CN113466418A

CN113466418A - 水下智能移动载具及其水池系统

Info

Publication number: CN113466418A
Application number: CN202010766447.5A
Authority: CN
Inventors: 陈贵光; 陈千皓; 张哲瑞
Original assignee: Xiangyang Agricultural Biotechnology Co ltd
Current assignee: Xiangyang Agricultural Biotechnology Co ltd
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-10-01
Also published as: TWI728746B; TW202133725A

Abstract

本发明公开了一种水下智能移动载具及其水池系统，该水下智能移动载具包括：一机壳；一传感器单元，设置于该机壳的外侧，用以感测水质的变化；一摄影单元，设置于该机壳内，用以监视渔虾生长情况；一动力单元，设置于该机壳内，用以推动该水下智能移动载具的移动；以及一控制单元，设置于该机壳内，用以将该传感器单元所感测的水质变化信息传送至一监控系统。本发明能方便设置于水产养殖场中，以协助养虾渔民能实时掌握养虾场生态，提高育虾的收成，增加养殖渔民收入。

Description

水下智能移动载具及其水池系统

技术领域

本发明关于一种养殖水池系统；更具体地，特别指一种水下智能移动载具及其水池系统。

背景技术

目前如鱼塭等类型的水产养殖场地开始导入电子监视设备，以辅助饲养人留意生物的成长状态，提高养殖成效；随着通讯科技技术的进步与手持电子装置(如手机、平板计算机等)的普及，电子监视设备也开始增加水产养殖环境感测功能，以提供饲养人方便接收养殖环境的实时状态，来强化养殖成效。

此外，由于环境感测系统需要长时间持供电，以确保感测信息传送不中断，因此目前常见的环境感测系统为配合既有电力线位置，大多设置在池边；然而，在池边搭设环境感测系统有诸多限制，造成饲养人装设意愿低，例如：池边必须加以破坏以兴建可固定环境感测系统设备的棚架、水下传感器只能沿池边下沉至池中进行水中环境感测，无法感测大部份生物活动的池中环境状态，而且易生污垢降低感测灵敏度、需要经常性清洁水下传感器等等。

而且现行IoT智慧养殖监控技术无法符合养殖渔民所需，其问题有：1.养殖环境参数的设定由IoT从业者掌控，渔民在养殖多年累积经验必须数据化后交由IoT公司处理，恐造成养殖户专业技术外流，且各水质传感器的维护与参数实时上传的巨量数据网络费用却需养殖渔民负担；2.定点式水质参数监测无法及时反应水产养殖环境现况；3.水下鱼虾是否染病无法实时掌握；4. 中国台湾养殖业的规模普遍较小，现行智慧养殖设备昂贵难以承受。

综上所述，目前提供给池塘、鱼塭等养殖场地的环境感测系统需要进一步改良。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种水下智能移动载具及其水池系统，其方便设置于水产养殖场中，以协助养虾渔民能实时掌握养虾场生态，提高育虾的收成，增加养殖渔民收入。

为达上述目的，本发明提供一种水下智能移动载具，包括：一机壳；一传感器单元，设置于该机壳的外侧，用以感测水质的变化；一摄影单元，设置于该机壳内，用以监视渔虾生长情况；一动力单元，设置于该机壳内，用以推动该水下智能移动载具的移动；以及一控制单元，设置于该机壳内，用以将该传感器单元所感测的水质变化信息传送至一监控系统。

本发明的水下智能移动载具，其中，该传感器单元用以检测水中的溶氧量、酸碱度、氧化还原电位及温度，其中该溶氧量平时须保持1mg/L，育成期增加至5mg/L；该酸碱度值介于7至9之间；该氧化还原电位范围介于200mV至450mV之间；该水温介于28℃至30℃之间。

本发明的水下智能移动载具，其中，该摄影单元为一运动型相机并搭配近摄环，用以将焦距缩短至10公分。

本发明的水下智能移动载具，其中，该动力单元包括一自吸式水泵及一马达，用以推动该水下智能移动载具的移动。

本发明的水下智能移动载具，其中，该马达的前方为小型涡轮风扇，能够将水由侧面吸入前方排出，将以水流所产生的反作用力使该水下智能移动载具在养殖池上缓慢移动。

本发明的水下智能移动载具，其中，该马达使用介于9伏特到12伏特的电压。

本发明的水下智能移动载具，其中，更包括一红外线单元与一电子罗盘传感器单元，用以校正该水下智能移动载具移动路线的偏移。

本发明还提供一种具有水下智能移动载具的水池系统，包括：提供如上所述的一种水下智能移动载具；数个打气机，用以将氧气打入水池中；数个排污管，用以将水中的污染物排出水池外；以及一监控系统，用以接收该水下智能移动载具传送的水质变化信息，并控制该打气机的开关。

本发明的具有水下智能移动载具的水池系统，其中，该水下智能移动载具通过推力源能够执行前进、后退、原地旋转与细部微调动作。

本发明之具有水下智能移动载具的水池系统，其中，该水下智能移动载具的路径定位方式为多点讯号定位或载具沿线移动。

本发明能方便设置于水产养殖场中，以协助养虾渔民能实时掌握养虾场生态，提高育虾功率收成，以增加养殖渔民收入。

为期许本发明的目的、功效、特征及结构能够有更为详尽的了解，举较佳实施例并配合图式说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例的水下智能移动载具的示意图；

图2为本发明一实施例的水下智能移动载具的外观示意图；

图3为本发明另一实施例的水下智能移动载具的示意图；

图4为本发明一实施例的水下智能移动载具的马达作动的示意图；

图5为本发明一实施例的水下智能移动载具旋转的示意图；

图6为本发明一实施例的具有水下智能移动载具的水池系统的示意图；

图7为本发明一实施例的水下智能移动载具多点讯号定位的示意图；

图8为本发明一实施例的水下智能移动载具沿线移动的示意图。

附图中的符号说明：

1 水下智能移动载具；

10 机壳；

20 传感器单元；

30 摄影单元；

40 动力单元；

42 自吸式水泵；

44 马达；

46 小型涡轮风扇；

50 控制单元；

60 红外线单元；

70 电子罗盘传感器单元；

80 打气机；

82 排污管；

84 监控系统；

90 水池。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的水下智能移动载具的示意图、图2为本发明一实施例的水下智能移动载具的外观示意图、图3为本发明另一实施例的水下智能移动载具的示意图、图4为本发明一实施例的水下智能移动载具的马达作动的示意图、图5为本发明一实施例的水下智能移动载具旋转的示意图及图6为本发明一实施例的具有水下智能移动载具的水池系统的示意图。请参阅图1及图2及图3及图6，一种水下智能移动载具1，包括：一机壳10；一传感器单元20，设置于该机壳10外侧，用以感测水质的变化；一摄影单元30，设置于该机壳10内，用以监视渔虾生长情况；一动力单元40，设置于该机壳10内，用以推动该水下智能移动载具1的移动；以及一控制单元50，设置于该机壳10内，用以将该传感器单元20所感测的水质变化信息传送至一监控系统84。

请参阅图2，载具的外形的水平与垂直二轴采用对称设计以满足移动平衡需求，并有效减少载具移动或自转时各方位的水流阻力差异过大而难以控制，而载具的底部则采以较大面积设计以提供载体所需的浮力与移动行进稳定性，水下摄影机组将架设于载具的内部前方，以45 度倾角向前下方深入水下撷取影像画面。

请参阅图1，该传感器单元20用以检测水中的溶氧量、酸碱度、氧化还原电位及温度，其中该溶氧量平时须保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；该酸碱度值在7~9之间；该氧化还原电位范围为200mV~450mV之间；该水温为28℃~30℃。

水质感测包含溶氧量(DO)、酸碱度值(pH)、氧化还原电位(ORP)三种传感器与其三根探棒，各传感器感测输出值会经由标准化可选调A/D 转换器转换成标准传输值后，传送至主控制器判断水质参数是否异常，若水质参数出现异常值，主控制器将立即通报服务器管理平台，以进行对应的处理(例如换水作业)，此方式不需时常将正常水质参数上传云端，可大量减少网络传输需求量。

DO 饱和溶氧值为达到自然平衡状态时溶入水中的最大溶氧量，平时须保持1mg/L以上，育成期可增加至5mg/L，以确保虾只生长速度，但饱和度不可超过130％(约10mg/L)。

pH值为水质酸碱度衡量标准，如草虾合适生存 pH值应在 7.0~9.0之间，以 7.5~8.5为最佳。

ORP氧化还原电位是水溶液能力的测量指针，单位是 mV，可检测水质中厌氧性生物含量，如草虾养殖水质最佳ORP范围为 200mV~450 mV之间。

草虾对温度的适应力较强，其合适范围在 18℃~35℃之间，以水温 28℃~30℃为最好的生长温度，但若水温度降低至 18℃以下时则会开始不进食，12℃以下可能造成冻死。

请参阅图1及图2，该摄影单元30为一运动型相机并搭配近摄环，用以将焦距缩短至10公分。

其中养虾池水环境中因含有大量水藻，水下可见光相机可视距离约剩15 cm 左右，又因打水机打水的缘故，漂浮在水面的水下摄影装置会因水面晃动造成水下影像撷取不易，故需选用抗震效果较佳的运动型相机，并搭配近摄环将焦距缩短至约10 cm 左右，以慢速自动巡航方式靠近虾只捕捉其影像。

请参阅图1及图3，该动力单元40包括一自吸式水泵42及一马达44，用以推动该水下智能移动载具1的移动。

请参阅图3及图4，该马达44前方为小型涡轮风扇46，可将水由侧面吸入前方排出，将以水流所产生的反作用力使该水下智能移动载具1在养殖池上缓慢移动。

请参阅图3，该马达44使用9伏特到12伏特的电压。

载具动力马达是载具移动的动力来源，船只移动通常采用螺旋桨推进器作为推进装置，利用转轴周围的桨叶产生升力推动船只前进，但此推进模式会惊吓池中虾只，且桨叶旋转力道会卷入虾只触须，造成虾只死亡甚至动力设备故障。本发明选用多颗小型自吸式水泵作为动力，马达前方为小型涡轮风扇，可将水由侧面吸入前方排出，以水流所产生的反作用力使载具在养殖池上缓慢移动，水泵进水口较小且有防水机构保护叶扇，可有效防止伤害虾只的问题。

电源模块提供移动载具内部所有电力需求，因主控制器单晶片开发板与摄影装置使用5 V 电压，而水质感测模块与马达使用9V至12 V的电压，因此需电压转换模块调节输出电压需求。室内养殖场单池面积约40 ×130 m²，电源需供整体6公斤~8 公斤的载具完成至少2 趟以上养殖池巡航，考虑电池本身重量与续航力，本发明将采用20,000 mAh锂铁电池以满足需求。

行进姿态感测装置用以避免载具前行受到水面波浪影响所导致航向偏移，本发明将通过三轴电子罗盘的磁场北极方位量计算航向偏移量，并借由PWM 控制马达脉波予以航道修正。

请参阅图1，更包括一红外线单元60与一电子罗盘传感器单元70，用以校正该水下智能移动载具1移动路线的偏移。

请参阅图1、图2、图3、图4及图6，一种具有水下智能移动载具的水池系统，包括：一种水下智能移动载具1，包括：一机壳10；一传感器单元20，设置于该机壳10外侧，用以感测水质的变化；一摄影单元30，设置于该机壳10内，用以监视渔虾生长情况；一动力单元40，设置于该机壳10内，用以推动该水下智能移动载具1的移动；以及一控制单元50，设置于该机壳10内，用以将该传感器单元20所感测的水质变化信息传送至一监控系统84；该传感器单元20用以感测水质的溶氧量、酸碱度、氧化还原电位计及水温计，其中该溶氧量平时须保持1mg/L，育成期可增加至5mg/L；该酸碱度值在7~9之间；该氧化还原电位范围为200mV~450mV之间；该水温为28℃~30℃；该摄影单元30为一运动型相机并搭配近摄环，用以将焦距缩短至10公分；该动力单元40包括一自吸式水泵42及一马达44，用以推动该水下智能移动载具1的移动；该马达44前方为小型涡轮风扇46，能够将水由侧面吸入前方排出，将以水流所产生的反作用力使该水下智能移动载具1在养殖池上缓慢移动；该马达44使用9伏特到12伏特的电压；更包括一红外线单元60与一电子罗盘传感器单元70，用以校正该水下智能移动载具1移动路线的偏移；数个打气机80，用以将氧气打入水池90中；数个排污管82，用以将水中的污染物排出水池90外；以及一监控系统84，用以接收该水下智能移动载具1传送的水质变化信息，并控制该打气机80的开关。

以开发型单芯片计算机Raspberry pi 作为主控制器连接所有感测装置，主控制器借由UART 接口分别接收四种水质感测值的数字讯号以及水下摄影装置的撷取影像，前者为标准化可选调A/D 转换器前端讯号转换后的水质感测数值，先将输出的数值进行初步判断，若超出预先设定的上、下限数值，将判断成果以感测值名称、超出数值与当下时间转换为字符串并暂存为JSON 格式，再通过WiFi通讯模块以无线传输方式将数据POST 至服务器管理平台；后者为撷取卡所输出的压缩连续图像，主控制器接收后先对图像译码暂存，再以mjpg-streamer 链接库功能将影像串流至IoT 服务器管理平台。

请参阅图1及图5，当该水下智能移动载具1监测到水质异状时(如:检测出污染范围或污染区域范围)，该水下智能移动载具1通过推力源可执行前进、后退、原地旋转与细部微调动作，来做水质的改善侦测动作。

请参阅图1及图5及图6，当该水下智能移动载具1监测到水质异状时(如:检测出污染范围或污染区域范围)，该水下智能移动载具1则通过推力源可执行前进、后退、原地旋转与细部微调动作，来做水质的改善侦测动作，并发出讯息给该监控系统84来控制该打气机80的开关与排污管82的作动，并进而确认当该水下智能移动载具1监测到水质异状时的水质地方处(如:检测出污染范围或污染区域范围)是否有适当的改善。

图4所示为动力马达出水口处的推力示意图，其设置于移动载具的底部左前、右前、左后及右后方等处。

请参阅图1、图4及图6，该水下智能移动载具1的路径定位方式为多点讯号定位或载具沿线移动。

内部养殖池为本发明试验场域，其单一养殖池面积大小约40 × 130 m² (环境现况如图6 所示)，该养殖池具底池排污设备，其对应上方附近会有小型水流需避开，移动载具行径路线由外圈依顺时钟绕圈往养殖池中心点靠近，当靠近墙边时先控制马达使载具停止，发送右旋指令直到载具正转90 度，判断方式依靠红外线单元60(举例:红外线测距仪量测)与电子罗盘传感器单元70(举例:电子罗盘传感器)。当路径中心与池壁间的距离Di超过一固定值即为完成全区域巡航，移动载具自行回到起始位置将i值归零等待下一次行动，其中相邻两圈的距离若越大，巡航完成时间越快，但总体路径覆盖率会下降。

图7为本发明一实施例的水下智能移动载具多点讯号定位的示意图。请参阅图7所示，在室内加入数个iBeacon 基站，利用iBeacon 基站可根据自己和讯号源之间的讯号衰减程度，可计算出平面相对x-y 距离模型，并以主控制器的蓝牙信号做为信号源位置(x0,y0)。由图7可知，以RSSi(received signal strength indicator)定位载具位置至少需三组iBeacon，因此计划将于养殖池四个角落选择三处放置iBeacon 基站(xi, yi)，主控制器蓝牙传输模块将持续传送讯号给三处iBeacon 基站，iBeacon 基站收到讯号会立即计算自身与载具之间的距离di，其值为

。

图8为本发明一实施例的水下智能移动载具沿线移动的示意图。请参阅图8，在养殖池水面架设可做为载具移动时所需的辅助动线装置，如图8所示的方式，将线段机构架设于养殖池的前后端，中间以绳索做为连结线，在养殖池中形成一循环，水下智能移动载具1可依据线路完成单趟巡回后回到起始位置，若需更改动作路径，调整线段的摆放位置即可，载具移动时的坐标固定为x、y 轴上的线段长度，由于路径的偏移量取决于绳索上的固定机构件，与无线定位方式相比，在空间定位上可达到较高的精准度，但线段或漂浮物位置需由人工调整，更改动作路径的方式较为繁琐。

综上所述，本发明能方便设置于水产养殖场中，以协助养虾渔民能实时掌握养虾场生态，提高育虾的收成，增加养殖渔民收入。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，凡是应用本发明说明书及申请专利权利要求书范围所作的其它等效结构变化，理应包含在本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种水下智能移动载具，其特征在于，包括：

一机壳；

一传感器单元，设置于该机壳的外侧，用以感测水质的变化；

一摄影单元，设置于该机壳内，用以监视渔虾的生长情况；

一动力单元，设置于该机壳内，用以推动该水下智能移动载具的移动；以及

一控制单元，设置于该机壳内，用以将该传感器单元所感测的水质变化信息传送至一监控系统。

2.如权利要求1所述的水下智能移动载具，其特征在于，该摄影单元为一运动型相机并搭配近摄环，用以将焦距缩短至10公分。

3.如权利要求1所述的水下智能移动载具，其特征在于，该动力单元包括一自吸式水泵及一马达，用以推动该水下智能移动载具的移动。

4.如权利要求3所述的水下智能移动载具，其特征在于，该马达的前方为小型涡轮风扇，能够将水由侧面吸入前方排出，将以水流所产生的反作用力使该水下智能移动载具在养殖池上缓慢移动。

5.如权利要求3所述的水下智能移动载具，其特征在于，该马达使用介于9伏特到12伏特之间的电压。

6.如权利要求1所述的水下智能移动载具，其特征在于，更包括一红外线单元与一电子罗盘传感器单元，用以校正该水下智能移动载具移动路线的偏移。

7.一种具有水下智能移动载具的水池系统，其特征在于，包括：

提供权利要求1至6中任一项所述的一种水下智能移动载具；

数个打气机，用以将氧气打入水池中；

数个排污管，用以将水中的污染物排出水池外；以及

一监控系统，用以接收该水下智能移动载具传送的水质变化信息，并控制该打气机的开关。

8.如权利要求7所述的具有水下智能移动载具的水池系统，其特征在于，当该水下智能移动载具监测到水质异状时，该水下智能移动载具通过推力源能够执行前进、后退、原地旋转与细部微调动作，来做水质的改善侦测动作。

9.如权利要求7所述的具有水下智能移动载具的水池系统，其特征在于，该水下智能移动载具的路径定位方式为多点讯号定位或载具沿线移动。