基于物聯網的大型養殖水域監控系統

李 澥，吳炳宏

（廣州大學華軟軟件學院，廣東 廣州 510900）

針對目前我國水產養殖規模越來越大，種類越來越豐富，傳統養殖方式已不能滿足現在的要求，目前國內養殖戶在水質檢測方面大多仍采用人工取樣分析的方式，即時性差，耗時費力。隨著物聯網、云計算等先進信息技術的發展與應用，水產養殖信息化必將進入新的發展時代。針對以上問題，本研究擬開發一套基于物聯網的大型水產養殖系統平臺，實現對大型水域的水質檢測、飼料投喂、數據分析等功能。

1 系統設計

（1）系統總體架構。系統集數據、圖像實時采集、無線傳輸、智能處理和預測預警信息發布、輔助決策等功能于一體，功能可分為3部分：①具有自動巡航、定位及避障功能的無人駕駛機動船；于負責水質生態綜合信息的獲取分析以及養殖設備遠程調控的終端設備；③由移動通信服務、遠程操控、信息管理查詢等構成的應用服務平臺。如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

（2）自動巡航及數據采集部分。采用APM2.8飛控系統結合PID算法、超聲波避障實現船體按照GPS軌跡自動巡航。應用STM32單片機實現對水溫、PH、濁度、聲納等傳感器的實時數據采集，如圖2所示。

圖2 自動巡航及傳感數據采集

（3）數據傳輸層及實時監控。采用TCP/IP、2.4G無線兩種通信方式完成傳感器數據及視頻傳輸。同時還能實時監控增氧設備及時補充水中的氧氣，啟動水溫調節等裝置，從而實現對水產養殖環境的實時監控，如圖3所示。

圖3 數據傳輸層及實時監控

（4）智能化應用管理平臺。應用層提取數據庫數據，分別實現網頁端、PC端、手機端的應用；并進行數據處理和分析，為用戶提供決策和分析的依據，如圖4所示。

圖4 智能化應用管理平臺

2 功能實現與應用

（1）APM2.8實現船體按GPS軌跡自動巡航。無人船在大幅減少環境生態監控裝置數量的同時，有效提高了裝置的檢測精度。分析國內學者在飛控APM無人機方面的研究，APM2.8飛控板結合Mission Planner地面站軟件使動力船可根據所在區域地圖規劃的GPS軌跡運用PID算法對飛控板進行相應的調參設置，實現船體按照GPS軌跡自動巡航。為了規避障礙，動力船的前方、左側及右側都裝有超聲波避障探頭,當偵測到的障礙信號時，動力船會改變當時的航行方向以避開障礙物，最終實現船的無人自動巡航，如圖5所示。

圖5 APM巡航軌跡圖

（2）聲吶探魚，智能投料。在自動巡航船的底部裝有聲納探頭實時偵測魚群的數量，并攜帶自動投料裝置；當偵測到有魚群信號時，船會停下啟動自動投料裝置；控制器根據魚群的密度預設投料時間，若投料速度設為V，則投料量為M=VT，同時，控制器會自動記錄魚群的密度和投料的數量。投料結束后船體恢復航行狀態，此時控制器控制聲吶傳感器停止偵測一段時間后再繼續偵測魚群（錯開時間點檢測）。這種移動式的投料方式實現了飼料的精準投喂，有效解放了勞動力以及節省飼料用量，如圖6所示。

圖6 聲納探魚投料示意圖

圖7 水質監測曲線圖

（3）水質監測。為了監測水產品在養殖過程中的環境因子如水溫、PH值、溶氧量等數據流，在無人船上攜帶DS18B20溫度探頭、PH探頭、TDS濁度傳感器能實時監測水域水溫、酸堿、渾濁度等生態環境因素。當水質出現異常時，如水域PH值過高，則系統會通知岸邊基站開啟異常保護模式，此時岸邊基站根據水質異常情況自動啟動水泵執行換水操作，及時改善水域的PH值直到恢復正常狀態，如圖7所示。

3 結語

文章研發的大型養殖水域監控系統，利用APM無人船的自動巡航功能，集移動式水質監測、預警、智能投料、視頻監控、遠程控制等功能于一體，旨在降低水產養殖成本的同時提高養殖的生產效率，為現代化水產養殖應用提供借鑒經驗和參考價值。

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