CN106069994A - 自主移动式光伏射流增氧平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主移动式光伏射流增氧平台，包括船体，以及设置在船体上的主控室、方向控制室、电机仓、传动杆、射流增氧电机、叶轮、GPRS天线、超声波测距传感器、太阳能电池板及船篷；该主控室内设置有控制芯片、电源管理系统、GPRS传输模块、水质检测模块及电机驱动控制模块。本发明以太阳能为能源，应用多传感器融合技术实现自主定位、自主路劲规划、自主移动增氧等功能，又结合GPRS远程通信技术，与上位机实时通信，方便实时监控，实现水产养殖的农业自动化和智能化；同时拥有增氧效率高、成本低、覆盖水域更广等特点，能够有效提高水产品的产量与质量。

Description

自主移动式光伏射流增氧平台

技术领域

本发明涉及水产养殖的水体增氧装置技术领域，尤其涉及一种自主移动式光伏射流增氧平台。

背景技术

增氧机作为水产养殖的必备设备，对养殖管理中极为重要的环境因子溶解氧的调控起着重要作用。低溶解氧不仅直接影响鱼类的呼吸和生存，而且使水体产生大量氨氮、亚硝酸盐、甲烷、硫化氢等还原态有害物质，恶化水质环境。目前国内外常用的池塘增氧机械有叶轮式增氧机、水车式增氧机、微孔增氧机和涌浪机等，均为通过养殖池塘旁配电站的有线电缆送电，以常规电力作为供电方式的固定式增氧装置，其作用范围也有限，呈现出离增氧装置越远，增氧效果越弱的趋势，为了比较均匀地给池塘的各个区域增氧，需要间隔均匀地配置多台增氧机，设施的投入较大，给渔民造成了较大的负担。此外，养殖业主要在农村等偏远地区，电力紧张，且养殖水面较大，距离供电站较远，给增氧设备的动力配备带来困难。同时，电力增氧机均为有线电缆送电，对移动式增氧机的布置带来一定的困难，容易造成电缆相互缠绕。

中国大部分地区太阳能资源非常丰富，对太阳能资源的利用，可以充分发挥池塘自身的生态效应，更加符合“节能、环保、高效”的生产理念。

目前，市场上存在少量的移动式增氧机，也仅仅是一些遥控式，或者半自动式的，需要人为的进行遥控以及蓄电池的充电。例如专利申请 CN103039397A 依赖外接电源和电线供电，但是没有解决动力供应的问题；专利申请CN202476286U尽管采用太阳能供电，但是其增氧机并不具有节能的自主移动增氧的功能，也不具备有效针对性的增氧的能力，在现有水产养殖模式下，水产品对溶解氧的要求较高，依赖性较强，溶氧量不足会大大降低水产品产量；专利申请CN104737968A应用太阳能实现了自主移动增氧，由于采用水车式增氧方式，其水体表层增氧效果好，但对底层上升力不够大，对深水区增氧效果不理想，并且由于采用了多个太阳能供电的溶解氧检测模块，以覆盖整个水域检测，加上又应用GPS技术，成本投入较高，给渔民造成较大的经济负担。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种以太阳能为动力，为养殖水域自主移动式增氧的光伏射流增氧平台，本平台基于传感器融合技术，自动化、智能化程度高，无需人工操作，具有自主路径规划对整个养殖水域进行移动增氧的能力。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自主移动式光伏射流增氧平台，包括船体，以及设置在船体上的主控室、方向控制室、电机仓、传动杆、射流增氧电机、叶轮、GPRS天线、超声波测距传感器、太阳能电池板及船篷；

所述船篷垂直设置于船体上，所述太阳能电池板铺设于船篷上，所述GPRS天线垂直设置于船篷上，所述超声波测距传感器设置于船篷的边沿；

所述主控室，方向控制室，电机仓及射流增氧电机设置于船篷内；所述方向控制室内放置有转向电机，所述射流增氧电机放置于电机仓内，所述方向控制室通过传动杆与该射流增氧电机连接，射流增氧电机输出轴延伸至船体下方，并连接有所述叶轮；

所述主控室内设置有控制芯片，电源管理系统，GPRS传输模块，水质检测模块及电机驱动控制模块；所述太阳能电池板通过电源管理系统与控制芯片连接，所述控制芯片分别与GPRS传输模块的通信控制端，水质检测模块的信号输出端，超声波测距传感器的信号输出端，射流增氧电机的信号控制端，电机驱动控制模块的信号控制端及转向电机的信号控制端连接，所述电机驱动控制模块的信号输出端分别与射流增氧电机的信号输入端和转向电机的信号输入端连接；所述GPRS传输模块的通信输出端经GPRS天线与上位机无线连接。

本发明各模块或各部件的原理及作用如下：

控制芯片主要用于采集超声波测距传感器的离岸距离数据、光伏板发电状态数据和水质检测数据，能够根据超声波测距传感器检测的离岸距离信息计算分析其位置、自主规划增氧平台的移动轨迹，并控制方向控制室中的电机改变增氧电机的推流方向以及控制电机仓中射流增氧电机的启停，完成增氧平台的自主移动；控制芯片还能通过GPRS传输模块将上述采集的数据发送给地面站的上位机，以便岸上人员实时掌握鱼池增氧情况，于此同时地面站也能对水面增氧平台远程发送数据进行远程操控。

水质检测模块用于获取所在区域内水体的溶氧度状况，采集并发送至控制芯片，同时，也将该区域溶氧度状况通过GPRS传输模块传送给上位机。

GPRS传输模块用于接收上位机控制指令，以及将增氧平台采集的位置信息、水域溶解氧状况信息、太阳能电池板发电状况信息和增氧电机运转状况发送至地面站。

电源管理系统与太阳能电池板和蓄电池组相连，通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，为控制芯片、超声波测距传感器、水质检测模块，GPRS传输模块、转向电机和射流增氧电机提供能源。

方向控制室用于放置转向电机，通过转向电机的转动，改变通过传动杆连接的射流增氧电机的推流方向，使增氧平台行进的方向发生改变。

电机仓用于放置射流增氧电机，射流增氧电机作为增氧平台的增氧设备为水域增氧的同时为增氧平台的行进提供推动力。

传动杆用于连接方向控制室内的转向电机与射流增氧电机，使转向电机的转动带动射流增氧电机水平转动，以改变射流增氧电机的推流方向。

射流增氧电机用于水体的增氧工作，同时为增氧平台的前进提供动力。射流增氧电机的开启后，带动叶轮高速旋转，为水体增氧的同时提供强大的推力。

GPRS天线用于增氧平台数据的发送和接收。

超声波测距传感器用于检测增氧平台与鱼池岸边的距离，采集到距离信息后上传至控制芯片供其计算分析。

太阳能电池板用于吸收太阳光，将太阳辐射能转换成电能并未增氧平台各部分提供能源。太阳能电池板通过船篷固定于增氧平台的船体上。

上位机用于鱼池岸上的监控人员远程查看增氧平台的增氧状况、位置信息、太阳能发电状况，同时也能对增氧平台进行远程的操控。

进一步地，所述主控室还包括蓄电池组，所述蓄电池组与电源管理系统连接。所述蓄电池组的作用在于，当增氧平台不处于工作状态时，太阳能电池板发出的电能能够直接储存于蓄电池组；当阴雨天，太阳光照达到不到太阳能电池板发电要求但又需要增氧平台进行增氧时，增氧平台的运行可以直接通过蓄电池组之前储存的电量作为供能完成增氧工作。

进一步地，所述电源管理系统由DC/DC变换器和充放电控制器组成。所述电源管理系统由DC/DC变换器和充放电控制器组成，所述DC/DC变换器的信号输入端与控制芯片的电源控制端连接，所述控制芯片的电源控制端与所述充放电控制器的信号输出端连接，所述充放电控制器的信号输出端与蓄电池组连接。

电源管理系统与太阳能电池板和蓄电池组相连，通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，再经过DC/DC变换器整流变成清洁、系统可用的电能为控制芯片、超声波测距传感器、水质检测模块，GPRS传输模块、转向电机和射流增氧电机提供能源，同时，太阳能转化的多余或剩余电能储存至蓄电池组中。

进一步地，所述超声波测距传感器至少为2个。增氧平台通过超声波测距传感器实时测量与池塘堤岸的距离以确定其在水面的位置，并通过控制芯片的计算分析自主规划在鱼池中的移动路径，即以保持特定离岸距离沿岸边移动在水域中绕圈增氧，或是针对水质检测模块中检测到溶氧度不足的水域进行定点增氧。

进一步地，所述船体为双船体船体。

进一步地，所述控制芯片选用嵌入式ARM Cortex-M3内核的芯片STM32F103ZET6。

更进一步地，所述上位机上安装有由组态王开发环境编写的监控系统。所述监控系统能够实时显示增氧平台的增氧状况、位置信息以及太阳能发电状况等信息，且监控系统上设置有虚拟按钮能够远程控制增氧平台行进方向、射流增氧电机启停以及控制增氧平台自主式还是远程控制式工作状态的切换。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）本发明增氧平台是自主移动式的，无需人工操作，以太阳能为能源，应用多传感器融合技术实现自主定位、自主路劲规划、自主移动增氧等功能，又结合GPRS远程通信技术，与上位机实时通信，方便于工作人员对水域增氧情况的实时监控，实现水产养殖的农业自动化和智能化。

2）本发明增氧平台的增氧能力相当于目前水产养殖在一片水域中多个传统增氧装置同时工作时的增氧能力，因此本发明拥有增氧效率高、成本低、覆盖水域更广等特点，能够有效提高水产品的产量与质量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的组装结构示意图。

图3是本发明的主视图。

图4是本发明的右视图。

图5是本发明的整体硬件连接图。

图6是本发明GPRS模块与地面站上位机的硬件连接图

图7是本发明向右移动的结构示意图。

图8是本发明向左移动的结构示意图。

其中，1-主控室，2-方向控制室，3-电机仓，4-传动杆，5-射流增氧电机，6-叶轮，7-GPRS天线，8-超声波测距传感器，9-太阳能电池板，10-船篷，11-船体，12-STM32控制芯片，13-充放电控制器，14-DC/DC变换器，15-电源管理系统，16-蓄电池组，17-GPRS传输模块，18-水质检测模块，19-电机驱动控制模块，20-转向电机，21-上位机。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1为本发明的整体结构示意图，图2为本发明的组装结构示意图，一种自主移动式光伏射流增氧平台，包括双船船体11，以及设置在双船船体11上的主控室1、方向控制室2、电机仓3、传动杆4、射流增氧电机5、叶轮6、GPRS天线7、超声波测距传感器8、太阳能电池板9及船篷10；

所述船篷10垂直设置于双船船体11上，所述太阳能电池板9铺设于船篷10上，所述GPRS天线7垂直设置于船篷9上，所述超声波测距传感器8为4个，分别均匀设置于船篷10的边沿；

所述主控室1，方向控制室2，电机仓3及射流增氧电机5设置于船篷内；所述方向控制室2内放置有转向电机20，所述射流增氧电机5放置于电机仓3内，所述方向控制室2通过传动杆4与该射流增氧电机5连接，射流增氧电机5输出轴延伸至船体11下方，并连接有所述叶轮6；

所述主控室1内设置有STM32控制芯片12，电源管理系统15，GPRS传输模块17，水质检测模块18及电机驱动控制模块19；所述太阳能电池板9通过电源管理系统15与STM32控制芯片12连接，所述控制芯片12分别与GPRS传输模块17的通信控制端、水质检测模块18的信号输出端、超声波测距传感器8的信号输出端，射流增氧电机5的信号控制端，电机驱动控制模块19的信号控制端及转向电机20的信号控制端连接，所述电机驱动控制模块19的信号输出端分别与射流增氧电机5的信号输入端和转向电机20的信号输入端连接；所述GPRS传输模块17的通信输出端经GPRS天线7与上位机21无线连接。

进一步地，所述电源管理系统15由DC/DC变换器14和充放电控制器13组成，所述DC/DC变换器14的信号输入端与控制芯片12的电源控制端连接，所述控制芯片12的电源控制端与所述充放电控制器13的信号输出端连接，所述充放电控制器13的信号输出端与蓄电池组16连接；所述STM32控制芯片12选用嵌入式ARM Cortex-M3内核的芯片STM32F103ZET6。

图3、图4分别为本发明的主视图和右视图；所述STM32控制芯片12主要用于采集超声波测距传感器8的离岸距离数据、太阳能电池板9发电状态数据和水质检测数据，能够根据超声波测距传感器8检测的离岸距离信息计算分析其位置、自主规划增氧平台的移动轨迹，并控制方向控制室2中的电机改变增氧电机的推流方向以及控制电机仓3中射流增氧电机5的启停，完成增氧平台的自主移动；STM32控制芯片12还能通过GPRS传输模块17将上述采集的数据发送给地面站的上位机21，以便岸上人员实时掌握鱼池增氧情况，于此同时地面站也能对水面增氧平台远程发送数据进行远程操控。所述水质检测模块18用于获取所在区域内水体的溶氧度状况，采集并发送至STM32控制芯片12，同时，也将该区域溶氧度状况通过GPRS传输模块17发送给上位机21。所述GPRS传输模块17用于接收上位机21控制指令，以及将增氧平台采集的位置信息、水域溶解氧状况信息、太阳能电池板9发电状况信息和增氧电机运转状况发送至地面站。所述电源管理系统包括DC/DC变换器14和充放电控制器13，电源管理系统与太阳能电池板9和蓄电池组相连，通过太阳能电池板9将太阳能转化为电能，再经过DC/DC变换器14整流变成清洁、系统可用的电能为STM32控制芯片12、超声波测距传感器8、水质检测模块18，GPRS传输模块17、转向电机和射流增氧电机5提供能源，同时，太阳能转化的多余或剩余电能储存至蓄电池组16中。所述蓄电池组16的作用在于，当增氧平台不处于工作状态时，太阳能电池板9发出的电能能够直接储存于蓄电池组；当阴雨天，太阳光照达到不到太阳能电池板9发电要求但又需要增氧平台进行增氧时，增氧平台的运行可以直接通过蓄电池组之前储存的电量作为供能完成增氧工作。所述方向控制室2用于放置转向电机20，通过转向电机20的转动，改变通过传动杆4连接的射流增氧电机5的推流方向，使增氧平台行进的方向发生改变。所述电机仓3用于放置射流增氧电机5，射流增氧电机5作为增氧平台的增氧设备为水域增氧的同时为增氧平台的行进提供推动力。所述电机驱动控制模块19用于驱动转向电机20和射流增氧电机5；所述传动杆4用于连接方向控制室2内的转向电机20与射流增氧电机5，使转向电机20的转动带动射流增氧电机水平转动，以改变射流增氧电机5的推流方向。所述射流增氧电机5用于水体的增氧工作，同时为增氧平台的前进提供动力。射流增氧电机5的开启后，带动叶轮6高速旋转，为水体增氧的同时提供强大的推力。所述GPRS天线7用于增氧平台数据的发送和接收。所述超声波测距传感器8用于检测增氧平台与鱼池岸边的距离，采集到距离信息后上传至STM32控制芯片供其计算分析。所述太阳能电池板9用于吸收太阳光，将太阳辐射能转换成电能并为增氧平台各部分提供能源。太阳能电池板9通过船篷10固定于增氧平台的浮船上。所述上位机21用于鱼池岸上的监控人员远程查看增氧平台的增氧状况、位置信息、太阳能发电状况，同时也能对增氧平台进行远程的操控。

本发明中的超声波测距传感器8选用深圳市导向机电技术有限公司的ks103；GPRS传输模块17选用SIMCOM公司的SIM900A；水质检测模块18选用日本横河公司的DO30G溶解氧传感器和DO402G溶解氧变送器；电机驱动控制模块19选用德州仪器额的电机驱动控制模块DRV10975EVM；上位机上安装的监控系统型号为北京亚控科技发展有限公司的组态王6.55。

本发明的原理为：

图5所示为本发明的整体硬件连接图，STM32控制芯片12作为核心控制器件，通过电源管理系统15与太阳能电池板连接，采集太阳能电池板9的发电电流电压、经DC/DC变换器14整流后的电流电压以及蓄电池组16充放电时的电流电压信息，同时STM32控制芯片12设置一定的PWM波控制DC/DC变换器14进行整流；STM32控制芯片12通过与GPRS传输模块相连来发送和接受来自上位机21的信息；STM32控制芯片12与水质检测模块18相连采集当前水域的溶解氧状况；STM32控制芯片12与超声波测距传感8相连，用来采集增氧平台的离岸距离信息，以确定位置；STM32控制芯片12与电机驱动控制模块19相连，以驱动转向电机20和射流增氧电机5转动，同时将转向电机20和射流增氧电机5的电流、电压、转速等信息采集至芯片进行分析以达到对电机调速和电机状态控制的目的。图6所示为增氧平台的传输模块与地面站上位机之间进行的通信。

本发明通过增氧平台顶部安装的太阳能电池板9，吸收太阳能辐射转化为电能为增氧平台各部分功能，主控室1中STM32控制芯片12作为增氧平台的核心控制器件，通过超声波测距传感器8、水质检测模块18实时采集增氧平台离岸距离信息和所在水域溶氧状况信息，并经过控制芯片算法编程处理，自主确定增氧平台在水域中的位置，以及哪片水域需要进行增氧，接着自主规划增氧行进路径，控制方向控制室2中的转向电机20和电机仓3内的射流增氧电机5开始自主移动式增氧，即沿水域岸边按设定距离环绕式移动增氧，也可以根据水域溶氧量的分布情况，对水域溶氧量不足的区域进行定点增氧。增氧平台通过主控室1内的GPRS传输模块17，以及GPRS天线7，发送与接收上位机21数据信息，上位机21上安装由组态王开发环境编写的监控系统，能够实时显示增氧平台当前水域溶氧度、位置信息以及太阳能发电状况等信息，监控系统上设置有虚拟按钮能够远程控制增氧平台行进方向、射流增氧电机5启停以及控制增氧平台自主式还是远程控制式工作状态的切换。图7左图为增氧平台向由移动时，射流增氧电机5往左推流；图8右图为增氧平台向左移动时，射流增氧电机5往右推流。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，例如主控室，方向控制室，电机仓，传动杆，射流增氧电机，叶轮，GPRS天线，超声波测距传感器，太阳能电池板，船篷，浮船设置的位置，以及运用其他结构或相似技术实现相同功能的方式等，这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：包括船体（11），以及设置在船体（11）上的主控室（1）、方向控制室（2）、电机仓（3）、传动杆（4）、射流增氧电机（5）、叶轮（6）、GPRS天线（7）、超声波测距传感器（8）、太阳能电池板（9）及船篷（10）；

所述船篷（10）垂直设置于船体（11）上，所述太阳能电池板（9）铺设于船篷（10）篷顶，所述GPRS天线（7）垂直设置于船篷（10）上，所述超声波测距传感器（8）设置于船篷（10）的边沿；

所述主控室（1），方向控制室（2），电机仓（3）及射流增氧电机（5）设置于船篷（10）内；所述方向控制室（2）内放置有转向电机（20），所述射流增氧电机（5）放置于电机仓内（3），所述方向控制室（2）通过传动杆（4）与该射流增氧电机（5）连接，射流增氧电机（5）输出轴延伸至船体（11）下方，并连接有所述叶轮（6）；

所述主控室（1）内设置有控制芯片（12），电源管理系统（15），GPRS传输模块（17），水质检测模块（18）及电机驱动控制模块（19）；所述太阳能电池板（9）通过电源管理系统（15）与控制芯片（12）连接，所述控制芯片（12）分别与GPRS传输模块（17）的通信控制端、水质检测模块（18）的信号输出端、超声波测距传感器（8）的信号输出端，射流增氧电机（5）的信号控制端，电机驱动控制模块（19）的信号控制端及转向电机（20）的信号控制端连接，所述电机驱动控制模块（19）的信号输出端分别与射流增氧电机（5）的信号输入端和转向电机（20）的信号输入端连接；所述GPRS传输模块（17）的通信输出端经GPRS天线（7）与上位机（21)无线连接。

2.根据权利要求1所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述主控室（1）还包括蓄电池组（16），所述蓄电池组（16）与电源管理系统（15）连接。

3.根据权利要求1或2所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述电源管理系统由DC/DC变换器（14）和充放电控制器（13）组成，所述DC/DC变换器（14）的信号输入端与控制芯片（12）的电源控制端连接，所述控制芯片（12）的电源控制端与所述充放电控制器（13）的信号输出端连接，所述充放电控制器（13）的信号输出端与蓄电池组（16）连接。

4.根据权利要求1所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述超声波测距传感器（8）至少为2个。

5.根据权利要求1所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述船体（11）为双体船结构。

6. 根据权利要求1所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述控制芯片（12）选用嵌入式ARM Cortex-M3内核的芯片STM32F103ZET6。

7.根据权利要求1所述的自主移动式光伏射流增氧平台，其特征在于：所述上位机(21)上安装有由组态王开发环境编写的监控系统。