CN210015385U - 一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，包括控制器，设置于蟹池进、出水口的进、排水管路以及设置于蟹池内的氨氮传感器、溶解氧传感器和增氧设备；进水管路上设置有进水组件，排水管路上设置有排水组件；还包括远程APP和用于监控河蟹养殖过程的摄像头组；氨氮传感器、溶解氧传感器、增氧设备、进水组件、排水组件和摄像头组均与控制器电连接；远程APP与控制器无线通讯连接。本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，可进行高精度自动调节蟹池内的水环境，提高了河蟹的存活率，且降低了劳动力成本，提高了经济效益。

Description

一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统

技术领域

本实用新型属于水产养殖技术领域，尤其涉及一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统。

背景技术

国内河蟹的成熟期主要集中在每年的9～11月，河蟹集中上市导致恶意竞争，引起销售困难，价格低迷。而过了十一月份，市场上河蟹变少，供不应求状态下河蟹价格开始攀升，到每年的春节前后价格达到一年的顶峰，然而此时户外养殖的河蟹早就销售一空。为了攫取巨大的经济效益，一种新的养殖模式—“室内河蟹暂养”随之产生。“室内河蟹暂养”是指在河蟹成熟季节，从附近养殖户及嘉兴、兴化等南方河蟹主产区收购大量体质较好的成熟体河蟹，将之暂养在室内的蟹池里，等到春节前后价格较高的时候进行出售，以获取更高的经济效益。

然而河蟹在蟹池中暂养时，由于缺乏相应的设备以及养殖人员的不规范操作而引发诸多问题，为河蟹生长带来诸多挑战；河蟹的死亡率过高，究其原因是养殖户缺少相应的水质检测技术和设备，蟹池换水增氧完全依赖人为目测和理论计算的换水增氧周期进行换水增氧，无法按照水质的实际恶化规律来进行换水调控；对河蟹养殖过程未进行远程监控，仍需要养殖人员长时间在蟹池旁监看；劳动力成本高精准度低且效果不好；且换水不及时导致河蟹大量死亡，降低了经济效益。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术中存在的不足，提出了一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，可高精度自动调节蟹池内的水环境，以提高河蟹的存活率，降低劳动力成本，提高经济效益。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，所述水环境调控系统包括控制器，设置于所述蟹池进、出水口的进、排水管路以及设置于所述蟹池内的氨氮传感器、溶解氧传感器和增氧设备；所述进水管路上设置有进水组件，所述排水管路上设置有排水组件；

还包括远程APP和用于监控河蟹养殖过程的摄像头组；

所述氨氮传感器、所述溶解氧传感器、所述增氧设备、所述进水组件、所述排水组件和所述摄像头组均与所述控制器电连接；所述远程APP与所述控制器无线通讯连接。

进一步，所述控制器包括控制器壳体和封装于所述控制器壳体内的电路板；

所述电路板上集成有中央处理模块，与所述中央处理模块电连接的GSM/GPRS无线模块、驱动模块、信息采集及A/D转换模块，与所述信息采集及A/D转换模块电连接的传感器信号调理电路模块；

所述控制器壳体上设置有液晶显示屏，所述液晶显示屏与所述中央处理模块电连接；所述控制器壳体内或所述控制器壳体外设置有继电器组，所述继电器组与所述驱动模块电连接。

进一步，所述中央处理模块包括参数预设单元、信号输入输出单元、数据存储单元、换水时间计算单元、预警单元以及计时单元。

进一步，所述继电器组与所述增氧设备、所述进水组件、所述排水组件之间设置有交流接触器组。

进一步，所述继电器组包括第一继电器KA1、第二继电器KA2和第三继电器KA3；所述交流接触器组包括第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和第三交流接触器KM3；

所述第一继电器KA1的常开触点与所述第一交流接触器KM1的线圈串接，所述第一交流接触器KM1的常开触点与所述进水组件串接；

所述第二继电器KA2的常开触点与所述第二交流接触器KM2的线圈串接，所述第二交流接触器KM2的常开触点与所述排水组件串接；

所述第三继电器KA3的常开触点与所述第三交流接触器KM3的线圈串接，所述第三交流接触器KM3的常开触点与所述增氧设备串接。

进一步，所述电路板上还集成有电源模块，所述电源模块和所述交流接触器组均外接交流电源。

进一步，所述进水组件包括进水电磁阀和进水泵；所述排水组件包括排水电磁阀和排水泵。

进一步，所述溶解氧传感器为集成式传感器，所述溶解氧传感器的探头处集成有温度传感器。

进一步，所述氨氮传感器和所述溶解氧传感器通过固定装置固定在所述蟹池的池壁上，且所述氨氮传感器和所述溶解氧传感器的探头位于水下20±a厘米；

所述控制器安装在所述蟹池周边的配电箱内，所述摄像头组设置在所述配电箱顶部的墙壁上。

进一步，所述中央处理模块包括G80F927单片机，所述驱动模块包括ULN2003A驱动芯片；所述远程APP与所述GSM/GPRS无线模块无线通讯连接；所述远程APP包括手机或远程电脑；所述GSM/GPRS模块采用MG323模块。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，包括控制器，设置于蟹池进、出水口的进、排水管路以及设置于蟹池内的氨氮传感器、溶解氧传感器和增氧设备；进水管路上设置有进水组件，排水管路上设置有排水组件；还包括远程APP和用于监控河蟹养殖过程的摄像头组；氨氮传感器、溶解氧传感器、增氧设备、进水组件、排水组件和摄像头组均与控制器电连接；远程APP与控制器无线通讯连接；控制器根据氨氮传感器采集到的蟹池内水中氨氮浓度进行换水量和换水时间的计算，控制排水组件依次按照计算的换水时间完成排水和进水，进行换水实现氨氮平衡；同时根据溶解氧传感器采集到的蟹池内水中溶解氧浓度判断是否增氧，需要增氧时控制增压设备开启进行增氧。且，控制器会将实时获取的水环境数据和监控画面无线传送给远程APP，养殖人员借助远程APP进行远程操控，无需长时间在蟹池旁监看。

综上，本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，可进行高精度自动调节蟹池内的水环境，提高了河蟹的存活率，且降低了劳动力成本，提高了经济效益。

附图说明

图1是本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统的平面布局图；

图2是本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统的原理框体；

图3是驱动模块与继电器组电连接的电路原理图；

图4是控制进水组件，排水组件和增氧设备的电路原理图；

图5是利用水环境调控系统调控水环境的流程图；

图中：1-蟹池，2-进水管路，3-进水电磁阀，4-进水泵，5-排水管路，6-排水电磁阀，7-排水泵，8-溶解氧传感器，9-增氧设备，10-氨氮传感器，11-控制器，12-远程APP，13-摄像头组。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

由图1至图4共同所示，一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统包括控制器11，设置于蟹池1进、出水口的进水管路2和排水管路5以及设置于蟹池1内的氨氮传感器10、溶解氧传感器8和增氧设备9；还包括远程APP12和用于监控河蟹养殖过程的摄像头组13；进水管路2上设置有进水组件，该进水组件包括进水电磁阀3和进水泵4；排水管路5上设置有排水组件，该排水组件包括排水电磁阀6和排水泵7。实际应用中，进水电磁阀3和排水电磁阀6分别通过变径管套接在进水管路2和排水管路5中；套接的间隙处采用防水材料密封。

其中，氨氮传感器10、溶解氧传感器8、增氧设备9、进水电磁阀3、进水泵4、排水电磁阀6和排水泵7摄像头组13均与控制器11电连接；远程APP12与控制器11无线通讯(蓝牙、WIFI、Zigbee或者GPRS)连接；远程APP12包括手机或远程电脑。

氨氮传感器10和溶解氧传感器8通过固定装置固定在蟹池1的池壁上(实际应用中，可将氨氮传感器10、溶解氧传感器8的探头固定到探头支架，探头支架通过金属卡箍与定位支架连接，定位支架通过螺栓固定连接在蟹池1的池壁)，且氨氮传感器10和溶解氧传感器8的探头位于水下20±a厘米，a可等于5。溶解氧传感器8为集成式传感器，溶解氧传感器8的探头处集成有温度传感器；控制器11通过螺栓螺母组件安装在蟹池1周边的配电箱内，摄像头组13设置在配电箱顶部的墙壁上。摄像头组13包括至少两个摄像头，实现全方位无死角监控。实现增氧的增氧设备9多种多样，本实施例中的增氧设备9包括增氧泵(远离水设置在蟹池1外，临近配电箱)，增氧泵的出风口连接有多根增氧管，增氧管末端连接有气泡石，气泡石悬浮在蟹池1的水面上，并起到细化氧气的作用。

控制器11包括控制器壳体和封装于控制器壳体内的电路板；电路板上集成有中央处理模块，与中央处理模块电连接的GSM/GPRS无线模块、驱动模块、信息采集及A/D转换模块，与信息采集及A/D转换模块电连接的传感器信号调理电路模块；氨氮传感器10和溶解氧传感器8与传感器信号调理电路模块电连接；电路板上还集成有电源模块，RS232通信模块，还设有3.7V锂电池(可应对断电等突发情况，在断电时能够保证控制器11正常工作一段)。控制器壳体上设置有液晶显示屏(可选用LCD1602液晶显示屏，也可以用触控显示屏代替)和SIM卡槽，液晶显示屏与中央处理模块电连接，SIM卡槽与GSM/GPRS无线模块电连接，利用SIM卡槽中的SIM卡进行短信的发送。控制器壳体内或控制器壳体外设置有继电器组(配电箱内)，继电器组与驱动模块电连接。继电器组与增氧设备9、进水组件、排水组件之间设置有交流接触器组。电源模块和交流接触器组均外接交流电源220V/380V。

本实施例中，继电器组包括第一继电器KA1、第二继电器KA2和第三继电器KA3；交流接触器组包括第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和第三交流接触器KM3；第一继电器KA1的常开触点与第一交流接触器KM1的线圈串接，第一交流接触器KM1的常开触点与进水组件(图1中的进水电磁阀3和进水泵4)串接；第二继电器KA2的常开触点与第二交流接触器KM2的线圈串接，第二交流接触器KM2的常开触点与排水组件(图1中的排水电磁阀6和排水泵7)串接；第三继电器KA3的常开触点与所述第三交流接触器KM3的线圈串接，第三交流接触器KM3的常开触点与增氧设备9串接。

中央处理模块向驱动模块发送控制指令，驱动模块控制第一继电器KA1、第二继电器KA2或第三继电器KA3的线圈得电，同时相应常开触点闭合，与该常开触点串接的第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2或第三交流接触器KM3的线圈得电，同时相应常开触点闭合；进而控制进水组件、排水组件或增氧设备9动作。

中央处理模块向驱动模块发送控制指令是基于自身分析判断发出的，或者基于远程APP12发送的远程控制指令发出。

中央处理模块的核心芯片为G80F927单片机。驱动模块的核心为ULN2003A驱动芯片；GSM/GPRS模块采用MG323模块。手机或远程电脑与GSM/GPRS无线模块无线通讯连接进行信息的远程共享。

本实施例中，中央处理模块包括用于预设氨氮浓度限值和溶解氧浓度限值的参数预设单元、信号输入输出单元、数据存储单元、换水时间计算单元、预警单元(断电报警、参数达到预设限值报警)以及计时单元。数据存储单元可以是与G80F927单片机电连接的ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。其它功能单元可以为集成相应功能的芯片，也可以是嵌入到G80F927单片机内的程序代码(用KEIL uVision4软件编译)或数据传输协议(对本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的)。

其中：换水时间计算单元根据氨氮浓度计算出该浓度下所需的换水量(m³)，根据体积与体积流量的关系得到换水时间(h)；其基本原理是：

使得通过换水排出的氨氮总量大于或者等于由于河蟹排泄活动所产生的氨氮总量。排氨量是指蟹池在单位时间内水体中氨氮的增加量mg，用来反映河蟹在一个换水周期内氨氮的积累能力。计算公式为：QINC＝(Ct2-Ct1)×V。式中，QINC—蟹池一个换水周期的排氨总量，mg/h；Ct2—t2时刻水体的氨氮浓度，mg/L；Ct1—t1时刻水体的氨氮浓度，mg/L。V—蟹池中水的体积，L；t2—水体氨氮超标时刻，h；t1—测定时间段开始时间，h。

换水量是指水质氨氮超标时，干净水流入代替养殖污水的体积量，为了保证换水后河蟹能够在下一个周期内健康生长，要求通过换水排出的氨氮总量要大于河蟹在一个换水周期内各种活动所排出的氨氮总量。Q_DRA≥Q_INC。式中，Q_DRA—通过换水排出的氨氮总量，mg；Q_INC—蟹池一个换水周期的排氨量，mg；

通过换水排出的氨氮总量的计算公式为：排出水的体积乘以河蟹养殖能够承受的最大氨氮浓度与最小浓度的差值。即Q_DRA＝Q_water×(C_limit-C_start)×1000；式中，Q_water—基于氨氮平衡的换水方法算出的换水量，m3；C_limit—河蟹暂养氨氮浓度上限，参考渔业水质标准定为0.5mg/L；C_start—干净养殖水氨氮浓度，mg/L。可以得到基于氨氮平衡的换水量的计算公式为：

换水时间是指水环境调控系统完成基于氨氮平衡的换水量所使用的时间，用换水量比上进排水的体积流量来表示，单位为小时(h)得：

式中，T换水—基于氨氮平衡的换水时间，h；A—有效横截面积，m；V_流速—电磁阀进水口和排水口流速，m/s；V—蟹池水的体积，m³；此时取5.6m³；

由图1和图5共同所示，对水环境调控步骤进行详细阐述：

S1、控制器11实时获取氨氮传感器10采集的氨氮浓度并进行分析。

S2、判断氨氮浓度是否大于等于0.45mg/L；若是，则执行步骤S3；若否，则返回步骤S1进行下一轮循环。

S3、预警、并计算出换水时间T(计算方法上述已描述，在此不做赘述)。

S4、控制器11控制排水电磁阀6、排水泵7打开，进行排水；直至排水计时时间达到计算的换水时间T。

S5、控制器11控制排水电磁阀6、排水泵7关闭，同时控制进水电磁阀3和进水泵4打开，进行进水；直至进水计时时间达到计算的换水时间T；控制进水电磁阀3和进水泵4关闭，完成一次换水。

S6、再次判断氨氮浓度是否大于等于0.30mg/L；若是，则返回执行步骤S3进行再次换水；若否，则返回步骤S1进行下一轮循环。

与步骤S1同步进行是增氧步骤，具体步骤为：

S0、控制器11实时获取溶解氧传感器8采集的溶解氧浓度并进行分析。

S01、判断溶解氧浓度是否大于等于4.5mg/L；若是，则打开增氧设备9；若否则返回步骤S0。

水环境调控系统具有自主判断能力，能够对水环境检测数据进行智能分析，准确计算出换水量(换水时间)和增氧时间，一旦数据超标就会自动开启增氧和排水组件和进水组件，完成对水环境的调控。既能保证水环境质始终保持在一个良好的范围之内，也能最大化的节约资源，真正做到按需提供服务，成功避免资源的过载或者浪费。同时，可以远程轻松获取河蟹养殖过程的水环境信息和实时画面。无需人工换水，省事省力且控制精准高。

简言之，本实用新型基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，可进行高精度自动调节蟹池内的水环境，提高河蟹的存活率，降低劳动力成本，提高经济效益。

以上所述仅为本实用新型的优选的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型设计原理的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述水环境调控系统包括控制器，设置于所述蟹池进、出水口的进、排水管路以及设置于所述蟹池内的氨氮传感器、溶解氧传感器和增氧设备；所述进水管路上设置有进水组件，所述排水管路上设置有排水组件；

还包括远程APP和用于监控河蟹养殖过程的摄像头组；

所述氨氮传感器、所述溶解氧传感器、所述增氧设备、所述进水组件、所述排水组件和所述摄像头组均与所述控制器电连接；所述远程APP与所述控制器无线通讯连接。

2.如权利要求1所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述控制器包括控制器壳体和封装于所述控制器壳体内的电路板；

所述电路板上集成有中央处理模块，与所述中央处理模块电连接的GSM/GPRS无线模块、驱动模块、信息采集及A/D转换模块，与所述信息采集及A/D转换模块电连接的传感器信号调理电路模块；

所述控制器壳体上设置有液晶显示屏，所述液晶显示屏与所述中央处理模块电连接；所述控制器壳体内或所述控制器壳体外设置有继电器组，所述继电器组与所述驱动模块电连接。

3.如权利要求2所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述中央处理模块包括参数预设单元、信号输入输出单元、数据存储单元、换水时间计算单元、预警单元以及计时单元。

4.如权利要求2所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述继电器组与所述增氧设备、所述进水组件、所述排水组件之间设置有交流接触器组。

5.如权利要求4所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述继电器组包括第一继电器KA1、第二继电器KA2和第三继电器KA3；所述交流接触器组包括第一交流接触器KM1、第二交流接触器KM2和第三交流接触器KM3；

所述第一继电器KA1的常开触点与所述第一交流接触器KM1的线圈串接，所述第一交流接触器KM1的常开触点与所述进水组件串接；

所述第二继电器KA2的常开触点与所述第二交流接触器KM2的线圈串接，所述第二交流接触器KM2的常开触点与所述排水组件串接；

所述第三继电器KA3的常开触点与所述第三交流接触器KM3的线圈串接，所述第三交流接触器KM3的常开触点与所述增氧设备串接。

6.如权利要求4所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述电路板上还集成有电源模块，所述电源模块和所述交流接触器组均外接交流电源。

7.如权利要求1至6任一项所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述进水组件包括进水电磁阀和进水泵；所述排水组件包括排水电磁阀和排水泵。

8.如权利要求1所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述溶解氧传感器为集成式传感器，所述溶解氧传感器的探头处集成有温度传感器。

9.如权利要求1所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述氨氮传感器和所述溶解氧传感器通过固定装置固定在所述蟹池的池壁上，且所述氨氮传感器和所述溶解氧传感器的探头位于水下20±a厘米；

所述控制器安装在所述蟹池周边的配电箱内，所述摄像头组设置在所述配电箱顶部的墙壁上。

10.如权利要求2所述的基于氨氮平衡的室内蟹池水环境调控系统，其特征在于，所述中央处理模块包括G80F927单片机，所述驱动模块包括ULN2003A驱动芯片；所述远程APP与所述GSM/GPRS无线模块无线通讯连接；所述远程APP包括手机或远程电脑；所述GSM/GPRS模块采用MG323模块。

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