王紅超 魏茂春

(廈門海洋職業(yè)技術學院，福建 廈門 361000)

近幾十年來，世界水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛。目前養(yǎng)殖業(yè)者多為小戶養(yǎng)殖和經驗養(yǎng)殖，養(yǎng)殖設備比較落后。養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的事項比較繁瑣，撐著小船或者坐著泡沫板拉著繩子喂料或灑藥，已成為水產養(yǎng)殖人每天的固定流程，但這費時費力，且常受日曬雨淋。在實際養(yǎng)殖過程中盲目投放餌料，會造成餌料沉積、水質富營養(yǎng)化，既污染水體，又存在較高的養(yǎng)殖風險。此外，實際養(yǎng)殖中還有人力成本高、水產疾病處理不科學、水產品質量管理效果差等問題。因此，我們根據漁農的實際需求，趕上設備技術創(chuàng)新的步伐，致力于水產養(yǎng)殖設備的研發(fā)、產業(yè)化生產與市場投放，幫助漁農解決喂料施藥、水質監(jiān)測和視頻監(jiān)控等問題。

一、研究現狀

目前在無人船研究方面，呂揚民等(2019)做了水質監(jiān)測無人船路徑規(guī)劃方法研究；何金(2019)研發(fā)了無人船，可以巡航、投餌、噴藥、檢測水質和預警(圖1)。

圖1 水產養(yǎng)殖用無人船

在水產養(yǎng)殖過程中，視頻監(jiān)控、水質監(jiān)測、餌料投喂和施藥是一項非常重要的日常工作。由于水生生物的生活習性，決定了其在高密度養(yǎng)殖的情況下需要全塘均勻投料或施藥，并實時監(jiān)測水質變化。水產養(yǎng)殖、污水凈化等涉水投料工作過程存在人身安全隱患、效率低下、人工成本高等諸多問題。在一些規(guī)模不大的養(yǎng)殖場中，一般采用人工投料或施藥，投料時，人劃小船沿池塘邊環(huán)形移動，再通過設在小船上的投餌機將餌料投向池塘邊的水中。但是該方法會比較麻煩和費力，而且投料和施藥地點易隨劃船運行變化而改變，影響投料和施藥效果。部分養(yǎng)殖戶開始采用在線監(jiān)測設備，但是往往只能監(jiān)測一個點，如果池塘比較大則不能監(jiān)測各處的水質情況。

二、項目軟硬件系統(tǒng)設計

本項目研發(fā)的養(yǎng)殖專用無人船，可替代大部分人工勞動，采用模塊化設計，具備遙控巡航、視頻監(jiān)控、水質監(jiān)測、餌料投喂和施藥等功能。其中遙控巡航功能由購買的遙控器和接收機實現，遙控距離約500米。視頻監(jiān)控功能使用水下攝像頭實現，可以把水下拍攝的視頻畫面無線傳輸到岸上的監(jiān)視器上，方便養(yǎng)殖戶實時觀察水下魚的生長情況。水質監(jiān)測可以測量水的pH、水溫、溶氧等參數，傳感器測量得到的信號通過遠程測控終端實時傳輸到后臺服務器上，測控終端如圖2所示，技術指標如表1所示。

圖2 遠程測控終端

投餌料功能通過改造購買的投餌機實現，將投餌機固定在船體上，將投餌機拆解，投餌機驅動部分采用直流減速電機，直接采用直流驅動板驅動即可。驅動電路及單片機控制電路如圖3 所示，單片機采集遙控接收板上兩個開關的信號，一個用于控制投餌機的開啟和關閉，另一個用于控制施藥水泵的開啟和關閉。投餌機和施藥水泵都是采用直流電機驅動，故電路板上集成了一個直流電機驅動模塊，可以驅動兩個直流電機。另外，電路板上集成了一個數碼管用于顯示控制信息，一個蜂鳴器模塊用于故障報警，還預留有一些端口可以擴展新的功能。

表1 測控終端技術指標

三、小結

本研究的主要內容是研制一套水產養(yǎng)殖用無人船樣品，可以遙控控制，最遠遙控距離約300米，研究的具體內容和技術考核指標如下。

圖3 單片機控制電路

1.實現視頻監(jiān)控功能。通過水產養(yǎng)殖專用攝像機將池塘各處的圖像傳輸到岸上的監(jiān)視器，可以讓養(yǎng)殖戶直觀地看到水質、魚蝦活動等情況。

2.實現投喂餌料功能。使用投餌裝置，實現定點定量投放，有效降低餌料殘留，改善水質和節(jié)省人力，進一步降低養(yǎng)殖成本和養(yǎng)殖風險。

3.投喂藥品。液體原藥水下自動稀釋，讓每一方水盡可能施藥均勻。

4.水質檢測。測量水溫、溶氧、pH 等水產養(yǎng)殖業(yè)常檢水質參數，并將數據實時傳輸到后臺服務器上。