CN109490578A - 一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，包括加速度监测装置、无线通讯浮标、数据传输电缆；加速度监测装置包括位于壳体舱内的电池和数据采集处理电路板，数据采集处理电路板上设置电源接线端子、电源转换器、Flash存储器、SD卡、微处理器、三轴加速度传感器、通信模块、通信及调试接线端子；电源接线端子与电池连接，并通过电源转换器为其余模块供电，微处理器与三轴加速度传感器、Flash存储器、SD卡以及通信模块连接，通信模块通过通信及调试接线端子与数据传输电缆连接，本发明所公开的装置解决网箱升沉过程中连续运动的实时定量监测问题，并且通过灵活配置测量装置的安装位置及数量，可实现网箱整体运行姿态监测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集装置，特别涉及一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置。
背景技术
海洋资源开发是国家发展的重要内容，也是增加人类优质蛋白质的重要“海上粮仓”。在国家大力推进海洋牧场建设的政策鼓励下，海洋渔业养殖开始转型升级从近海港湾向离岸深远海拓展。目前我国海水养殖网箱绝大多数是传统近岸小网箱，深远海养殖网箱起步较晚，近几年才刚刚兴起，国内目前多采用圆形HDPE浮式网箱，该类网箱大都放置于水深较深的外海，工作地点受水流、风浪、水深等复杂海况条件的影响，网箱环境载荷较之近岸养殖明显增大。
为规避风浪尤其是台风来临时的大风浪对网箱及其养殖生物的影响，在原有圆形HDPE浮式网箱基础上，重新进行结构设计，将主管道进行分区域隔离密封，设置进气及进水管路，通过控制阀门实现网箱在海水中的升降操作功能，避免风浪冲击，保证台风期网箱养殖的安全性。为解决网箱升沉，专利号为201521113951.6的发明专利公布了一种沉浮式网箱，通过在主浮管内注水/注气，调节网箱重力，实现网箱沉浮功能；专利号201310171508.3的发明专利公布了一种升降式单管网箱框架。上述升沉式养殖网箱在水中运动的升沉速度及运动姿态是评估网箱结构状态及安全的重要参数，因此，对升沉式养殖网箱的运动加速度信息进行准确监测就十分的必要。
目前网箱升沉监测依靠设置在网箱外部的水下摄像装置，该装置主要用于监测网箱及内部养殖生物的活动状态，虽然能通过图像直观了解网箱的姿态状况，但也存在如下的技术缺陷：1、该方式仅能对运行进行定性观测，无法定量准确测量网箱的运动速度，观测精度无从保证；2、现有装置能耗较大，可持续工作时间较短；3、图像信息数据量巨大，导致信息连续性及实时性较差，通信成本高昂；4、水下光照条件差，装置自身照明范围有限，无法获知网箱的整体运动状态。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，以达到解决网箱升沉过程中连续运动的实时定量监测问题，并且通过灵活配置测量装置的安装位置及数量，可实现网箱整体运行姿态监测的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，包括与养殖网箱固定的加速度监测装置，漂浮于水面用于将数据实时传输到岸边基站的无线通讯浮标，以及连接加速度监测装置和无线通讯浮标的数据传输电缆；所述加速度监测装置包括位于壳体舱内的电池和数据采集处理电路板，所述数据采集处理电路板上设置电源接线端子、电源转换器、Flash存储器、SD卡、微处理器、三轴加速度传感器、通信模块、通信及调试接线端子；所述电源接线端子与电池连接，并通过电源转换器为其余模块供电，所述微处理器与三轴加速度传感器、Flash存储器、SD卡以及通信模块连接，所述通信模块通过通信及调试接线端子与数据传输电缆连接。
上述方案中，所述壳体舱上部设置顶盖，顶盖上设置顶盖螺栓与壳体舱固定在一起。
上述方案中，所述壳体舱底部两侧设置用于固定于养殖网箱上的螺孔。
上述方案中，所述壳体舱内部设置板卡螺栓支架，所述板卡螺栓支架上设置电池固定板和数据采集处理电路板，所述电池固定于电池固定板上。
上述方案中，所述数据采集处理电路板四周设置有与板卡螺栓支架连接的板卡固定孔。
上述方案中，所述加速度监测装置设置多个，间隔安装于养殖网箱上。
上述方案中，所述无线通讯浮标顶部设置通讯天线。
通过上述技术方案，本发明提供的深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置利用三轴加速度传感器测量养殖网箱在x,y,z三个轴向的运动加速度，微处理器工作时，执行Flash存储器内存储的数据采集运算程序，依据通讯协议读取三轴加速度传感器的测量结果，并将结果保存至SD卡内；通信模块和通信及调试接线端子，可将数据采集处理电路板与PC机连接，用于编程人员将程序写入数据采集处理电路板，并在传感器实验室校准时，接收测试信息及数据。另外，可通过该接口将三轴加速度传感器的测量数据实时传输至外部通讯设备，从而实现测量数据实时发送。
该装置测量准确度高、功耗低、装置体积小、生产成本低、设备安装方便，可实现指令控制及实时数据传输。。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置纵向剖面示意图；
图2为本发明实施例所公开的深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置使用状态示意图；
图3为本发明实施例所公开的数据采集处理电路板平面示意图；
图4为本发明实施例所公开的加速度监测装置内部连接示意图；
图5为本发明实施例二所公开的加速度监测装置安装结构示意图。
图中，1、加速度监测装置；2、无线通讯浮标；3、数据传输电缆；4、通讯天线；5、壳体舱；6、电池；7、数据采集处理电路板；8、板卡螺栓支架；9、电池固定板；10、顶盖；11、顶盖螺栓；12、螺孔；13、电源接线端子；14、电源转换器；15、Flash存储器；16、SD卡；17、微处理器；18、三轴加速度传感器；19、通信模块；20、通信及调试接线端子；21、板卡固定孔；22、养殖网箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，如图1所示，该装置可以解决网箱升沉过程中连续运动的实时定量监测问题，并且通过灵活配置测量装置的安装位置及数量，可实现网箱整体运行姿态监测。
如图2所示的深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，包括与养殖网箱22固定的加速度监测装置1，漂浮于水面用于将数据实时传输到岸边基站的无线通讯浮标2，以及连接加速度监测装置1和无线通讯浮标2的数据传输电缆3，无线通讯浮标2顶部设置通讯天线4。数据传输电缆3为铠装水密信号线缆，能够通过水密接口连接串行通信电缆，将观测数据实时连续发送至水面无线通讯浮标。
无线通讯浮标2为锚泊式玻璃钢桶状浮标，浮标内部设置有无线通信模块，可通过无线通讯方式连接岸站远程监控终端，实现指令下发及测量数据的实时传输。
如图1所示的加速度监测装置1包括位于壳体舱5内的电池6和数据采集处理电路板7，壳体舱5内部设置板卡螺栓支架8，板卡螺栓支架8上设置电池固定板9和数据采集处理电路板7，电池6固定于电池固定板9上。壳体舱5上部设置顶盖10，顶盖10上设置顶盖螺栓11与壳体舱5固定在一起。壳体舱5底部两侧设置用于固定于养殖网箱上的螺孔12。壳体舱5和顶盖10采用PC+ABS塑料水密壳体，顶盖10带有密封结构，内部安装密封胶圈，可实现壳体全封闭，安装方便、可有效防止湿气及水的进入。
如图3所示，数据采集处理电路板7上设置电源接线端子13、电源转换器14、Flash存储器15、SD卡16、微处理器17、三轴加速度传感器18、通信模块19、通信及调试接线端子20；电源接线端子13与电池6连接，并通过电源转换器14为其余模块供电，微处理器17与三轴加速度传感器18、Flash存储器15、SD卡16以及通信模块19连接，通信模块19通过通信及调试接线端子20与数据传输电缆3连接。数据采集处理电路板7四周设置有与板卡螺栓支架8连接的板卡固定孔21。
三轴加速度传感器18可以定时或由远程指令激活，执行连续实时定量准确测量养殖网箱在x,y,z三个轴向的运动加速度；数据采集处理电路板7各组成电路均采用低功耗设计，微处理器17可以对三轴加速度传感器18测得的数据进行处理，通过通信模块19实时传输给无线通讯浮标2，同时将数据在SD卡16中保存备份。SD卡16可以方便后期数据读取及回放分析。电池6位于壳体舱5下部，可保障测量装置长期持续工作。
本实施例中，微处理器17的型号为MK64FX512，SD卡16为16G存储卡，电池6为大容量高密度锂电池组，电压范围可根据需要设置为3.5～15V。PC机接口为RS422全双工串行通信接口。
加速度监测装置1可以设置多个，间隔90°安装于养殖网箱上。
通过上述技术方案，本发明提供的深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置利用三轴加速度传感器测量养殖网箱在x,y,z三个轴向的运动加速度，微处理器工作时，执行Flash存储器内存储的数据采集运算程序，依据通讯协议读取三轴加速度传感器的测量结果，并将结果保存至SD卡内；通信模块和通信及调试接线端子，可将数据采集处理电路板与PC机连接，用于编程人员将程序写入数据采集处理电路板，并在传感器实验室校准时，接收测试信息及数据。另外，可通过该接口将三轴加速度传感器的测量数据实时传输至外部通讯设备，从而实现测量数据实时发送。
实施例一：
加速度监测装置1设置在养殖网箱主浮管内部隔舱或设置在一段独立的HDPE材质密封舱(如扶手管舱)内，并固定在主浮体2上。当养殖网箱需要执行沉浮操作时，排气/水口往主浮管各个隔舱内注水/气，网箱系统随着重力的改变，开始下潜或者上浮，此时加速度监测装置中的三轴加速度传感器将同时测量网箱主浮体在x,y,z三个轴向的运动加速度，如图2所示，实时通过通讯模块经由数据传输电缆及无线通讯浮标传输至岸站远程监控终端，并将测量数据记录到监测装置内部自带的SD卡中。
实施例二：
针对大尺寸网箱，加速度监测装置还可通过在不同安装位置设置多个形成水下监测模块组的方式，实现网箱整体运行姿态监测，如图5所示，在养殖网箱主浮体内以90度为间隔，安装多个加速度监测装置，当运动过程出现因海流影响导致养殖网箱22升沉不同步发生倾斜时，可根据各传感器测量数据进行整体姿态评估及姿态调整。
实施例三：
数据采集处理电路板7可设置两块，通过上下重叠的组装方式并行连接，数据采集处理电路板一负责监测数据处理，数据采集处理电路板二负责数据实时传输，数据采集处理电路板一和数据采集处理电路板二可同时实现数据测量、采集、存储的冗余备份功能，提高加速度监测装置的运行可靠性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，包括与养殖网箱固定的加速度监测装置，漂浮于水面用于将数据实时传输到岸边基站的无线通讯浮标，以及连接加速度监测装置和无线通讯浮标的数据传输电缆；所述加速度监测装置包括位于壳体舱内的电池和数据采集处理电路板，所述数据采集处理电路板上设置电源接线端子、电源转换器、Flash存储器、SD卡、微处理器、三轴加速度传感器、通信模块、通信及调试接线端子；所述电源接线端子与电池连接，并通过电源转换器为其余模块供电，所述微处理器与三轴加速度传感器、Flash存储器、SD卡以及通信模块连接，所述通信模块通过通信及调试接线端子与数据传输电缆连接。
2.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述壳体舱上部设置顶盖，顶盖上设置顶盖螺栓与壳体舱固定在一起。
3.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述壳体舱底部两侧设置用于固定于养殖网箱上的螺孔。
4.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述壳体舱内部设置板卡螺栓支架，所述板卡螺栓支架上设置电池固定板和数据采集处理电路板，所述电池固定于电池固定板上。
5.根据权利要求4所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述数据采集处理电路板四周设置有与板卡螺栓支架连接的板卡固定孔。
6.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述加速度监测装置设置多个，间隔安装于养殖网箱上。
7.根据权利要求1所述的一种深远海养殖网箱升沉运动加速度监测装置，其特征在于，所述无线通讯浮标顶部设置通讯天线。
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