CN202929209U - 一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统 - Google Patents

Abstract

一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统，涉及一种深水网箱中鱼群安全状态监测系统。设有8波束换能器阵列、监测样机、GPRS无线透明传输模块和用户监测系统；所述监测样机设有主控芯片、信号发生模块、回波信号预处理模块和信号采集模块；用户监测系统设有GPRS数据中心和回波数字信号处理显示程序；所述信号发生模块设有信号发生电路、功放电路和第1选通电路；所述回波信号预处理模块设有限幅电路、第2选通电路和前放滤波电路；只有一套电池供电、1个发射接收回路，简化系统结构，减小体积，降低成本；数据传输速度快，适用于信号稳定的近海，扩展监测范围；重新设计用户监测系统，鱼量估计均方根误差由11.5%提高到4.4%。

Description

一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种深水网箱中鱼群安全状态监测系统，尤其是涉及体积小、监测范围广、成本低、远程实时的一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统。 

背景技术

如何对鱼群生长状况、鱼群量进行日常监测，当网衣破损、鱼群逃逸等异常状况发生时及时示警，是推广深水网箱养殖过程中亟待解决的问题。申请号为200810071531.4的中国发明专利采用多波束水平分区扫描网箱方式，解决了深水网箱内鱼群状态的远程监测问题。但该系统采用两套电池分别为功放和其他电路模块供电，具有八个信号发射接收回路，结构复杂，体积庞大，成本较高，无线远程通信数据率9.6kbps，传输速度较慢，扫描数据要先经过存储模块再传到用户监测界面，影响了监测系统实时性，并且无线通信系统工作距离在1千米左右，无法满足深水网箱日益向远海发展的要求。 

发明内容

为了克服现有多波束水声深水网箱鱼群监测仪存在的结构复杂、体积庞大、通信速度慢、监测范围小等缺点，本实用新型提供一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统。 

本实用新型设有8波束换能器阵列、监测样机、GPRS无线透明传输模块和用户监测系统；所述监测样机设有主控芯片、信号发生模块、回波信号预处理模块和信号采集模块；所述信号发生模块输出端、回波信号预处理模块输入端与8波束换能器阵列相接；回波信号预处理模块输出端接信号采集模块输入端；信号采集模块输出端接GPRS无线透明传输模块输入端；GPRS无线透明传输模块与用户监测系统之间通过无线通信传输数据和指令；用户监测系统设有GPRS数据中心和回波数字信号处理显示程序；所述信号发生模块设有信号发生电路、功放电路和第1选通电路；所述回波信号预处理模块设有限幅电路、第2选通电路和前放滤波电路；功放电路输出端接第1选通电路输入端，第1选通电路输出端接8波束换能器阵列；8波束换能器阵列接限幅电路输入端；限幅电路输出端接第2选通电路输入端；第2选通电路输出端接信号采集模块输入端。 

所述主控芯片可采用单片机AT89S52。 

所述第1选通电路可采用继电器。所述第2选通电路可采用电子开关，例如CD4051电子开关等。 

发射过程中，主控芯片发射选通信号，选通一路继电器；待继电器工作稳定后，发射脉冲信号；脉冲信号接信号发生电路输入端，产生高频探测脉冲并接入功放输入端；功放电路输出端接第1选通电路输入端，第1选通电路输出端接8波束换能器阵列，发射探测信号。 

接收过程中，8波束换能器阵列接8路限幅电路输入端；限幅电路输出端接第2选通电路输入端；限幅的回波由主控芯片选通后经第2选通电路输出端接信号采集模块输入端；主控芯片再发射采样脉冲控制信号采集模块采集数据；采样数据由采样模块输出端写入主控芯片；主控芯片通过串口通信将数据发送给GPRS无线透明传输模块；GPRS无线透明传输模块通过无线通信将数据发送给用户监测系统的GPRS数据中心，数据中心判断接收的数据是否有效，并将有效数据传递给回波数字信号处理显示程序处理，实现深水网箱内鱼群活动状况的远程实时监测目的。 

本实用新型可由一套电池供电，采用单路信号发射和回波接收电路，按时序依次切换电子开关发射、接收信号，电路结构简单，系统体积小，通信速率115200bps，适用于GPRS信号稳定的近海，通信速度快，监测距离广，重新设计了基于LabVIEW的用户监测系统，提高了鱼群量估计精度。 

本实用新型的有益效果是，整合了供电体系，只采用一套电池为整个系统供电；简化了多波束水声深水网箱鱼群状态监测系统的结构，通过巧用两次电子开关，将原本8个发射接收回路简化为只要1个发射接收回路，减小了系统体积，降低了成本；采用GPRS无线数据传输模式，传输速度快，采样后数据无需进入存储模块，立即发送给用户监测系统，进一步简化了系统结构，且GPRS作用范围广，适用于信号稳定的近海，在厦门港可达离岸6km以内的区域，扩展了监测范围；重新设计了用户监测系统，鱼量估计均方根误差由11.5%提高到4.4%。 

附图说明

图1是本实用新型实施例整体结构图，虚线框部分表示监测样机。 

图2是信号发生模块结构框图（虚线框内）。 

图3是信号发生电路及第1选通电路的电路图，主控芯片AT89S52的P2.7口编程产生信号脉冲，CD4060产生载频信号，经SN74LS08相与，输出调制测探脉冲signal；主控芯片的 P0口输出选通信号，经过锁存器74AC373和反相驱动器ULN2803，产生足够大驱动电流后分别加到8个继电器两端选择通路。 

图4是回波信号预处理模块（虚线框内）及信号采集模块结构框图。 

图5是信号采集模块，主控芯片P2.5口发射采样脉冲给ADC0820BCN的

位，控制ADC0820BCN对INPUT信号进行数据采集，ADC0820BCN完成采样后，结束标志位

变为低电平，触发单片机进入外部中断，读取采样数据。 

图6是本实用新型实施例的布设图。 

图中各种标记为：1.8波束换能器阵列；2.信号发生模块，21.信号发生电路，22.功放电路，23.第1选通电路；3.回波信号预处理模块，31.限幅电路，32.第2选通电路，33前放滤波电路；4.信号采集模块；5.主控芯片；6.GPRS无限透明传输模块；7.用户监测系统。 

具体实施方式

参见图1～6，本实用新型实施例设有8波束换能器阵列1、监测样机、GPRS无线透明传输模块和用户监测系统7；所述监测样机设有主控芯片5、信号发生模块2、回波信号预处理模块3和信号采集模块4；所述信号发生模块2输出端、回波信号预处理模块3输入端与8波束换能器阵列1相接；回波信号预处理模块3输出端接信号采集模块4输入端；信号采集模块4输出端接GPRS无线透明传输模块6输入端；GPRS无线透明传输模块6与用户监测系统7之间通过无线通信传输数据和指令；用户监测系统7设有GPRS数据中心和回波数字信号处理显示程序；所述信号发生模块2设有信号发生电路21、功放电路22和第1选通电路23；所述回波信号预处理模块3设有限幅电路31、第2选通电路32和前放滤波电路33；功放电路22输出端接第1选通电路23输入端，第1选通电路23输出端接8波束换能器阵列1；8波束换能器阵列1接限幅电路31输入端；限幅电路31输出端接第2选通电路32输入端；第2选通电路32输出端接信号采集模块4输入端。 

所述主控芯片5可采用单片机AT89S52。 

所述第1选通电路23可采用继电器。所述第2选通电路32可采用电子开关，例如CD4051电子开关等。 

发射过程中，主控芯片5发射选通信号，选通一路继电器；待继电器工作稳定后，发射脉冲信号；脉冲信号接信号发生电路输入端，产生高频探测脉冲并接入功放输入端；功放电路22输出端接第1选通电路23输入端，第1选通电路23输出端接8波束换能器阵列1，发射探测信号。 

接收过程中，8波束换能器阵列1接8路限幅电路输入端；限幅电路31输出端接第2选通电路输入端；限幅的回波由主控芯片选通后经第2选通电路输出端接信号采集模块输入端；主控芯片再发射采样脉冲控制信号采集模块采集数据；采样数据由采样模块输出端写入主控芯片；主控芯片通过串口通信将数据发送给GPRS无线透明传输模块；GPRS无线透明传输模块通过无线通信将数据发送给用户监测系统的GPRS数据中心，数据中心判断接收的数据是否有效，并将有效数据传递给回波数字信号处理显示程序处理，实现深水网箱C内鱼群活动状况的远程实时监测目的。 

本实用新型可由一套电池供电，采用单路信号发射和回波接收电路，按时序依次切换电子开关发射、接收信号，电路结构简单，系统体积小，通信速率115200bps，适用于GPRS信号稳定的近海，通信速度快，监测距离广，重新设计了基于LabVIEW的用户监测系统，提高了鱼群量估计精度。 

图6中信号发生模块2，回波信号预处理模块3、信号采集模块4、主控芯片5及系统供电电池组装成监测样机，然后将GPRS无线透明传输模块6及监测样机安置在浮标Ａ中，8波束换能器阵列穿过浮标Ａ接监测样机，装有用户监测系统软件的计算机可安置于GPRS信号稳定的任何区域。 

下面结合附图和实例对本实用新型的使用方法作进一步说明。 

实施例1：用户随身携有安装了用户监测系统的PC机，对深水网箱实施远程连续扫描，实时观察扫描结果。 

实施例1的具体实施过程如下： 

1)启动用户监测系统，设定扫描模式为连续扫描； 

2)数据激活GPRS无线透明传输模块，启动GPRS无线透明模块上线； 

3)用户监测系统的GPRS数据监测中心检测到GPRS无线透明传输模块上线后，发送用户连续扫描指令； 

4)GPRS无线传输模块接受指令后通过串口通信传送给主控芯片，启动网箱扫描，接收、采集扫描数据并通过GPRS传回用户监测中心； 

5)用户监测中心对回波数据做进一步数字信号处理，用户可以在监测中心实时观察鱼群分布状况，鱼群量及各个通道监测数据； 

6)当余量估计值与设定的统计平均值偏差大于15%时，用户监测系统红灯闪烁报警，直至人为关闭。 

7)连续扫描工作模式下，监测系统将反复扫描网箱，直至人为关闭用户监测系统。 

实施例1的具体实施效果： 

采用本实用新型，用户可以在用户监测系统中实时观察鱼群分布、生长状况，每个通道的鱼群回波情况，鱼群量及单次探测估计的鱼群量与预设统计平均值的偏差。均方估计偏差4.4%，偏差过大时，系统报警提醒用户采取防范措施。 

实施例2：用户外出工作，不便携带PC机，通过手机对网箱实施单次探测并了解探测结果。 

实施例2的具体实施过程： 

1)用户外出前，预先运行用户监测系统，设置扫描模式为单次扫描； 

2)当用户需要了解网箱鱼群状况时，电话激活GPRS无线透明传输模块，触发GPRS上线； 

3)用户监测系统的GPRS数据监测中心检测到GPRS无线透明传输模块上线后，发送用户单次扫描指令； 

4)GPRS无线传输模块接受指令后通过串口通信传送给主控芯片，启动网箱扫描，接收、采集扫描数据并通过GPRS传回用户监测中心； 

5)用户监测中心处理分析监测数据，评估鱼群量；鱼群量正常时，并通过GPRS向主控芯片发送数据：“ture”，异常时发送“fault”； 

6)主控芯片接收到“ture”时，发送短信“正常”给用户，接收到“fault”时，发送短信“异常”，提醒用户采取防范措施，结束扫描。 

实施例2的具体实施效果：用户外出，不便携带电脑时，采用本实用新型，可通过手机了解网箱内鱼群安全状况。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是采用8波束水平分区扫描网箱方式，以单片机AT89S52控制继电器、电子开关CD4051循环选通，按时序发射、接收和采集信号，基于GPRS无线透明传输模块开发了远程无线数据传送系统，实时将探测数据传输给岸站B的PC机处理，在雷达图上显示探测结果并估计鱼群量，异常情况时报警，重新编写基于LabVIEW的用户监测系统。 

Claims (4)

1.一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统，其特征在于设有8波束换能器阵列、监测样机、GPRS无线透明传输模块和用户监测系统；所述监测样机设有主控芯片、信号发生模块、回波信号预处理模块和信号采集模块；所述信号发生模块输出端、回波信号预处理模块输入端与8波束换能器阵列相接；回波信号预处理模块输出端接信号采集模块输入端；信号采集模块输出端接GPRS无线透明传输模块输入端；GPRS无线透明传输模块与用户监测系统之间通过无线通信传输数据和指令；用户监测系统设有GPRS数据中心；所述信号发生模块设有信号发生电路、功放电路和第1选通电路；所述回波信号预处理模块设有限幅电路、第2选通电路和前放滤波电路；功放电路输出端接第1选通电路输入端，第1选通电路输出端接8波束换能器阵列；8波束换能器阵列接限幅电路输入端；限幅电路输出端接第2选通电路输入端；第2选通电路输出端接信号采集模块输入端。 

2.如权利要求1所述的一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统，其特征在于所述主控芯片采用单片机AT89S52。 

3.如权利要求1所述的一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统，其特征在于所述第1选通电路采用继电器。 

4.如权利要求1所述的一种多波束水声深水网箱鱼群监测系统，其特征在于所述第2选通电路采用电子开关。 

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