CN108709876A - 一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，采样监测单元沉于水面之下，控制通信单元浮于水面之上；固定支撑单元安装于养殖池的岸边，控制通信单元包括浮标台、上位舱、天线、蓄电池、控制器、电动线缆盘、电机、线缆，上位舱安装于浮标台的上面，天线安装于上位舱的顶部，蓄电池、控制器安装于上位舱内部的上部，电机、电动线缆盘安装于上位舱内部的下方，电机和电动线缆盘电连接；采样监测单元包括下位舱、大储液瓶、进水管、出水管、藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵。本发明具有能同时监测水体青苔和水质情况、并能及时反馈有效信息等优点。本发明属于水产养殖技术领域。

Description

一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置
技术领域
本发明属于水产养殖技术领域，具体涉及一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置。
背景技术
青苔是对养殖水体中易爆发的大型藻类生物的俗称。近年来水产养殖物池塘养殖过程中，大型青苔藻类爆发有增加的趋势。大型藻类爆发，与有益微藻(如硅藻等)竞争光、营养盐等限制性资源，导致饵料生物生长缓慢乃至缺乏，限制水产养殖物的生长；藻类爆发可能伴随着毒素的分泌，对水产养殖物造成生理胁迫和化学毒害；青苔的丝状结构会使水产养殖物困在其中，影响水产养殖物的运动和摄食；而且，藻类死后沉积在池底，在微生物作用下分解并消耗大量溶解氧，引起缺氧和底质腐败，并导致水产养殖物的缺氧死亡，给水产养殖物养殖产业带来巨大经济损失。
对于养殖水体中的青苔，目前常用的防治办法有人工捞除、加入除草剂清除等。然而青苔藻类一旦爆发，人工捞除后会伴随残余藻类组织或丝状体的再次大量增殖，耗费大量人工和物力财力，效果并不明显。除草剂的加入对于水体中的有益藻类、养殖生物(如水产养殖物)都会带来严重的刺激作用，破坏水体的生态平衡。因此，在爆发前期和非爆发期对青苔及水质进行监控和预测，具有重要的现实意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置。
一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，包括控制通信单元、采样监测单元、固定支撑单元，采样监测单元沉于水面之下，控制通信单元浮于水面之上；固定支撑单元安装于养殖池岸，用于固定支撑控制通信单元；
控制通信单元包括浮标台、上位舱、天线、蓄电池、控制器、电动线缆盘、电机、线缆，上位舱安装于浮标台的上面，天线安装于上位舱的顶部，蓄电池、控制器安装于上位舱内部的上部，电机、电动线缆盘安装于上位舱内部的下方，电机和电动线缆盘电连接，电机和蓄电池、控制器电连接，蓄电池和控制器电连接，线缆卷绕在电动线缆盘上，线缆上端和蓄电池、控制器连接，线缆下端贯穿上位舱、浮标台的底部；
采样监测单元包括下位舱、大储液瓶、进水管、出水管、藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵，下位舱顶部和线缆下端连接，下位舱内部的上方安装有大储液瓶，大储液瓶的下方分别连接有藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件，藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件下端和出水管连接，进水管和大储液瓶相连接，并在进水管、出水管上均设有微型泵，藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵均与控制器电连接。
优选的，固定支撑单元包括环形电轨道、滑环、驱动电机、电圈、外部电源、电动伸缩杆，滑环活动连接在环形电轨道上，滑环上安装有电动伸缩杆，驱动电机和滑环的上方电连接，环形电轨道内设有电圈，电圈和外部电源电连接，滑环的内侧壁上设有触头，触头与电圈电连接。
优选的，上位舱的侧壁上设有连接头，连接头的外侧设有充电接口，充电接口与蓄电池电连接；电动伸缩杆的外端设有充电插头，充电插头通过导线与电圈相连；连接头与电动伸缩杆的外端相连；充电接口与充电插头的连接外侧设有防水绝缘保护套。
优选的，控制器包括数据采集模块、MCU控制及处理模块、数据分析模块、通讯模块和预警模块；数据采集模块从藻类荧光测量组件和多参数水质分析组件采集电信号，电信号经MCU控制及处理模块转化处理成有效的数字信号，数字信号再进一步经数据分析模块进行比对分析后反馈给位于地面的总控制平台。
优选的，还包括太阳能板，太阳能板安装于上位舱的顶部，太阳能板和蓄电池电连接。
优选的，藻类荧光测量组件的内部设有荧光比色皿，荧光比色皿的一侧设有1至3个激光发射器，激光发射器的对侧设有荧光接收器。
优选的，多参数水质分析组件内设有温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、TDS传感器、钙离子传感器和镁离子传感器。
优选的，藻类荧光测量组件通过进水支管一与大储液瓶的右下方连接；多参数水质分析组件通过进水支管二与大储液瓶的左下方连接；出水支管一从藻类荧光测量组件的下方接出，出水支管二从多参数水质分析组件的下方接出；出水支管一、出水支管二的下端经三通阀和出水管相接。
优选的，进水支管一与进水支管二上均设有储液囊；进水管和出水管伸出下位舱侧壁的一端均设有过滤器。
优选的，下位舱的底部设有铅垂，铅垂内部设有位移传感器，位移传感器和控制器电连接。
本发明的工作原理：通过控制通信单元上浮于水面，采样监测单元下沉于水面，并将采样监测单元通过线缆和通信控制单元连接，从而实现采样监测单元深入水体中不同深度进行采样监测；同时，固定支撑单元和控制通信单元连接，调节固定支撑单元，从而调节控制通信单元，进而实现调节采样监测单元的采样半径，实现在水体中的不同位置进行采样，在不同位置、不同深度的水体采样后，采样监测单元通过藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件同时对水体中的青苔藻类、水质进行监测，并将监测、分析的数据通过通信控制单元回传给位于地面的总控制平台，用户通过总控制平台接收到的信息掌控水体中水质及青苔情况。
本发明的优点：
1、将通信控制单元设于水上，将采样监测单元设于水下，并通过采样监测单元中的藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件同时对水体中的青苔、水质情况进行监测，再通过通信控制单元处理后将数据反馈给总控制平台，因此能同时监测水体青苔和水质情况，并能及时反馈有效信息。
2、固定支撑单元采用滑环安装在环形电轨道上，并在环形电轨道内设置电圈，电圈和电环电连接，驱动电机和滑环的上方电连接，电动伸缩杆安装滑环上，因此能通过固定支撑单元移动采样监测单元于其他点进行采样，获得多点数据；并且在下位舱的底部设有铅垂，因此能通过铅锤获取采样监测单元的深度，获得不同深度的采样数据，铅垂可加重下位舱的重量并保持垂直度。
3、多参数水质分析组件内设有温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、TDS传感器、钙离子传感器和镁离子传感器等，能对水质情况进行详细的分析，因此测量水质的情况更精准。
4、本发明采用太阳能电池板和外部电源两种供电方式，在阳光充足时可自主供电，节约能源；当阳光不足时，再用外部电源补充，以维持装置的正常运行；因此节能，且能满足多种实际工作情况。
5、设置大储液瓶和储液囊进行缓冲，便于藻类荧光测量组件能制造静态混合样本，在进行藻类测量时准确度更高。
附图说明
图1是本发明的整体结构及连接关系示意图。
图2是本发明的控制通信单元和采样监测单元的结构示意图。
图3是本发明中藻类荧光测量组件的内部结构示意图；
图4是本发明中多参数水质分析组件的内部结构示意图；
图5是本发明中滑环与触头的位置关系图；
图6是本发明中电动伸缩杆和连接头的结构示意图；
图7是本发明中控制器的内部结构框图。
其中，1-控制通信单元，10-浮标台，11-上位舱，110-连接头，111-充电接口，112-防水绝缘保护套，12-蓄电池，13-控制器，130-数据采集模块，131-MCU控制及处理模块，132-数据分析模块，133-通讯模块，134-预警模块，14-电动线缆盘，15-电机，16-太阳能电池板，17-天线，18-线缆，19-支架，2-采样监测单元，20-下位舱，200-铅垂，201-位移传感器，21-大储液瓶，22-进水管，220-过滤器，23-出水管，24-藻类荧光测量组件，240-荧光比色皿，241-激光发射器，242-荧光接收器，25-多参数水质分析组件，250-温度传感器，251-PH传感器，252-溶解氧传感器，253-TDS传感器，254-钙离子传感器，255-镁离子传感器，26-三通阀，27-微型泵一，28-进水支管一，29-进水支管二，210-出水支管一，211-出水支管二，212-出水支管三，213-储液囊，214-微型泵二，3-固定支撑单元，30-环形电轨道，31-滑环，32-驱动电机，33-电动伸缩杆，330-充电插头，34-锚杆，35-电圈，36-触头，4-养殖池岸，5-外部电源，6-总控制平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。
一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，如图1，它包括控制通信单元、采样监测单元、固定支撑单元；控制通信单元用于整个装置的控制、监测并和位于地面的总控制平台通信，采样监测单元用于对水体不同位置进行采样并进行多种参数的监测，固定支撑单元用于将控制通信单元、采样监测单元支撑并固定于某个采样监测点；控制通信单元浮于水面之上，采样监测单元沉于水面之下，固定支撑单元安装在养殖池岸。
参看图1和图2，控制通信单元，包括浮标台、上位舱、蓄电池、控制器、电动线缆盘、电机、太阳能电池板和天线。浮标台呈圆盘状，浮标台浮于水面上。浮标台采用聚氨酯材料制成，因此能浮于水面上。上位舱安装在浮标台的上表面，并和浮标台固定连接。蓄电池和控制器安装于上位舱内部的上方的两侧，蓄电池和控制器电连接。电动线缆盘、电机安装于上位舱内部的底部，电动线缆盘上缠绕有线缆；并且电机位于电动线缆盘的右侧，并且电机的输出轴与电动线缆盘的旋转轴相连。电机分别与蓄电池和控制器电连接。线缆的上端分别与蓄电池和控制器相连，线缆的末端贯穿上位舱的底部和浮标台。太阳能电池板通过支架连接在上位舱的顶部，并通过导线与蓄电池相连。天线位于太阳能电池板的右侧并通过导线与控制器相连。
如图7所示，控制器包括数据采集模块、MCU控制及处理模块、数据分析模块、通讯模块和预警模块。数据采集模块从藻类荧光测量组件和多参数水质分析组件采集电信号，电信号经MCU控制及处理模块转化处理成有效的数字信号，数字信号再进一步经数据分析模块进行比对分析。数据分析模块对比分析后，若数据正常则通过通讯模块传输至地面总控制平台，若数据异常则预警模块通过通讯模块向地面总控制平台发送预警信息。
如图6所示，上位舱的侧壁上设有连接头，连接头与电动伸缩杆相连。连接头的外侧设有充电接口，充电接口与蓄电池电连接。电动伸缩杆的外端设有充电插头，充电插头通过导线与电圈相连接。充电接口与充电插头的连接外侧设有防水绝缘保护套。当处于阴天或阳光不够时，导致太阳能发电不足，则可通过外部电源作为备用电源，以维持装置的正常运行。
采样监测单元包括下位舱、大储液瓶、进水管、出水管、藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、三通阀和微型泵一。下位舱的顶部与线缆的末端相连。大储液瓶位于下位舱的上部；进水管的一端连接在大储液瓶的顶部，进水管上设有微型泵二，进水管另一端贯穿下位舱的右上壁。藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件均安装于下位舱内部的下部。藻类荧光测量组件通过进水支管一与大储液瓶的右下方连接；多参数水质分析组件通过进水支管二与大储液瓶的左下方连接。进水支管一与进水支管二上均设有储液囊，储液囊可作为批次检测的缓冲瓶，保证检测的准确性。其中，储液囊的容量为50ml，大储液瓶的容量为200ml。出水支管一从藻类荧光测量组件的下方接出，出水支管二从多参数水质分析组件的下方接出，出水支管一、出水支管二的下端和下方的三通阀相接。微型泵一的进水端通过出水支管三与三通阀的底部相连。出水管的一端与微型泵一的出水端相连，出水管另一端贯穿下位舱的左下壁。藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵一和微型泵二分别与线缆的末端电性连接。
在本实施例中，进水管和出水管伸出下位舱侧壁的一端均设有过滤器，过滤器可过滤掉固体杂物，防止堵塞。
在本实施例中，下位舱的底部设有铅垂，铅垂内部设有位移传感器，铅垂可加重下位舱的重量并保持垂直度，进一步防止检测液体因摇晃增加检测的失误率，同时，位移传感器可监测下位舱下沉的深度，便于采取不同水深的水样。
如图3所示，藻类荧光测量组件的内部设有荧光比色皿，荧光比色皿的上下端分别与进水支管一和出水支管一相连接，荧光比色皿的一侧设有1-3个激光发射器，激光发射器的对侧设有荧光接收器，利用藻类荧光测量组件可有效检测到藻类及青苔的细胞，便于人为调控。
如图4所示，多参数水质分析组件内设有温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、TDS传感器、钙离子传感器和镁离子传感器，多参数水质分析组件与藻类荧光测量组件同步检测，不仅可以监测水质是否异常，还可以检测青苔早期繁殖的水质条件，便于养殖人员寻找二者的关联参数，从而更好的防止青苔爆发。
温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、TDS传感器、钙离子传感器、镁离子传感器均和控制器电连接。
固定支撑单元包括环形电轨道、滑环、驱动电机和电动伸缩杆。环形电轨道的外侧通过锚杆固定连接在养殖池岸，环形电轨道上设有电圈，电圈和外部电源电连接。滑环活动连接在环形电轨道上。滑环的内侧壁上设有触头，触头与电圈电连接。驱动电机与滑环的上方电连接。电动伸缩杆的内端与滑环的侧壁电性连接，电动伸缩杆的外端与上位舱的侧壁活动连接。大部分的监测装置都是通过锚固定，对于流动性大的河流及饮用水源还尚可。但是对于养殖池来说就会导致取样不均匀，因此环形电轨道通过电动伸缩杆与采样监测单元相连，可进行定位动态取样，检测效果更加精准。
固定支撑单元的安装及工作过程：第一步，先将环形电轨道的外侧通过锚杆固定连接在养殖池岸的四周；第二步，再将滑环套在环形电轨道上，驱动电机安装在滑环上并和滑环电连接，通过滑环内部的触头与电圈实现电连接，为驱动电机进行供电；第三步，将电动伸缩杆一端与滑环电连接，另一端与上位舱的侧壁通过连接头活动连接；第四步，需要移动采样点时，由驱动电机驱动前进，带动滑环在环形电轨道进行匀速运动，滑环通过电动伸缩杆带动上位舱移动，进而将采样监测单元移动到待测采样点进行采样。
本发明的工作过程：先将采样监测单元放置养殖水体内，控制通信单元通过浮标台浮于水面之上，再将连接头与电动伸缩杆相连；位移传感器向控制器反馈下位舱的具体位置，并通过电动线缆盘调整采样监测单元的下水深度；调整到合适的下水深度后，通过微型泵二吸取水样到大储液瓶内，水样先经过储液囊缓冲再分别进入藻类荧光测量组件和多参数水质分析组件进行检测，时间为4分钟，批次检测完毕通过微型泵一泵出，依次循环直至大储液瓶内水样检测完毕；检测数据通过线缆传至控制器，经处理后通过天线传至地面总控制平台。驱动电机带动滑环沿环形电轨道定向移动，在下一个采样点进行采样，同时电动伸缩杆通过伸缩调控采样半径，从而通过固定支撑单元定位至其他采样点进行采样监测。
上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：包括控制通信单元、采样监测单元、固定支撑单元，采样监测单元沉于水面之下，控制通信单元浮于水面之上；固定支撑单元安装于养殖池岸，用于固定支撑控制通信单元；
控制通信单元包括浮标台、上位舱、天线、蓄电池、控制器、电动线缆盘、电机、线缆，上位舱安装于浮标台的上面，天线安装于上位舱的顶部，蓄电池、控制器安装于上位舱内部的上部，电机、电动线缆盘安装于上位舱内部的下方，电机和电动线缆盘电连接，电机和蓄电池、控制器电连接，蓄电池和控制器电连接，线缆卷绕在电动线缆盘上，线缆上端和蓄电池、控制器连接，线缆下端贯穿上位舱、浮标台的底部；
采样监测单元包括下位舱、大储液瓶、进水管、出水管、藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵，下位舱顶部和线缆下端连接，下位舱内部的上方安装有大储液瓶，大储液瓶的下方分别连接有藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件，藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件下端和出水管连接，进水管和大储液瓶相连接，并在进水管、出水管上均设有微型泵，藻类荧光测量组件、多参数水质分析组件、微型泵均与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：固定支撑单元包括环形电轨道、滑环、驱动电机、电圈、外部电源、电动伸缩杆，滑环活动连接在环形电轨道上，滑环上安装有电动伸缩杆，驱动电机和滑环的上方电连接，环形电轨道内设有电圈，电圈和外部电源电连接，滑环的内侧壁上设有触头，触头与电圈电连接。
3.根据权利要求2所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：上位舱的侧壁上设有连接头，连接头的外侧设有充电接口，充电接口与蓄电池电连接；电动伸缩杆的外端设有充电插头，充电插头通过导线与电圈相连；连接头与电动伸缩杆的外端相连；充电接口与充电插头的连接外侧设有防水绝缘保护套。
4.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：控制器包括数据采集模块、MCU控制及处理模块、数据分析模块、通讯模块和预警模块；数据采集模块从藻类荧光测量组件和多参数水质分析组件采集电信号，电信号经MCU控制及处理模块转化处理成有效的数字信号，数字信号再进一步经数据分析模块进行比对分析后反馈给位于地面的总控制平台。
5.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：还包括太阳能板，太阳能板安装于上位舱的顶部，太阳能板和蓄电池电连接。
6.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：藻类荧光测量组件的内部设有荧光比色皿，荧光比色皿的一侧设有1至3个激光发射器，激光发射器的对侧设有荧光接收器。
7.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：多参数水质分析组件内设有温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、TDS传感器、钙离子传感器和镁离子传感器。
8.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：藻类荧光测量组件通过进水支管一与大储液瓶的右下方连接；多参数水质分析组件通过进水支管二与大储液瓶的左下方连接；出水支管一从藻类荧光测量组件的下方接出，出水支管二从多参数水质分析组件的下方接出；出水支管一、出水支管二的下端经三通阀和出水管相接。
9.根据权利要求8所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：进水支管一与进水支管二上均设有储液囊；进水管和出水管伸出下位舱侧壁的一端均设有过滤器。
10.根据权利要求1所述一种用于水产养殖的多参数监测青苔及水质装置，其特征在于：下位舱的底部设有铅垂，铅垂内部设有位移传感器，位移传感器和控制器电连接。
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