魚塘增氧機自動控制器的研究

鄒玉波 王彥良

遼陽職業技術學院，遼寧遼陽0 111004

摘要 本文針對魚塘增氧機的自動控制進行了經濟性研究。魚塘增氧機的主要作用是通過對水的的攪動，排除水中有害氣體，增加水中的氧氣，但人工控制增氧機工作，如不及時不能達到效果，工作時間太長又會過多的無效耗能。本文研究的通過對水中有害氣體的檢測，實施對增氧電動機的自動控制裝置，既可做到及時供氧，又可以有效地減少電能的消耗。本控制器采用檢測-發射-接收-控制的基本思路，采用周期性發射控制，可以有效地節省發射電路的功耗。

關鍵詞 節能；甲烷；檢測；發射；接收；控制

中圖分類號O62 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0093-02

魚塘增氧機是確保水產品正常養殖的重要設備。在淡水養殖中，魚塘內有時出現大面積死魚現象，人們以往認為是魚塘水中含氧量的減小，因此，人們采用在水面下安裝葉輪螺旋式魚塘增氧機，讓濺起的水滴在空氣中運動將空氣中的氧帶回到水中，并以此提高水中的含氧量。在魚塘里增設這種增氧機確實避免了出現大面積死魚的現象，按照上述推想，增大帶動螺旋槳電動機功率，會有效提高水中的氧含量，但經過試驗測試得知，采用3KW的電機，與采用1.5K的電機相比，對水中的含氧量并沒有明顯提高。那么，增設魚塘增氧機為什么能避免出現大面積死魚的現象呢？

與流動的活水養殖不同，淡水的魚塘養殖通常是死水養殖。為了提高養殖效益，人們通常取高養殖密度，這樣就要每天投入大量的魚食。根據養殖對象的不同，這些投入的魚食可能是動物性（如粉碎的雞腸）或植物性（如農作物的顆粒）食料，這些食料經魚消化最終變成糞便并不斷在魚塘底部聚積，與產生沼氣一樣，在一定的溫度、壓力下產生甲烷等有害氣體，特別在高濕度、悶熱環境下，產生這些有害氣的濃度會不斷增大，魚塘內的魚會隨著有害氣體的上升出現浮頭、跳出水面的現象，嚴重時會出現大面積死魚現象，給魚農造成重大經濟損失。因此，增氧機的作用主要是通過對水的攪動排除水中諸如甲烷等有害氣體，為魚提供正常的生存環境。

東北地區增氧機從每年從5月份開始一直可能工作到10月份，一般每天增氧電機連續工作8小時。鑒于上述分析結果，在避免大面積死魚的同等條件下，采用1.5kW的電機要比采用3kW的電機，要較小一半的費用，經濟效益十分可觀。

在當今倡導節能、環保的大環境下，我們有必要依靠科技進步，將魚塘增氧機實現自動控制，進一步減小增氧機消耗的電能。

從魚塘內產生出現大面積死魚現象的機理分析中可以得出這樣的結論：在不產生甲烷等有害氣體時，增氧的電機是沒有必要開啟的，否則要白白地浪費電能。為了使魚塘增氧機實現自動控制，我們有必要利用傳感器實現對魚塘水中甲烷氣體濃度進行測量，只要其濃度超過一定數值，就開啟電機；當濃度低于一定數值時，關閉電機。這樣我們就達到了節能、環保的目的。

對魚塘增氧機實現自動控制，要解決如下問題：

1水中甲烷氣體的采集與濃度測量

對甲烷氣體的濃度測量，通?？梢圆捎眉訜嵝?、非加熱型兩種傳感器?；趥鞲衅魇褂渺`敏度、環境、電路成本、壽命等因素，我們建議采用TP-1.1A非加熱型傳感器。一般農家用甲烷氣度濃度為60%左右，而TP-1.1A傳感器可以對濃度超過0.03%的甲烷氣體具有很好的敏感性。

無論是采用那種類型傳感器，由于它們都是直接測量氣態的甲烷濃度，我們必須將水中的甲烷通過甲烷收集裝置收集氣體，實現在氣室內測量，甲烷氣體收集裝置圖1所示。

從外觀上看，甲烷收集裝置呈傘狀，在傘內根部有向上的通氣孔。將甲烷收集裝置傘面下端與救生圈固定在一起，并漂浮放置到水面上，一方面，對應傘面面積下上浮的甲烷氣體，會沿著傘內部的斜面經通氣孔進入傘端上部的氣室，TP-1.1A傳感器就放置在這里；另一方面“水漲船高”，避免因下雨、對塘內灌水等因素使水灌入氣室淹傳感器而影響正常工作。

下視局部圖軸向四分之一圓周剖視圖

2無線通訊與電源經濟運行問題

甲烷收集裝置連同傳感器是要放置到水面上的，當傳感器檢測到甲烷氣體后，可通過無線發射電路將信號傳送到岸邊的陸地上，利用無線接收裝置實施對電機啟?？刂?。魚塘增氧機自動控制器的安裝示意如圖2所示。

無線通訊可以采用市場上銷售的現成收發模塊，一套收發模塊價格一般在20元左右，傳送距離一般在500m以內。通常在一個魚塘內可有多臺增氧機，而有些漁農可能有幾個魚塘，從地域分布上，自家魚塘的附近可能還有其他漁農的魚塘，如果收發頻率相同，勢必造成信號的干擾，影響控制效果。為解決這一問題，可利用收發模塊的編碼特性，通常收發模塊電路板上有8個可短路點，通過短路焊接相同位置可實現收發模塊編碼的一致。只有編碼相同的收、發模塊才能正常使用。從數量上看，2的8次方有256種編碼，為有效利用編碼，對一個魚塘可以采用一發多收方案，顯然這降低了系統的可靠性，因為一旦傳感器或發射電路有故障，這個魚塘內的所有增氧機都會不工作，因此建議采用二發多收方案，雖然冗余，但可靠性較高。

傳感器以及無線發射電路的電源，可以采用太陽能電池作為電源，但成本較高，通常可以使用干電池作為電源，成本較低，一般一個月要更換一次。為延長干電池工作時間，考慮到傳感器檢測工作的連續性，并且TP-1.1A傳感器為非加熱型，功耗相對加熱型要低，因此，只在無線發射電路上采用定時間歇式工作方式，由555振蕩器件實現的方波信號實施控制。當傳感器檢測到氣體信號后，只在方波高電平期間發射，而在方波低電平期間不發射，理論上講可以節約電池一半的能量。

圖3給出了采用TP-1.1A傳感器的檢測、發射控制電路原理圖。在由電源E、傳感器TP-1.1A、電阻R1的回路中，電阻R1兩端的電壓與被檢測氣體的濃度成正比；而比較器Q1、電阻R2-R6、三極管T1、電容C2實現快速結束因TP-1.1A長期存放所導致的固有不穩定期。R7-R8分壓電阻決定了監控點氣體濃度所對應的電壓。電容C1、C2起濾波作用。比較器Q2、電阻R9-R12、三極管T2、繼電器J實現超過設定（濃度）電壓的發射電路電源的控制。二極管D1實現對三極管T2的保護作用。方波電壓經D2引入后實現定時間歇式工作方式，當方波電壓處于低電平狀態時，如果Q2比較后的電壓為高電平（需要接通電動機電源），但由于D2的導通使三極管T2處于截止狀態，不能接通發射電路的電源，而在方波電壓處于高電平狀態時，由于D2反向接入，T2能否導通取決于比較后的Q2輸出電壓。因此，能否發射信號有兩個條件：一個是檢測的濃度對應的電壓高于設定的電壓；另一個是只在方波電壓處于高電平狀態時。

我們相信，隨著科學技術的發展，今后會出現一大批機電結合產品，在解決具體問題的過程中，促進社會經濟的、低碳環保的、科學的可持續發展。

參考文獻

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