CN112034759A - 一种智能网箱养鱼监控系统 - Google Patents

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姜思思
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Abstract

本发明提供了一种智能网箱养鱼监控系统,系统采用上位机和下位机控制,上位机为系统远程监控计算机,采用可视化编程语言设计界面,实现对网箱的远程监控与管理操作;下位机由传感器部分、远程测控终端和执行机构三部分组成;远程测控终端,实施对网箱养殖环境参数采集、传输、存储以及执行机构的控制;传感器部分实现网箱环境及鱼群反应数据实时采集、处理与显示;执行机构对网箱环境的调节及饵料投喂,并通过总线网络和无线通信模块,将监测的环境参数传输到上位PC机,并接受上位机的控制而产生控制决策,控制执行机构进行调节。在水产养殖相关参数监测方面,同时针对多环境因子,可以建设一套更全面、更科学的智能渔业系统。

Description

一种智能网箱养鱼监控系统
技术领域
本发明涉及到网箱养鱼,特别是涉及到一种智能网箱养鱼监控系统。
背景技术
(1)目前我国水产养殖从设施、设备到养殖技术都还落后于发达国家,水产养殖现多为粗放型生产,绝大程度上只能依靠人工观察、决策与调整,多数水产养殖场都是通过人工手动控制执行机构(比如增氧机)来进行水质调控,调控滞后,耗时费力,控制不理想,自动化水平低,投入成本高,并且对养殖技术人员的经验水平要求较高,一旦养殖人员出现判断失误或处理不及时的情况很可能会导致巨大的经济损失。
(2)目前国内在水产养殖相关参数监测方面,大部分只是针对单环境因子,而养殖水体中存在生物、化学、物理、气象以及人类活动等众多复杂过程,从而导致水体环境因子如溶解氧、水温、酸碱度(pH)、透明度、氨氮等与太阳辐射、气温、风速、气压等诸多养殖气候因子以及水体自身环境因子之间作用机理复杂,养殖水质的好坏是养殖水体诸多环境因子综合作用的结果,因此,研发同时针对多环境因子的监控系统对防治水质恶化、降低养殖风险与疾病爆发、保证水产品在良好环境下健康生长至关重要。
发明内容
本发明提供一种智能化的养殖监控系统,能够实现对池塘水质、鱼群反应等因子的自动监测和控制,达到促进水产品健康生长、降低劳动成本以及增加产量、同时促进渔业工厂化发展的目的。
本发明的技术方案是:一种智能网箱养鱼监控系统,系统采用上位机和下位机控制,上位机为系统远程监控计算机,采用可视化编程语言设计界面,实现对网箱的远程监控与管理操作;下位机由传感器部分、远程测控终端和执行机构三部分组成;远程测控终端,实施对网箱养殖环境参数采集、传输、存储以及执行机构的控制;传感器部分实现网箱环境及鱼群反应数据实时采集、处理与显示;执行机构对网箱环境的调节及饵料投喂,并通过总线网络和无线通信模块,将监测的环境参数传输到上位 PC 机,并接受上位机的控制而产生控制决策,控制执行机构进行调节。
进一步地,上述传感器部分包括水温及溶氧量传感器、碳氮含量传感器、光照传感器、工业摄像机和声呐系统;水温及溶氧量传感器采用OOS61荧光法溶解氧传感器结合普通金属温感元器件通过变速器结合双电信号,测量范围为0-20mg/L(0-20ppm),重复性为+/-0.5%FS,最大耐压值可以调定位10bar,专属操作温度为-10至50℃;碳氮含量传感器实现以中央探针为中心,直径为4m、高为10m的圆柱体区域水体PH值测量;光照传感器用于检测鱼类生长环境的光照辐射强度,从而决定是否需要采取;工业摄像机通过监测鱼群的空间分布情况为投饲控制提供反馈信息;
所述声呐系统为基于目标声学反射原理,采用声呐技术探测水下残存饲料颗粒;换能器把电信号转换为声波发射到水中,声波遇到饲料颗粒发生反射产生回波,回波能量被换能器接收并变换成电信号,对电信号进行分析判断是否出现残余饲料。
进一步地,上述执行机构包括投饲机、增氧机、加温系统;投饲机: 与工业摄像机、声呐系统形成闭环工作模式;增氧机:接收溶氧传感器、水温传感器电信号,在不同温度下采用不同的增氧模式;加温系统:接收水温传感器电信号,在水温过低时起到一定的加温作用,使鱼类具有一个适宜生长的水温条件。
进一步地,上述工业摄像机包括CCD工业相机,计算机,LED灯、驱动电机和链传动机构;加载TensorFlow-GPU深度学习库对其进行SSD算法进行灰度处理,在网箱养殖条件下,鱼群在网箱内的分布情况往往与其食欲相关。
进一步地,上述监控系统的无线通讯部分选用 LQ1000-485 GPRS DTU。
进一步地,上述监控系统的上位机组态软件选用北京亚控公司生产的组态王软件KingView7.5。
本发明的有益效果:
(1)在水产养殖相关参数监测方面,同时针对多环境因子,可以建设一套更全面、更科学的智能渔业系统;
(2)设备低功耗、寿命长易于维护等特定使系统具有环保性和可持续性;
(3)各部分所支持协议之间具有兼容性,因此易于组合;
(4)整个系统硬件和软件部分按需选择,具有经济实用性。
附图说明
图1是本发明的智能网箱养鱼监控系统的结构框图;
图2是本发明的流程图;
图3是发明的监控系统功能框架示意图;
图4是本发明的智能网箱的结构示意图;
1-工业摄像机;2-加温电热丝;3-投饲机;4-声呐系统;5-氧传感器;6-光照传感器;7-碳氮传感器;8-水温传感器;9-网箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进下的说明:
1.系统分部各组成结构的具体参数
1.1 远程测控终端。远程测控终端是下位机系统的核心,采集传感器的输出信号,并输出控制信号对执行系统进行智能控制,该部分的稳定程度决定了整个系统的好坏,因
此,必须选择一款好的远程测控终端。使系统选用具有低功耗、节能并方便维护,要求具体功能如下:
(1) 数据远程传输支持GPRS、以太网等。
(2) 带RS232、RS485接口。
(3) 6路模拟量输入,可采集 4~20 mA 工业电信号;6路继电器输出控制、4路光耦输入输出控制。
(4) 内置大容量SPI-flash,实现数据的长时本机保存。
(5)可按需定制内置RTC,掉电可自动计时,定时定点唤醒。
(6)宽电压供电范围: 7~30 V。
(7)传输支持多种协议,包括Modbus协议(ASCII、RTU、ModbusTCP) 。
2.1.2传感器部分。
水温及溶氧量传感器:水温是鱼类生长发育的重要因素之一,水温与溶氧量之间存在强耦合关系,即温度升高会一定幅度的会减少溶氧量,反之水温降低则会增加溶氧量。基于此,本设计选用温度传感器、溶氧量传感器及变送器进行集成一体化设计的,可采用OOS61荧光法溶解氧传感器结合普通金属温感元器件通过变速器结合双电信号,测量范围为0-20mg/L(0-20ppm),重复性为+/-0.5%FS,最大耐压值可以调定位10bar,专属操作温度为-10至50℃,内部采用专用温度补偿电路和线性化处理电路,精度高,低漂移,响应速度快,抗干扰能力强,可远距离传输,安装方便。
碳氮含量传感器: 该系统选用 SMS-II-485 水体pH值传感器,抽真空灌封和优质不锈钢制作钢针制作,密封性极好,可长期浸泡水中,并可经受长期电解,更耐水体中酸碱盐的腐蚀,适用温度范围广。低功耗,平均电流小于 10 mA。具有电源线、地线、信号线多向防误接保护。可实现以中央探针为中心,直径为4m、高为10m的圆柱体区域水体PH值测量。
光照传感器: 用于检测鱼类生长环境的光照辐射强度,从而决定是否需要采取遮阳或补光操作,调节网箱内的光照强度,以满足鱼类生长对光照的需求。本系统采用数字光照传感器 BH1750FVI 模块,内置 16 位A/D 转换器,接近于视觉灵敏度的分光特性,高精度测量光照强度。
工业摄像机:CCD工业相机(型号:维视 MV-VD200C,分辨率:1600*1200,镜头焦距:8mm),计算机,LED灯(功率:15W)、驱动电机、链传动机构等零部件组成,可以防水。搭建计算机软件平台,配置为在Windows系统下,配置Micsoft Visul Studio 2018 环境,安装Python软件,加载TensorFlow-GPU深度学习库对其进行SSD算法进行灰度处理,在网箱养殖条件下,鱼群在网箱内的分布情况往往与其食欲相关。通过监测鱼群的空间分布情况可以为投饲控制提供反馈信息。同时对池塘上中下分层,根据不同鱼类生活水层习性进行设定,当鱼类处于饥饿状态时,鱼类上浮,则水箱上层灰度值增加,同时中下层灰度值减少,可作为一路信号参与控制投饲机进行投饲。
声呐系统:基于目标声学反射原理,采用声呐技术探测水下残存饲料颗粒。换能器把电信号转换为声波发射到水中,声波遇到饲料颗粒发生反射产生回波,回波能量被换能器接收并变换成电信号,对电信号进行分析判断是否出现残余饲料。换能器一般设置在网箱内部靠近网底的水层或网箱底部以下水层,按照一定间隔发射超声波束,未被摄食的饲料掉落至网箱下方,从超声波束内经过时即被探测到。声呐系统和工业摄像机、投饲机形成一套闭环回路。
2.1.3执行机构部分。该系统执行机构主要包括投饲机、增氧机、加温系统。
投饲机: 与工业摄像机、声呐系统形成闭环工作模式,可设置为手动及自动两种控制方式。
增氧机:接收溶氧传感器、水温传感器电信号,在不同温度下采用不同的增氧模式。
加温系统:接收水温传感器电信号,在水温过低时起到一定的加温作用,使鱼类具有一个适宜生长的水温条件。
2.2 无线通讯部分。该系统无线通讯部分选用 LQ1000 -485 GPRS DTU。它是实现串口设备数据通过GPRS无线网络传输的设备,通过特定接口连接远程测控终端从而进行数据传输,除具备 DTU 均具备的支持 TCP/UDP 协议,支持动态域名通信方式和固定 IP地址访问。还具有以下功能特性:
(1) 提供标准RS232 /485 数据接口,仅需一次性完成初始化配置,不需要对原有的数据通信内容和用户设备做改动,并且用户设备与数据中心通过 GPRS 无线网络建立连接后,就可实现数据的全透明双向传输。
(2) 支持亚控组态王、三维力控、杰控等市场主流组态软件。
(3) 智能防掉线,支持用户通过移动客户端APP远程控制访问、超时断开网络连接以及语音、数据、SMS 等唤醒方式,确保设备永远在线。
(4) 中心软件可通过 DTU 发送自定义短信,进行数据传输或报警。
(5) 支持短信、串口指令配置参数,支持 AT 命令。
(6) 参数特性。①工作环境。工作温度: -25~75℃;
工作湿度: 5% ~ 95% RH; ②尺寸。DTU 中的最小体积(80×51×16 mm) ; ③电源输入。输入电压: 默认8~30VDC;平均工作电流:35mA; 最大工作电流: 100 mA;待机电流20 mA。
④串口通讯参数。波特率: 1200~15200 bit / s,并设置奇偶校验。
2.3上位机部分。该套系统上位机组态软件选用北京亚控公司生产的组态王软件KingView7.5,该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化、通信能力强大; 报警和事件管理先进等优点。其组态软件监控系统功能如图 3 所示。
网箱环境参数部分显示当前的水温、碳氮浓度、溶氧含量、光照强度、鱼群动态及饵料消化情况,并且用户可以修改所要求达到的水温、溶氧量、投饲量及投饲时间值。手动自动切换是用以在需要时由自动控制切换到手动控制,比如维护或者出现安全故障时。执行设备状态显示部分也就是显示加温系统、增氧机、投饲机等的状态的。用户管理部分,是运行状态时进行用户登录、用户切换、修改密码、用户管理等操作的部分,不同用户有不同的权限,根据权限的不同就可以对系统进行不同的操作。该组态王命令语言是一种在格式上类似于 C 语言的脚本程序,对用户而言,编程和操作均简单易学。为实现组态王的监控功能,需首先完成 2 部分操作: ①组态王与数据库的通信; ②组态王与下位机的通信。
2.3.1 组态王与数据库的通信。在组态王新建数据库操作画面,利用组态王提供的 KVADODBGrid 控件通ODBC 数据源连接到 Access 数据库,从而实现组态王与数据库的通信,来实现在组态王页面上可对历史数据进行存储查询、并实时显示更新各项网箱环境数据等的。
2.3.2组态王与下位机通信。(1)关联远程测控终端。在组态王工程浏览器页面下,根据设备配置向导的步骤,选择与设备所连接的串口,找到通讯端口COM后指定设备地址,关联外部设备实现组态王I/O 变量与设备之间的通信。(2)定义变量。在工程浏览器的数据词典中新建变量,其中包括选择连接设备、关联寄存器和选择数据类型,变量定义等。(3)动画连接。通过动画连接方式来实现环境参数和执行设备的状态的实时显示,来表现网箱的状态。即将下位机采集的数据以文本控件形式的模拟值输出到画面,执行部件的实时显示是通过下位机的状态反馈,然后通信到组态画面得以显示。(4)通讯设置。组态王与远程测控终端设置为一致的通讯参数,才能采集和显示环境参数,才能将用户输入组态王的环境参数目标值以模拟值输出的形式传输到远程测控终端进行自动控制。

Claims (6)

1.一种智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,
所述系统采用上位机和下位机控制,
所述上位机为系统远程监控计算机,采用可视化编程语言设计界面,实现对网箱的远程监控与管理操作;
所述下位机由传感器部分、远程测控终端和执行机构三部分组成;
所述远程测控终端,实施对网箱养殖环境参数采集、传输、存储以及执行机构的控制;
所述传感器部分实现网箱环境及鱼群反应数据实时采集、处理与显示;
所述执行机构对网箱环境的调节及饵料投喂,并通过总线网络和无线通信模块,将监测的环境参数传输到上位 PC 机,并接受上位机的控制而产生控制决策,控制执行机构进行调节。
2.如权利要求1所述的智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,所述传感器部分包括水温及溶氧量传感器、碳氮含量传感器、光照传感器、工业摄像机和声呐系统;
所述水温及溶氧量传感器采用OOS61荧光法溶解氧传感器结合普通金属温感元器件通过变速器结合双电信号,测量范围为0-20mg/L(0-20ppm),重复性为+/-0.5%FS,最大耐压值可以调定位10bar,专属操作温度为-10至50℃;
所述碳氮含量传感器实现以中央探针为中心,直径为4m、高为10m的圆柱体区域水体PH值测量;
所述光照传感器用于检测鱼类生长环境的光照辐射强度,从而决定是否需要采取;
所述工业摄像机通过监测鱼群的空间分布情况为投饲控制提供反馈信息;
所述声呐系统为基于目标声学反射原理,采用声呐技术探测水下残存饲料颗粒;换能器把电信号转换为声波发射到水中,声波遇到饲料颗粒发生反射产生回波,回波能量被换能器接收并变换成电信号,对电信号进行分析判断是否出现残余饲料。
3.如权利要求1所述的智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,所述执行机构包括投饲机、增氧机、加温系统;
所述投饲机: 与工业摄像机、声呐系统形成闭环工作模式;
所述增氧机:接收溶氧传感器、水温传感器电信号,在不同温度下采用不同的增氧模式;
所述加温系统:接收水温传感器电信号,在水温过低时起到一定的加温作用,使鱼类具有一个适宜生长的水温条件。
4.如权利要求2或3所述的智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,所述工业摄像机包括CCD工业相机,计算机,LED灯、驱动电机和链传动机构;加载TensorFlow-GPU深度学习库对其进行SSD算法进行灰度处理,在网箱养殖条件下,鱼群在网箱内的分布情况往往与其食欲相关。
5.如权利要求1所述的智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,所述监控系统的无线通讯部分选用 LQ1000-485 GPRS DTU。
6.如权利要求1所述的智能网箱养鱼监控系统,其特征在于,所述监控系统的上位机组态软件选用北京亚控公司生产的组态王软件KingView7.5。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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