一種價格低廉的漁業水質檢測裝置

郭子興 郝國凱 張夢潁

摘要：2016年全國水產品總產量萬噸，其中水產養殖產量6901.25萬噸，占全國水產品總量的65.1%;海水養殖面積2166.72千公頃，淡水養殖面積6179.62千公頃。我國水產養殖業發展如此迅猛，而現階段的水產養殖卻存在著許多問題，最嚴峻最致命的問題還是水質的問題。而目前市面上主要有大型無人船檢測和固定式浮標檢測兩種，且都有其致命缺陷。針對這種現象我們設計了一種新型的智能水域環境監測平臺——基于GPS定位可移動的智能水域水質檢測平臺。

關鍵詞：水產養殖;水污染;水質檢測

1 項目背景與研究意義：

目前，全球供人類消費的水產品約4800萬噸，僅45%源自水產養殖，而全球人口2030年將增加20億人口，如果人均消費量維持不變的話，所需水產品將增至約8500萬噸。由于傳統捕撈漁業已達到最大產量水平，發展水產養殖是填補水產品供需缺口的唯一途徑。中國作為人口大國，漁業資源更顯得匱乏，因此發展水產養殖是我國水產業的必然趨勢。其次，由于我國水產養殖業最主要的養殖形式是農戶個體自營，因此相比于現在市面上價格昂貴操作復雜的定點采樣和無人船等水質檢測方法。

針對室外大范圍水產養殖業的水質監測問題，我們研發了一種新型的智能水域環境監測平臺——基于GPS定位可移動的智能水域水質檢測平臺。這是我們團隊的自有發明專利，主要應用于不同深度、不同水域的水質監測、魚群健康狀況監測以及魚群安全防護等領域。

2 設計方案：

2.1控制系統設計部分

本水中監測平臺擁具有水下自動搜尋，遙控控制、檢測水體渾濁度、檢測PH值、實時圖像傳輸、上位機獲取檢測信息等功能。機器系統分為三部分：水中監測平臺、上位機信息采集、手持圖像傳輸設備。各部分關系如圖

以下將從上述三方面進行闡述。

1.1運動控制原理

此處采用升壓模塊對直流電源進行升壓，進而給電機供電。機器人電機的控制信號，來源于單片機的根據采集到的人體熱釋傳感器的信號后處理得到的。

1.2通訊部分

1）數據采集

漁業用水質監測球形機器人在水下采集的數據為水體的濁度，PH 指標。機器通過遙控或提前準備好的運動方案進行游動，將返回的數據發送給上位機，上位機將繪制并標記出機器在水下的運動軌跡，并記錄每次數據傳輸時的水體檢測信息。當不使用巡游模式時，可以通過遙控機器到待測地點采集水體信息。

2）上位機通訊

上位機由VB.Net編寫。上位機通過藍牙串口，接收每隔一段時間返回的水體和地址信息。并據此數據繪制機器運動軌跡和水體質量分布。

3）手持圖傳設備

手持設備為接收機和顯示屏，可以實時觀察水下情況。因為在水下機器主體中攝像頭與圖傳發射器為獨立的系統，并不占用單片機的資源。因此處理能力更強。

2.2電子設計部分

殼體結構尺寸設計耐壓殼體主要用于承受水下壓強，為內部控制電路、檢測模塊等電子元器件提供一個安全密封的環境。同時要保持機器人的外形不能發生變形，以提高球形機器人的水動力特性。所以，耐壓殼體需要具有足夠的強度和可靠密封性。水質監測平臺中有圖像傳輸模塊，故殼體需使用透明材料制成。通過比較常用材料的性能，并考慮質輕、高強度、耐腐蝕、經濟性等要求，選用亞克力材料。

耐壓殼體結構形式主要包括球形，圓柱形，橢球形以及錐形等多種形式。本文采用球形殼體，由于應用在水產養殖產業中進行監測，故本文機器人不宜尺寸過大，以免對魚蝦產生影響，因而采用了微型機器人的尺寸進行設計。為保證水中監測平臺能夠在適用場合安全工作，對耐壓殼體的強度和穩定性進行了理論計算及軟件仿真，結果顯示滿足強度和穩定性設計要求。

3市場應用：

3.1水質監測

該水下檢測平臺通過自身攜帶的溫度、渾濁度、PH傳感器，進行水域內的水質監測，同時由于自身攜帶的GPS定位模塊，所以可以進行多位置的精確定位的水質監測以及不同深度的精確水質監測。

3.2魚群檢測

由于該水質監測平臺自身攜帶的有攝像模塊，故可以根據機器人在水下針對魚群進行干擾運動，通過魚群對于機器人干擾的躲避情況來判斷魚群是否健康，以及通過觀測水域內魚類的死亡情況進行判斷魚群是否患有疫情。

3.3網箱檢測

通過該檢測平臺所攜帶的攝像頭，針對于養殖時所使用的網箱進行巡航檢測，檢測是否存在網箱破損情況

3.4短信發送

通過該檢測平臺的短信模塊以及GPS模塊，經具體的地點信息，以及所對應水域的PH、溫度、渾濁度等數據以短信的形式發送至具體的負責人。

參考文獻：

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