CN107688318A - 一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其总的系统包括明轮动力投饵船体、传输模块、远程监控模块、水产养殖Android手机APP模块。明轮动力投饵船装有投饵机和自动导航控制系统的控制柜；传输模块是一个4G传输模块；远程监控是装有java编写的监控软件的上位机；水产养殖Android手机APP模块则包括路径规划，实时的参数监控和投饵量等级设定三个部分；同时，在设计的Android手机APP上可以设定不同饵料投放量，一共分成6个等级，可以根据河蟹的大小，季节不同和螃蟹养殖密度大小人为的选择一种投饵等级对蟹塘进行投饵。本发明操作简单，投饵均匀并方便渔民使用，这种方式可以显著提高河蟹养殖效率，促进河蟹养殖业的发展。

Description

一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统 设计方法

技术领域

本发明涉及到路径规划，远程监测领域技术，特别涉及到一种基于Android智能手机针对河蟹养殖的水产养殖作业船的参数采集与控制方法。

背景技术

饵料的分布不均匀很容易造成投饵量过多或不足，投放过多的饵料不仅会增加成本，还会导致水质的污染；同时，争食与好斗是河蟹的天性，在密度大、饵料少时会相互残杀；另外河蟹过度密集容易造成水体中溶解氧的降低，从而导致河蟹因溶解氧低而逃窜。因此养河蟹需要均匀投饵。

如何实时地监控船舶，汽车等移动物体的经纬度，速度等参数信息是一个值得研究的问题。这在安全监控领域具有非常重要的应用价值。目前，对移动的船舶等物体的位置与运动参数监控一般采用专用的传感器、仪器仪表与无线传输设备，普遍存在系统复杂，运行维护费用较高等问题。信息时代促成了手机与相关技术的创新发展，智能手机的普及把人们带入了互联网时代。Android是Google开发的基于Linux平台的、开源的、智能手机操作系统。APP作为一种新兴技术，出色的性能和多样化的功能得到了广大用户的青睐。目前，越来越多的行业都加入到了APP服务队伍中，因此，在水产养殖作业船中加入手机APP具有很重要的现实意义。其中，Android智能手机在用户群中占有很高的比重。移动终端的监控系统搬至Android智能平台是大势所趋，更好的提高了便捷性和实时性。可以在Android手机APP上实时的观察水产养殖作业船的当前信息和对养殖船进行一些操作，方便操作人员做出准确判断，实现精确导航和均匀投饵。

随着自动化技术及农业电气化的发展，出现了一些自动或半自动的投饵装置，例如申请号为02229989.0的专利“遥控自动投饵船”可以使用遥控器对作业船进行远程操作，其作业路线完全依靠人工经验，这种方法并不能合理科学的规划作业船的作业路线，这将导致作业船投饵不均匀，而且投饵作业船运行的一些参数不能直观的反应出来，并且不能完成大面积的池塘的作业要求。

发明内容

本发明是针对目前全自动水产养殖作业船监控技术的不足及作业路线不能合理规划的问题，提出的一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP设计。本发明为解决上述问题，采用如下技术方案：

一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，包括以下步骤：

步骤1，全自动水产养殖作业船APP系统包括明轮动力投饵船体、传输模块、远程监控模块、水产养殖Android手机APP模块；明轮动力投饵船装有投饵机和自动导航控制系统的控制柜；传输模块是一个4G传输模块；远程监控模块是装有java编写的监控软件的上位机；水产养殖Android手机APP模块则包括路径规划和实时的参数监控两个部分；

步骤2，在手机APP上设置包括不同的投饵宽度一些参数后将修改好的参数通过传输模块发送到投饵船的导航控制系统中，数据解析后养殖作业船将按照在手机APP上规划的航线进行投饵作业，规划好了的路径会自动在手机APP中以虚线形式生成，养殖作业船在APP中以箭头的形式按照规划的路径进行运动，船走过的路线系统将会自动标识为实线，即在手机上实现了对水产养殖作业船的路径规划功能；

步骤3，作业船上带有的控制系统里的传感器将一些参数信息测算得到后通过传输模块发送给远程监控模块的上位机，Android手机在与上位机建立连接之后，当养殖船开始作业之后，可以在手机上看到从养殖作业船实时传过来的一些参数信息，这样即实现了Android手机的对水产养殖作业船的数据监控功能；

步骤4，，在设计的手机APP上设定不同饵料投放量，一共分成6个等级，可以根据河蟹的大小，季节等因素人为的选择一种投饵等级对蟹塘进行投饵。

进一步，所述路径规划中首先通过投饵船上的GPS导航设备，使船到达各顶点位置，由手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标，按逆时针方向标记为A、B、C、D，E，根据蟹塘的码头确定起始点位置及第一段航线的走向，通过在手机APP上设定不同的L₁和L₂的宽度并结合地理信息系统GIS可以在系统中自动计算出作业船内螺旋均匀投饵的航线。

进一步，所述路径规划具体包括如下步骤：

步骤a，建立蟹塘的多边形工作区域：用于河蟹养殖的池塘一般是矩形或者多边形，建立蟹塘工作区域的步骤如下：

步骤a1，使用GPS导航设备和手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标；

步骤a2，结合地理信息系统GIS此时可以得到整个蟹塘的地理信息和经纬度坐标，按逆时针方向标记步骤S1测定的蟹塘顶点为A、B、C、D，E；

步骤a3，根据蟹塘的码头位置确定作业船的起始点并在手机APP上标定A为起始点；

步骤b，规划内螺旋均匀投饵作业船的航线，按照如下步骤进行：

步骤b1，在手机APP上设定好投饵作业船合理的投饵宽度，投饵宽度为L2；

步骤b2，在手机APP上设定作业船离蟹塘岸边的距离L₁，确保L₂＞L₁，L₁＞L₂/2；

步骤b3，在手机APP上设定作业船第一段航线走向，逆时针或顺时针方向；

步骤b4，由于此时已经在APP上完成了投饵宽度为L2/2和离岸距离L₁的设置，再结合蟹塘的地理信息系统GIS此时可以自动生成作业船内螺旋均匀投饵的航线。

这种在手机APP上快速规划路径的方法会大大的节约操作人员的时间，这种方式可以显著提高河蟹养殖效率。

进一步，还包括实时的参数信息监控：在作业船运行的时候还可以在手机上实时的以箭头的形式显示船的当前位置，虚实结合的航线更加直观显眼的看出作业船此时已经走过的航迹和剩余航线的作业状况；包括船速、投饵机的流量、饵料抛幅、剩余饵料量和电池电量参数信息直接在手机APP上显示。

进一步，投饵等级包括：养殖作业船的饵料投放量的多少主要取决于投饵机的下料速度和投饵机下料口的震动程度，分别由两个对应的电机控制；根据实际要求饵料投放量分成6个不同的等级，渔民可以根据实际蟹塘饵料投放量需求在手机APP上选择不同的投饵等级。

进一步，根据实际要求饵料投放量分成6个不同的等级具体包括：

投饵量投放等级G1：开度等级K1，震动等级Z1；

投饵量投放等级G2：开度等级K2，震动等级Z1；

投饵量投放等级G3：开度等级K3，震动等级Z1；

投饵量投放等级G4：开度等级K1，震动等级Z2；

投饵量投放等级G5：开度等级K2，震动等级Z2；

投饵量投放等级G6：开度等级K3，震动等级Z2；

其中，通过设定不同的PWM来控制震动电机转速，Z1和Z2分别对应的PWM设定成40％和90％；设定开度电机将阀门的开口大小分别设定为3个开度等级K1：开口大小30％，K2：开口大小60％，K3：开口大小90％

本发明的有益效果：

首先，本发明基于Android智能手机APP对水产养殖作业船进行路径规划与作业状况的数据监测采集，只需要在手机APP上操作即可完成上述功能，操作简单维护成本低。

其次，可以通过投饵船上的GPS导航设备，使船到达各顶点位置，由手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标，按逆时针方向标记为A、B、C、D，E，根据蟹塘的码头确定起始点位置，通过在手机APP上设定不同的L₁和L₂的宽度并结合地理信息系统GIS可以在系统中自动计算出作业船内螺旋均匀投饵的航线，这种在手机APP上快速规划路径的方法会大大的节约操作人员的时间，这将实现作业船在蟹塘里的均匀投饵，这种方式可以显著提高河蟹养殖效率，促进河蟹养殖业的发展。

再次，在作业船运行的时候还可以在手机上实时的以箭头的形式显示船的当前位置，虚实结合的航线更加直观显眼的看出作业船此时已经走过的航线和还剩的路程的作业状况。速度、投饵机的流量、饵料抛幅、剩余饵料量和电池电量等参数信息直接在手机上显示，本发明能显著提高河蟹养殖效益并方便渔民进行后期维护。

最后，由于河蟹的生长环境和周期不同，因此需要根据河河蟹的大小，河蟹养殖密度和季节等因素的不同设定不同的投饵量，由于在设计的手机APP上就可以设定不同的投饵等级，方便渔民操作，简单方便且合理。

附图说明

图1为本发明系统总体示意图

图2为路径规划示意图

图3为养殖船作业状况监控示意图

图4为Android智能手机APP设计流程图

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图与具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。此处描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，总的系统包括明轮动力投饵船体、传输模块、远程监控模块、水产养殖Android手机APP模块。所述明轮动力投饵船体包括投饵机、船体和控制系统。所述传输模块即4G模块。所述远程监控模块即上位机。所述水产养殖Android手机APP模块则包括路径规划，实时的参数显示和投饵量等级设定三个部分；所述对作业船的路径规划就是在手机APP上设置不同的船离蟹塘岸边的距离L₁，投饵宽度L₂和第一段航线走向等一些参数后并结合地理信息系统GIS将在手机APP上自动生成投饵路线。手机APP上设置好的距离L₁和投饵宽度L₂等参数通过传输模块发送到投饵船的控制系统中，数据解析后养殖作业船将按照在手机APP上规划的航线进行投饵作业，规划好了的路径会自动在手机APP中以虚线形式生成，养殖作业船在APP中以箭头的形式按照规划的路径进行运动，船走过的路线系统将会自动标识为实线。作业船上的控制系统里的传感器将一些参数信息测算得到后通过传输模块发送给远程监控模块的上位机，Android手机在与上位机建立连接之后，当养殖船开始作业之后，可以在手机上看到从养殖作业船传过来实时的一些参数信息，这样即实现了Android手机的对水产养殖作业船的数据监控功能。由于螃蟹大小和不同季节等因素会影响河蟹的吃饲料的多少，因此在Android手机APP上设计了6种不同等级的投食量，渔民可以根据实际需求选择一种投食量等级对蟹塘进行投食。

本发明设计的手机APP主要对水产养殖作业船进行三个方面的监控

1.本发明设计的Android智能手机APP可以对养殖作业船进行路径规划，按照如下步骤进行：

步骤1.建立蟹塘的多边形工作区域

用于河蟹养殖的池塘一般是矩形或者多边形，建立蟹塘工作区域的步骤如下：

步骤S1首先可以通过投饵船上的GPS导航设备，使船到达各顶点位置，由手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标；

步骤S2结合地理信息系统GIS此时可以得到整个蟹塘的地理信息和经纬度坐标，按逆时针方向标记步骤S1测定的蟹塘顶点为A、B、C、D，E；

步骤S3根据蟹塘的码头位置确定作业船的起始点并在手机APP上标定A为起始点；

步骤2.规划内螺旋均匀投饵作业船的航线，按照如下步骤进行：

步骤S1在手机APP上设定好投饵作业船合理的投饵宽度，投饵宽度为L2；

步骤S2在手机APP上设定作业船离蟹塘岸边的距离L1，确保L₂＞L₁，L₁＞L₂/2；

步骤S3在手机APP上设定作业船第一段航线走向，逆时针或顺时针方向；

步骤S4由于此时已经在APP上完成了投饵宽度为L2/2和离岸距离L₁的设置，再结合蟹塘的地理信息系统GIS此时可以自动生成作业船内螺旋均匀投饵的航线，如图2所示为逆时针内螺旋均匀投饵航线图；

打开手机APP后点击开始作业即可，水产养殖作业船将会从起始点码头位置沿着自动生成的航线进行投饵作业。

2.本发明设计的手机APP对水产养殖作业船的作业状况监控

2.1本发明对作业船的实时作业状况进行显示

如图3所示，水产养殖作业船在作业时会按照预先设定好的航线进行作业，作业船在蟹塘中的运行轨迹为内螺旋，内螺旋的轨迹可以保证作业船在蟹塘中把饲料喷洒的均匀，从作业状况图中可以看出作业船没有走过的航线将保持虚线模式，作业船则用箭头表示，可以看出箭头所指的方向即作业船行走的方向，当作业船走过预定的航线后系统会自动将船已经走过的航线标定为实线，的路线作业船在蟹塘工作的时候操作人员会在手机APP上看到作业船代表的箭头沿着航线实时的运动，这种虚实结合的航线还能方便操作人员观察作业船实时的状况。图4为Android智能手机APP设计流程图。

2.2本发明对作业船的作业参数进行实时监测

1.养殖作业船的经纬度。船上的BD982设备自动计算获得船的GPS高精度经纬度数据，再通过中间设备将经纬度数据发送到手机上，作业船作业时会在手机APP上看到实时变化着的经纬度信息。

2.养殖作业船的速度。船上的BD982设备自动计算获得船的速度，作业船转弯时会减速运行，切换到新的航道后会加速运行，达到预定设定好的速度后，作业船将保持稳定的速度运行。

3.投饵机的饵料流量速度。作业船上的饵料流量速度将会随着船的速度的增加而增加，当船速保持稳定后，投饵机的饵料流量也会保持一定的速度不再变化，作业船快要转弯时船速在减慢的同时饵料投放速度也会减小。特别地，当作业船完成一圈投饵作业，准备切换至下一圈继续投饵时，应当关闭投饵机通道，此时的投饵机通道流量为0。

4.投饵机的投饵总宽度。作业船在进行投饵作业之前可以在手机APP上设定投饵机的投饵宽度，其中投饵宽度为L2，投饵宽度的大小取决于投饵机上的双抛盘电机的转速，设定投饵宽度即是设定抛盘电机的PWM。

5.饵料剩余量。投饵机的饵料剩余量通过称重传感器获得，并在手机上实时显示饵料重量和比例，当饵料不足1/5时会在手机上提示饵料不足，需要补充饵料。一旦投饵机的饵料投饵完毕，投饵机将自动关闭，作业船将会自动返回到码头即起始点位置。

6.蓄电池的剩余电量。船的运行和作业需要蓄电池提供动力，由于肉眼无法观察电池的电量，一旦作业船在预定的航道上作业时没有电了船将没法作业也无法运行，这将导致操作人员无法通过遥控方式将船开到原点。在作业船上加装一套电池管理系统则非常必要，电池管理系统将得到的电池的信息数据打包发送到手机上，操作人员打开手机APP后可以清楚的看到电池剩余电量的百分比，当电池电量低于百分之十时会在手机上发出报警提示需要充电，一旦电池电量低于百分之五时船将停止投饵作业，此时操作人员即使没有动作，作业船也会自动返回到码头，操作人员此时可以为停在码头边的船进行充电。

3.本发明设计的Android手机APP可以对水产养殖作业船的投饵量进行设定

本发明设计的手机APP对投饵机的饵料投放量的设定一共分成6个等级，分别为G1、G2、G3、G4、G5，G6，并且投饵量是以此依次递增的。养殖作业船的饵料投放量的多少主要取决于投饵机的下料速度和投饵机震动程度，分别有两个对应的电机控制，在这里分别称为开度电机和震动电机。开度电机的速度是保持不变的，但是开度电机可以动态的控制饵料下方的阀门的开口大小，阀门开口越大饵料的下放量越大。在此设定开度电机将阀门的开口大小分别设定为3个开度等级K1(开口大小30％)，K2(开口大小60％)，K3(开口大小90％)，一旦按要求设定好某一开度等级后开度电机将停转。震动电机主要作用是让投饵机整体震动，可以加快饵料的下放速度，震动程度越强投饵机下料速度越快，在此将震动程度分为2个等级即震动等级Z1，Z2。震动电机的速度可调，可通过设定不同的PWM来控制震动电机转速，震动电机会带动投饵机震动装置让投饵机震动，Z1和Z2分别对应的PWM设定成40％和90％。因此投饵机饵料投放量等级与开度电机开度等级和震动等级分别有如下对应关系：

1.投饵量投放等级G1(开度等级K1，震动等级Z1)；

2.投饵量投放等级G2(开度等级K2，震动等级Z1)；

3.投饵量投放等级G3(开度等级K3，震动等级Z1)；

4.投饵量投放等级G4(开度等级K1，震动等级Z2)；

5.投饵量投放等级G5(开度等级K2，震动等级Z2)；

6.投饵量投放等级G6(开度等级K3，震动等级Z2)；

由于河蟹的生长环境和周期不同，因此需要根据河河蟹的大小，河蟹养殖密度和季节等因素的不同设定不同的投饵量，由于在设计的手机APP上就可以设定不同的投饵等级，方便渔民操作，简单方便且合理，本发明能显著提高河蟹养殖效益并方便渔民进行后期维护。

综上，本发明的一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP设计，其总的系统包括明轮动力投饵船体、传输模块、远程监控模块、水产养殖Android手机APP模块。明轮动力投饵船装有投饵机和自动导航控制系统的控制柜；传输模块是一个4G传输模块；远程监控是装有java编写的监控软件的上位机；水产养殖Android手机APP模块则包括路径规划，实时的参数监控和投饵量等级设定三个部分；所述路径规划主要包括两个步骤：步骤1.建立蟹塘的多边形工作区域；步骤2.规划内螺旋均匀投饵作业船的航线。所述实时参数监控会把作业船的作业状况和船速、投饵机的流量、饵料抛幅、剩余饵料量和电池电量等参数信息直接在手机APP上显示。同时，在设计的Android手机APP上可以设定不同饵料投放量，一共分成6个等级，可以根据河蟹的大小，季节不同和螃蟹养殖密度大小人为的选择一种投饵等级对蟹塘进行投饵。本发明操作简单，投饵均匀并方便渔民使用，这种方式可以显著提高河蟹养殖效率，促进河蟹养殖业的发展。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，全自动水产养殖作业船APP系统包括明轮动力投饵船体、传输模块、远程监控模块、水产养殖Android手机APP模块；明轮动力投饵船装有投饵机和自动导航控制系统的控制柜；传输模块是一个4G传输模块；远程监控模块是装有java编写的监控软件的上位机；水产养殖Android手机APP模块则包括路径规划和实时的参数监控两个部分；

步骤2，在手机APP上设置包括不同的投饵宽度一些参数后将修改好的参数通过传输模块发送到投饵船的导航控制系统中，数据解析后养殖作业船将按照在手机APP上规划的航线进行投饵作业，规划好了的路径会自动在手机APP中以虚线形式生成，养殖作业船在APP中以箭头的形式按照规划的路径进行运动，船走过的路线系统将会自动标识为实线，即在手机上实现了对水产养殖作业船的路径规划功能；

步骤3，作业船上带有的控制系统里的传感器将一些参数信息测算得到后通过传输模块发送给远程监控模块的上位机，Android手机在与上位机建立连接之后，当养殖船开始作业之后，可以在手机上看到从养殖作业船实时传过来的一些参数信息，这样即实现了Android手机的对水产养殖作业船的数据监控功能；

步骤4，，在设计的手机APP上设定不同饵料投放量，一共分成6个等级，可以根据河蟹的大小，季节等因素人为的选择一种投饵等级对蟹塘进行投饵。

2.根据权利要求1所述基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，所述路径规划中首先通过投饵船上的GPS导航设备，使船到达各顶点位置，由手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标，按逆时针方向标记为A、B、C、D，E，根据蟹塘的码头确定起始点位置及第一段航线的走向，通过在手机APP上设定不同的L₁和L₂的宽度并结合地理信息系统GIS可以在系统中自动计算出作业船内螺旋均匀投饵的航线。

3.根据权利要求2所述的基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，所述路径规划具体包括如下步骤：

步骤a，建立蟹塘的多边形工作区域：用于河蟹养殖的池塘一般是矩形或者多边形，建立蟹塘工作区域的步骤如下：

步骤a1，使用GPS导航设备和手机测量并记录能够反应蟹塘工作区域的顶点的经纬度坐标；

步骤a2，结合地理信息系统GIS此时可以得到整个蟹塘的地理信息和经纬度坐标，按逆时针方向标记步骤S1测定的蟹塘顶点为A、B、C、D，E；

步骤a3，根据蟹塘的码头位置确定作业船的起始点并在手机APP上标定A为起始点；

步骤b，规划内螺旋均匀投饵作业船的航线，按照如下步骤进行：

步骤b1，在手机APP上设定好投饵作业船合理的投饵宽度，投饵宽度为L2；

步骤b2，在手机APP上设定作业船离蟹塘岸边的距离L₁，确保L₂＞L₁，L₁＞L₂/2；

步骤b3，在手机APP上设定作业船第一段航线走向，逆时针或顺时针方向；

步骤b4，由于此时已经在APP上完成了投饵宽度为L2/2和离岸距离L₁的设置，再结合蟹塘的地理信息系统GIS此时可以自动生成作业船内螺旋均匀投饵的航线。

4.根据权利要求1所述的基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，还包括实时的参数信息监控：在作业船运行的时候还可以在手机上实时的以箭头的形式显示船的当前位置，虚实结合的航线更加直观显眼的看出作业船此时已经走过的航迹和剩余航线的作业状况；包括船速、投饵机的流量、饵料抛幅、剩余饵料量和电池电量参数信息直接在手机APP上显示。

5.根据权利要求1所述的基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，投饵等级包括：养殖作业船的饵料投放量的多少主要取决于投饵机的下料速度和投饵机下料口的震动程度，分别由两个对应的电机控制；根据实际要求饵料投放量分成6个不同的等级，渔民可以根据实际蟹塘饵料投放量需求在手机APP上选择不同的投饵等级。

6.根据权利要求5所述的基于Android智能手机的全自动水产养殖作业船APP系统设计方法，其特征在于，根据实际要求饵料投放量分成6个不同的等级具体包括：

投饵量投放等级G1：开度等级K1，震动等级Z1；

投饵量投放等级G2：开度等级K2，震动等级Z1；

投饵量投放等级G3：开度等级K3，震动等级Z1；

投饵量投放等级G4：开度等级K1，震动等级Z2；

投饵量投放等级G5：开度等级K2，震动等级Z2；

投饵量投放等级G6：开度等级K3，震动等级Z2；

其中，通过设定不同的PWM来控制震动电机转速，Z1和Z2分别对应的PWM设定成40％和90％；设定开度电机将阀门的开口大小分别设定为3个开度等级K1：开口大小30％，K2：

开口大小60％，K3：开口大小90％。