郭子興 郝國凱 張夢潁

摘要：2016年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量萬噸，其中水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量6901.25萬噸，占全國水產(chǎn)品總量的65.1%;海水養(yǎng)殖面積2166.72千公頃，淡水養(yǎng)殖面積6179.62千公頃。我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展如此迅猛，而現(xiàn)階段的水產(chǎn)養(yǎng)殖卻存在著許多問題，最嚴(yán)峻最致命的問題還是水質(zhì)的問題。而目前市面上主要有大型無人船檢測和固定式浮標(biāo)檢測兩種，且都有其致命缺陷。針對這種現(xiàn)象我們設(shè)計了一種新型的智能水域環(huán)境監(jiān)測平臺——基于GPS定位可移動的智能水域水質(zhì)檢測平臺。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖;水污染;水質(zhì)檢測

1 項目背景與研究意義：

目前，全球供人類消費的水產(chǎn)品約4800萬噸，僅45%源自水產(chǎn)養(yǎng)殖，而全球人口2030年將增加20億人口，如果人均消費量維持不變的話，所需水產(chǎn)品將增至約8500萬噸。由于傳統(tǒng)捕撈漁業(yè)已達(dá)到最大產(chǎn)量水平，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖是填補水產(chǎn)品供需缺口的唯一途徑。中國作為人口大國，漁業(yè)資源更顯得匱乏，因此發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖是我國水產(chǎn)業(yè)的必然趨勢。其次，由于我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)最主要的養(yǎng)殖形式是農(nóng)戶個體自營，因此相比于現(xiàn)在市面上價格昂貴操作復(fù)雜的定點采樣和無人船等水質(zhì)檢測方法。

針對室外大范圍水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的水質(zhì)監(jiān)測問題，我們研發(fā)了一種新型的智能水域環(huán)境監(jiān)測平臺——基于GPS定位可移動的智能水域水質(zhì)檢測平臺。這是我們團(tuán)隊的自有發(fā)明專利，主要應(yīng)用于不同深度、不同水域的水質(zhì)監(jiān)測、魚群健康狀況監(jiān)測以及魚群安全防護(hù)等領(lǐng)域。

2 設(shè)計方案：

2.1控制系統(tǒng)設(shè)計部分

本水中監(jiān)測平臺擁具有水下自動搜尋，遙控控制、檢測水體渾濁度、檢測PH值、實時圖像傳輸、上位機(jī)獲取檢測信息等功能。機(jī)器系統(tǒng)分為三部分：水中監(jiān)測平臺、上位機(jī)信息采集、手持圖像傳輸設(shè)備。各部分關(guān)系如圖

以下將從上述三方面進(jìn)行闡述。

1.1運動控制原理

此處采用升壓模塊對直流電源進(jìn)行升壓，進(jìn)而給電機(jī)供電。機(jī)器人電機(jī)的控制信號，來源于單片機(jī)的根據(jù)采集到的人體熱釋傳感器的信號后處理得到的。

1.2通訊部分

1）數(shù)據(jù)采集

漁業(yè)用水質(zhì)監(jiān)測球形機(jī)器人在水下采集的數(shù)據(jù)為水體的濁度，PH 指標(biāo)。機(jī)器通過遙控或提前準(zhǔn)備好的運動方案進(jìn)行游動，將返回的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)將繪制并標(biāo)記出機(jī)器在水下的運動軌跡，并記錄每次數(shù)據(jù)傳輸時的水體檢測信息。當(dāng)不使用巡游模式時，可以通過遙控機(jī)器到待測地點采集水體信息。

2）上位機(jī)通訊

上位機(jī)由VB.Net編寫。上位機(jī)通過藍(lán)牙串口，接收每隔一段時間返回的水體和地址信息。并據(jù)此數(shù)據(jù)繪制機(jī)器運動軌跡和水體質(zhì)量分布。

3）手持圖傳設(shè)備

手持設(shè)備為接收機(jī)和顯示屏，可以實時觀察水下情況。因為在水下機(jī)器主體中攝像頭與圖傳發(fā)射器為獨立的系統(tǒng)，并不占用單片機(jī)的資源。因此處理能力更強(qiáng)。

2.2電子設(shè)計部分

殼體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計耐壓殼體主要用于承受水下壓強(qiáng)，為內(nèi)部控制電路、檢測模塊等電子元器件提供一個安全密封的環(huán)境。同時要保持機(jī)器人的外形不能發(fā)生變形，以提高球形機(jī)器人的水動力特性。所以，耐壓殼體需要具有足夠的強(qiáng)度和可靠密封性。水質(zhì)監(jiān)測平臺中有圖像傳輸模塊，故殼體需使用透明材料制成。通過比較常用材料的性能，并考慮質(zhì)輕、高強(qiáng)度、耐腐蝕、經(jīng)濟(jì)性等要求，選用亞克力材料。

耐壓殼體結(jié)構(gòu)形式主要包括球形，圓柱形，橢球形以及錐形等多種形式。本文采用球形殼體，由于應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中進(jìn)行監(jiān)測，故本文機(jī)器人不宜尺寸過大，以免對魚蝦產(chǎn)生影響，因而采用了微型機(jī)器人的尺寸進(jìn)行設(shè)計。為保證水中監(jiān)測平臺能夠在適用場合安全工作，對耐壓殼體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行了理論計算及軟件仿真，結(jié)果顯示滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計要求。

3市場應(yīng)用：

3.1水質(zhì)監(jiān)測

該水下檢測平臺通過自身攜帶的溫度、渾濁度、PH傳感器，進(jìn)行水域內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測，同時由于自身攜帶的GPS定位模塊，所以可以進(jìn)行多位置的精確定位的水質(zhì)監(jiān)測以及不同深度的精確水質(zhì)監(jiān)測。

3.2魚群檢測

由于該水質(zhì)監(jiān)測平臺自身攜帶的有攝像模塊，故可以根據(jù)機(jī)器人在水下針對魚群進(jìn)行干擾運動，通過魚群對于機(jī)器人干擾的躲避情況來判斷魚群是否健康，以及通過觀測水域內(nèi)魚類的死亡情況進(jìn)行判斷魚群是否患有疫情。

3.3網(wǎng)箱檢測

通過該檢測平臺所攜帶的攝像頭，針對于養(yǎng)殖時所使用的網(wǎng)箱進(jìn)行巡航檢測，檢測是否存在網(wǎng)箱破損情況

3.4短信發(fā)送

通過該檢測平臺的短信模塊以及GPS模塊，經(jīng)具體的地點信息，以及所對應(yīng)水域的PH、溫度、渾濁度等數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送至具體的負(fù)責(zé)人。

參考文獻(xiàn)：

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