可靠性較高。

傳感器以及無(wú)線發(fā)射電路的電源，可以采用太陽(yáng)能電池作為電源，但成本較高，通?？梢允褂酶呻姵刈鳛殡娫矗杀据^低，一般一個(gè)月要更換一次。為延長(zhǎng)干電池工作時(shí)間，考慮到傳感器檢測(cè)工作的連續(xù)性，并且TP-1.1A傳感器為非加熱型，功耗相對(duì)加熱型要低，因此，只在無(wú)線發(fā)射電路上采用定時(shí)間歇式工作方式，由555振蕩器件實(shí)現(xiàn)的方波信號(hào)實(shí)施控制。當(dāng)傳感器檢測(cè)到氣體信號(hào)后，只在方波高電平期間發(fā)射，而在方波低電平期間不發(fā)射，理論上講可以節(jié)約電池一半的能量。

圖3給出了采用TP-1.1A傳感器的檢測(cè)、發(fā)射控制電路原理圖。在由電源E、傳感器TP-1.1A、電阻R1的回路中，電阻R1兩端的電壓與被檢測(cè)氣體的濃度成正比；而比較器Q1、電阻R2-R6、三極管T1、電容C2實(shí)現(xiàn)快速結(jié)束因TP-1.1A長(zhǎng)期存放所導(dǎo)致的固有不穩(wěn)定期。R7-R8分壓電阻決定了監(jiān)控點(diǎn)氣體濃度所對(duì)應(yīng)的電壓。電容C1、C2起濾波作用。比較器Q2、電阻R9-R12、三極管T2、繼電器J實(shí)現(xiàn)超過設(shè)定（濃度）電壓的發(fā)射電路電源的控制。二極管D1實(shí)現(xiàn)對(duì)三極管T2的保護(hù)作用。方波電壓經(jīng)D2引入后實(shí)現(xiàn)定時(shí)間歇式工作方式，當(dāng)方波電壓處于低電平狀態(tài)時(shí)，如果Q2比較后的電壓為高電平（需要接通電動(dòng)機(jī)電源），但由于D2的導(dǎo)通使三極管T2處于截止?fàn)顟B(tài)，不能接通發(fā)射電路的電源，而在方波電壓處于高電平狀態(tài)時(shí)，由于D2反向接入，T2能否導(dǎo)通取決于比較后的Q2輸出電壓。因此，能否發(fā)射信號(hào)有兩個(gè)條件：一個(gè)是檢測(cè)的濃度對(duì)應(yīng)的電壓高于設(shè)定的電壓；另一個(gè)是只在方波電壓處于高電平狀態(tài)時(shí)。

我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今后會(huì)出現(xiàn)一大批機(jī)電結(jié)合產(chǎn)品，在解決具體問題的過程中，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的、低碳環(huán)保的、科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。

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