CN102830686B

CN102830686B - 一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统

Info

Publication number: CN102830686B
Application number: CN201210349325.1A
Authority: CN
Inventors: 罗昌林; 周庆芳
Original assignee: CHONGQING GENSEN ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: CHONGQING GENSEN ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: CN102830686A

Abstract

本发明公开了一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，包括主控制器和多个用于控制拦鱼的节点控制器，所述主控制器通过CAN总线与各个节点控制器连接，监控节点控制器的工作状态；主控制器包括主微处理器、操作与显示处理模块和开关电源模块，所述操作与显示处理模块与主微处理器连接，通过主微处理器选择节点控制器并显示该节点控制器的工作状态，开关电源模块与主微处理器连接，接受主微处理器的控制并给节点控制器供电。该控制系统能实现较多拦鱼设备的统一监控，减少拦鱼失控时间；具有自动适应各种水域的能力，拦鱼效果较好，具有长期免维护性和长年连续不停机工作的能力。

Description

一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统

技术领域

本发明属于水域养殖业使用的自动化设备技术领域，具体涉及一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统。

背景技术

上个世纪90年代，在经济利益的驱使下，中国大地上掀起一股湖中网箱养鱼的狂潮，由于网箱养鱼过程中鱼粪及剩余饵料的长期沉积，使碧波荡漾的湖水水质遭到严重破坏，直接威胁着中国百姓的饮用水安全。在21世纪初，全国各地在政府部门的监管下，开始了全国上下的治理湖水的工作。据重庆新闻报道，作为西南地区最大的人工淡水湖，长寿湖是上个世纪50年代截断龙溪河而成的，湖内200多个岛屿星罗棋布，湖汊纵横，风光秀丽；但是经过网箱养鱼后，湖水水质遭到了严重破坏，但网箱养鱼拆除后，长寿湖水质通过自然净化正在逐步好转，据长寿区环保部门监测，长寿湖水质已从劣V类恢复到了Ⅲ类水质，较网箱养鱼拆除前发生了明显变化。2012年7月14日，温家宝总理在川视察时作了重要讲话，在谈到“巩固和加强农业基础地位，促进农业稳定发展和农民持续增收”时指出：“依托江河、池塘等水域，大力发展高产、优质、生态水产养殖业。”

为了能在发展水域养殖业的同时，又不污染水域的水质，人们发明了隐形的拦鱼设备，现有的拦鱼设备的控制系统一般采用无网络结构的多个单独的控制器实现，如公开号为CN102096379的智能式深水赶鱼/拦鱼主控器，每台拦鱼设备内的主控器的控制区域极为有限，如果在大面积养殖时则需要较多拦鱼设备，而各个拦鱼设备之间相互独立，不能统一监控，需要专人巡视是否有拦鱼设备的主控器出故障，如果某个拦鱼设备发出故障报警（即拦鱼失控），巡视人需要较长的时间从多个拦鱼设备中找出故障设备，拦鱼失控时间较长，较多的鱼会在失控时间内逃脱，损失较大；上述主控器不具有自适应能力，不管水域内（如海水、淡水等）的水质电导率如何，其控制的水下的电极产生的脉冲电场只能通过人手工调节（即手动选择变压器的抽头），而人无法准确判断水质的电导率，从而导致拦鱼效果不好，鱼容易逃脱；上述主控器控制的水下的电极长期使用后，其表面容易被氧化或钙化，电极表面被氧化或钙化后，电极性能不稳定（即产生的脉冲电场不稳定），需要定期进行维护，以保证其拦鱼效果，操作麻烦；上述主控器中采用一个变压器对单向交流电源进行变压并提供电源给主控器，如果电源出现异常或故障造成主控器不能工作时，拦鱼设备会失效，需要维修后才能使用，无法满足长年连续不间断使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，以实现较多拦鱼设备的统一监控，减少巡视人员的工作量，减少拦鱼失控时间，减小损失。

本发明所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，包括主控制器和多个用于控制拦鱼的节点控制器，所述主控制器通过CAN总线与各个节点控制器连接，监控节点控制器的工作状态；主控制器包括主微处理器、操作与显示处理模块和开关电源模块，所述操作与显示处理模块与主微处理器连接，通过主微处理器选择节点控制器并显示该节点控制器的工作状态，开关电源模块与主微处理器连接，接受主微处理器的控制并给节点控制器供电。

进一步，所述节点控制器包括节点微处理器、受控升压模块、储能模块、电子开关模块、输出端口和输出短路检测模块，所述受控升压模块与主控制器的开关电源模块连接，将开关电源模块提供的直流电压升压，储能模块与受控升压模块连接，接受经受控升压模块升压后的直流电压的充电，电子开关模块与节点微处理器连接，接受节点微处理器的导通/断开控制，电子开关模块与储能模块和输出端口连接，在导通时将储能模块中储存的电压传送给输出端口，输出端口与水下的电极连接，将电子开关模块导通/断开传来的脉冲电压信号传给水下的电极形成脉冲电场，输出短路检测模块与输出端口连接，检测输出端口连接的电极是否短路，输出短路检测模块与节点微处理器和电子开关模块连接，将检测结果送入节点微处理器判断，节点微处理器在电极短路的情况下控制电子开关模块断开，同时输出短路检测模块强制电子开关模块断开。

进一步，为了使节点控制器具有自动适应不同水域（该不同水域内水质的电导率不同）的能力，一用于检测水质电导率的电导检测模块与节点微处理器连接，将检测到的水质电导率信息送入节点微处理器判断，节点微处理器与受控升压模块连接，控制受控升压模块，使其将开关电源模块提供的直流电压升压为与水质电导率信息相对应的直流电压。

进一步，为了减少水下电极表面的氧化和钙化，提高电极性能稳定性，在电子开关模块与输出端口之间连接有极性反转模块，该极性反转模块与节点微处理器连接，在节点微处理器的控制下改变由储能模块经电子开关模块传送来的电压的极性，经输出端口后改变水下电极的极性。

进一步，为了避免因电源故障而使拦鱼设备不能长年连续不间断工作，所述开关电源模块包括电控开关组、开关电源组和输出电压检测组，电控开关组具有多个电控开关，开关电源组具有多个与电控开关一一对应的开关电源；电控开关组与主微处理器连接，接收主微处理器对每个电控开关的分时分组导通/断开控制，开关电源组与电控开关组连接，在电控开关导通时开启与之相对应的开关电源，输出电压检测组与开关电源组连接，检测开关电源组内各开关电源的输出电压，输出电压检测组与主微处理器连接，将检测到的输出电压转换后送入主微处理器判断，主微处理器判断后在某个开关电源有异常的情况下控制电控开关组内另外的电控开关导通，启用其对应的开关电源。

进一步，一显示柱模块与主微处理器连接，在主微处理器的控制下显示开关电源组内开关电源是否有异常，一报警模块与主微处理器连接，在出现故障时发出声光报警。

进一步，所述操作与显示处理模块由键盘和计算机构成，所述键盘与主微处理器连接，给主微处理器选择信号，所述计算机与主微处理器通过串行口连接，显示从主微处理器传来的节点控制器的工作状态及故障信息，并将各种工作状态信息存入计算机的状态几率数据库中，达到异地远程监控的目的。

进一步，为使各节点控制器具有良好的工作环境，在每个节点控制器旁边都设有温度传感器和散热模块，所述散热模块包括散热器、风扇和驱动器，所述温度传感器与散热器连接，检测散热器表面的温度，温度传感器与驱动器连接，将检测到的温度送入驱动器，驱动器与风扇连接，控制风扇启停。

本发明具有如下优点：

（1）主控制器与多个节点控制器通过CAN总线进行通信，实现了主控制器对各节点控制器工作状态的统一监控（比如在10KM内可采用两根动力线传输和双绞线网络传输，如需增加距离可增加网络中继器即可实现），节点控制器一旦出现故障，主控制器通过其报警模块报警，并通过计算机显示出具体故障节点控制器位图，起到了高效拦鱼的作用，减少了巡视人员的工作量，减少了拦鱼失控时间，从而减小了因拦鱼失控，鱼逃跑而造成的损失。

（2）节点控制器内采用输出短路检测模块和节点微处理器在水下电极短路时同时使电子开关模块断开，实现了双重的安全保护。

（3）节点控制器内的电导检测模块能现场实时检测水质电导率，节点微处理器对检测数据进行分析并控制受控升压模块，调节储能模块充电电压的大小，从而控制了水下电极的脉冲信号电压强度，使节点控制器具有了自动适应各种水域（如淡水、海水等）的能力，具有该控制系统的拦鱼设备拦鱼效果较好，鱼不容易逃脱。

（4）节点控制器内的极性反转模块能改变由储能模块经电子开关模块传送来的电压的极性，经输出端口后改变了水下电极的极性，从而减少了水下电极使用中的吸附物，减少了水下电极表面的氧化和钙化，提高了电极性能的稳定性，使水下的电极具有长期免维护性。

（5）开关电源模块分时分组给各节点控制器供电，实现了拦鱼设备的控制系统长年连续不停机工作。

本发明充分发挥了现代电子控制技术，强化了水域生态建设，不断的增强了渔业可持续发展能力，为渔业的科学养殖、维护生态提供了一种重要的手段。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明中主控制器的电路原理框图。

图3为本发明中节点控制器的控制原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，包括主控制器1、多个用于控制拦鱼的节点控制器2和设在每个节点控制器2旁边的温度传感器3和散热模块4，主控制器1通过CAN总线与各个节点控制器2连接，监控各节点控制器2的工作状态；散热模块4包括散热器、风扇和驱动器，温度传感器3与散热器和驱动器连接，检测散热器表面的温度并将其送入驱动器，驱动器与风扇连接，根据散热器表面的温度控制风扇启停。

主控制器1包括主微处理器11、电控开关组12、开关电源组13、输出电压检测组14、显示柱模块15、报警模块16、键盘17、计算机18和CAN总线接口19，电控开关组12具有多个电控开关，开关电源组13具有多个与电控开关一一对应的开关电源；其中，CAN总线接口19与主微处理器11连接，接收从CAN总线上传来的信息，并下发索要节点控制器工作状态信息，电控开关组12与主微处理器11连接，接收主微处理器11对每个电控开关的分时分组导通/断开控制，开关电源组13与电控开关组12连接，在电控开关导通时开启与之相对应的开关电源，输出电压检测组14与开关电源组13和主微处理器11连接，检测开关电源组13内各开关电源的输出电压，并将其转换后送入主微处理器11判断，主微处理器11判断后在某个开关电源有异常的情况下控制电控开关组12内另外的电控开关导通，启用其对应的开关电源，显示柱模块15与主微处理器11连接，在主微处理器11的控制下显示开关电源组13内开关电源是否有异常，报警模块16与主微处理器11连接，在控制系统出现故障时发出声光报警，键盘17与主微处理器11连接，给主微处理器11选择信号，计算机18通过串行口与主微处理器11连接，显示从主微处理器11传来的节点控制器的工作状态及故障信息，并将各种工作状态信息存入计算机18的状态几率数据库中。

每个节点控制器2包括节点微处理器21、受控升压模块22、储能模块23、电子开关模块24、输出端口25、输出短路检测模块26、电导检测模块27、极性反转模块28和CAN总线节点接口29，受控升压模块22内包含有脉冲信号发生器和充电电容，储能模块23具有充满电后自动断开充电电路的电子开关，输出短路检测模块26具有强制断开电子开关模块24内电子开关的电路；其中，CAN总线节点接口29与节点微处理器21连接，接收从CAN总线上传来的信息，并上传自身工作状态信息，电导检测模块27与节点微处理器21连接，将检测到的水质电导率信息送入节点微处理器21判断，受控升压模块22与节点微处理器21和主控制器1内的开关电源组13连接，在节点微处理器21的控制下将开关电源组13提供的直流电压升压为与水质电导率信息相对应的直流电压，储能模块23与受控升压模块22连接，接受经受控升压模块22升压后的直流电压的充电，电子开关模块24与节点微处理器21、储能模块23和极性反转模块28连接，接受节点微处理器21的导通/断开控制，并在电子开关导通时将储能模块23中储存的电压传送给极性反转模块28，极性反转模块28与节点微处理器21和输出端口25连接，在节点微处理器的控制下改变由储能模块23经电子开关模块24传送来的电压的极性，输出短路检测模块26与输出端口25、节点微处理器21和电子开关模块24连接，检测输出端口连接的电极是否短路，并将检测结果送入节点微处理器21判断，在电极短路的情况下控制电子开关模块24内的电子开关断开，同时输出短路检测模块26强制电子开关模块24内的电子开关断开。

在将上述控制系统用于拦鱼设备中时，各节点控制器2内的输出端口25与相应区域水下的电极5连接，电导检测模块27的检测部伸入水下检测该区域水质的电导率。

本发明的工作过程如下：

首先，开启主控制器1的电源，工作人员通过键盘17按键选择确定向主微处理器11提供状态信号，主微处理器11接收键盘17来的状态信号，并对该信号进行处理后送CAN总线接口19，通过CAN总线向各节点控制器2发出工作模式确定的命令信息，确定该节点控制器2的工作模式（即汛期或非汛期，在汛期和非汛期，拦鱼区域内水质电导率以及水流速不同，节点控制器内部程序设定有相应的控制条件）。

其次，主微处理器11对电控开关组12进行控制，确定导通或断开其中的电控开关，被导通的电控开关对应的开关电源开启，输出电压检测组14提取对应开关电源的输出电压，将开关电源的状态转换成适应主微处理器11识别的数字信号，传送给主微处理器11判断；如果该开关电源正常，则启动显示柱模块15发出闪烁的光柱，同时，主微处理器11通过内部设定的时间曲线，分时分组将开关电源组内的开关电源提供给节点控制器2；如果该开关电源有异常，主微处理器11将出现异常的开关电源编号送到计算机18，工作人员在计算机屏幕上能看到故障的可能性文字说明，并启动报警模块16发出声光报警，同时，主微处理器11开启另外未被导通的电控开关，启用该电控开关对应的开关电源给节点控制器2供电。

再次，主微处理器11通过CAN总线接口19向节点控制器2发出索要节点控制器状态信息的命令信息，节点微处理器21通过CAN总线节点接口29接收到该信息，并进行如下处理：节点微处理器21读取电导检测模块27检测到的水质电导率数据并进行运算，根据运算结果输出控制受控升压模块22内的脉冲信号发生器产生脉冲给充电电容充电，从而将开关电源提供的直流电压升压为与水质电导率相对应的直流电压；然后该直流电压给储能模块23充电，当储能模块23充电完成后自动断开与受控升压模块22的连接，节点微处理器21按照设定的频率控制电子开关模块24内的电子开关导通、断开，储能模块23给极性反转模块28脉冲电压，极性反转模块28将该脉冲电压输出给输出端口25，输出端口25将该电压传给水下的电极5，电极5获得脉冲电压，形成脉冲电场（即隐形拦鱼网）拦鱼，输出短路检测模块26实时检测水下的电极是否短路，并将检测结果送入节点微处理器21判断，如果电极5短路，节点微处理器21控制电子开关模块24内的电子开关断开，同时输出短路检测模块26强制电子开关模块24内的电子开关断开；节点微处理器21也可以按照设定的周期控制极性反转模块28改变从电子开关模块24传来的电压的方向，使水下电极的电压反向，形成的脉冲电场方向改变，以减少电极表面的氧化或钙化。

最后，节点微处理器21经上述处理后通过CAN总线节点接口29上传节点控制器的工作状态信息；如果节点控制器一切正常，则主微处理器11将工作状态信息通过串行口送到计算机17，工作人员在计算机屏幕上就能看到节点控制器运行正常的文字说明；如果主微处理器11没有收到任何一个节点控制器的回答信息，则表明CAN总线故障，此时，主微处理器11启动报警模块16发出声光报警，并将处理信息送到计算机17，工作人员在计算机屏幕上能看到故障的可能性文字说明；如果主微处理器11收到节点控制器的回答信息不全，表明未发出回答信息的节点控制器处可能存在CAN总线节点接口链接线断裂或者CAN总线节点接口连接头脱落或接触不良或者节点控制器损坏等故障，主微处理器11启动报警模块16发出声光报警，并将处理信息送到计算机17，工作人员在计算机屏幕上显示的位图能看到故障位置及故障可能性的文字说明；如果主微处理器11收到某个节点控制器的回答信息中含有故障标识，表明该节点控制器存在动力线断裂或者动力线连接头脱落或接触不良或者连接线短路等故障，主微处理器11启动报警模块16发出声光报警，并将处理信息送到计算机17，工作人员在计算机屏幕上显示的位图能看到故障位置及故障可能性的文字说明。

在整个工作过程中，温度传感器3和散热模块4都一直工作，为节点控制器2提供良好的工作环境。

Claims

1. 一种基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，包括多个用于控制拦鱼的节点控制器（2），其特征是：还包括主控制器（1），所述主控制器（1）通过CAN总线与各个节点控制器（2）连接，监控节点控制器的工作状态；主控制器（1）包括主微处理器（11）、操作与显示处理模块和开关电源模块，所述操作与显示处理模块与主微处理器连接，通过主微处理器选择节点控制器并显示该节点控制器的工作状态，开关电源模块与主微处理器连接，接受主微处理器的控制并给节点控制器供电。

2.根据权利要求1所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：所述节点控制器（2）包括节点微处理器（21）、受控升压模块（22）、储能模块（23）、电子开关模块（24）、输出端口（25）和输出短路检测模块（26），所述受控升压模块与主控制器的开关电源模块连接，将开关电源模块提供的直流电压升压，储能模块与受控升压模块连接，接受经受控升压模块升压后的直流电压的充电，电子开关模块与节点微处理器连接，接受节点微处理器的导通/断开控制，电子开关模块与储能模块和输出端口连接，在导通时将储能模块中储存的电压传送给输出端口，输出端口与水下的电极连接，将电子开关模块导通/断开传来的脉冲电压信号传给水下的电极形成脉冲电场，输出短路检测模块与输出端口连接，检测输出端口连接的电极是否短路，输出短路检测模块与节点微处理器和电子开关模块连接，将检测结果送入节点微处理器判断，节点微处理器在电极短路的情况下控制电子开关模块断开，同时输出短路检测模块强制电子开关模块断开。

3.根据权利要求2所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：一用于检测水质电导率的电导检测模块（27）与节点微处理器（21）连接，将检测到的水质电导率信息送入节点微处理器判断，节点微处理器（21）与受控升压模块（22）连接，控制受控升压模块将开关电源模块提供的直流电压升压为与水质电导率信息相对应的直流电压。

4.根据权利要求3所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：在电子开关模块（24）与输出端口（25）之间连接有极性反转模块（28），该极性反转模块与节点微处理器（21）连接，在节点微处理器的控制下改变由储能模块经电子开关模块传送来的电压的极性，经输出端口后改变水下电极的极性。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：所述开关电源模块包括电控开关组（12）、开关电源组（13）和输出电压检测组（14），电控开关组具有多个电控开关，开关电源组具有多个与电控开关一一对应的开关电源；电控开关组（12）与主微处理器（11）连接，接收主微处理器对每个电控开关的分时分组导通/断开控制，开关电源组（13）与电控开关组（12）连接，在电控开关导通时开启与之相对应的开关电源，输出电压检测组（14）与开关电源组（13）连接，检测开关电源组内各开关电源的输出电压，输出电压检测组（14）与主微处理器（11）连接，将检测到的输出电压转换后送入主微处理器判断，主微处理器判断后在某个开关电源有异常的情况下控制电控开关组内另外的电控开关导通，启用其对应的开关电源。

6.根据权利要求5所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：一显示柱模块（15）与主微处理器（11）连接，在主微处理器的控制下显示开关电源组内开关电源是否有异常，一报警模块（16）与主微处理器（11）连接，在隐形拦鱼控制系统出现故障时发出声光报警。

7.根据权利要求6所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：所述操作与显示处理模块由键盘（17）和计算机（18）构成，所述键盘（17）与主微处理器（11）连接，给主微处理器选择信号，所述计算机（18）与主微处理器（11）连接，显示从主微处理器传来的节点控制器的工作状态及故障信息。

8.根据权利要求7所述的基于网络结构的隐形拦鱼控制系统，其特征是：在每个节点控制器（2）旁边都设有温度传感器（3）和散热模块（4），所述散热模块包括散热器、风扇和驱动器，所述温度传感器与散热器连接，检测散热器表面的温度，温度传感器与驱动器连接，将检测到的温度送入驱动器，驱动器与风扇连接，控制风扇启停。