基于仿生機器魚的控制測試系統(tǒng)

趙江林 何建輝 湯明新 曾偉豪

摘 ?要：水環(huán)境對于我們?nèi)粘Ｉ顏碚f是非常重要的，無論在養(yǎng)殖業(yè)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對于水環(huán)境的質(zhì)量是有一定要求的。對于一般的水下檢測，檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)大大地取代了人工水下作業(yè)的難度。文章為基于仿生機器魚的控制測試系統(tǒng)，以微信小程序為前端，以云端服務(wù)器為橋梁，下位機進行數(shù)據(jù)收集。從而對水質(zhì)進行遠程檢測，并把數(shù)據(jù)傳輸給用戶的微信小程序端，方便眾多對水質(zhì)檢測有需求的用戶使用。

關(guān)鍵詞：微信小程序;遠程控制;水質(zhì)檢測

中圖分類號：TP242 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0038-03

Abstract： Water environment is very important for our daily life， whether in aquaculture or agricultural production， there are certain requirements for the quality of water environment. For general underwater detection， the emergence of detection system greatly replaces the difficulty of artificial underwater operation. This paper is a control and test system based on bionic robot fish， with WeChat Mini Program as the front end， the cloud server as the bridge， and the lower computer for data collection. Thus， the water quality is detected remotely， and the data is transmitted to the user's WeChat Mini Program end， which is convenient for many users who has the need for water quality detection.

Keywords： WeChat Mini Program; remote control; water quality detection

引言

目前大多數(shù)水下檢測大多數(shù)是用水下傳感器人工進行測試，然后與標(biāo)準(zhǔn)值進行校對。同時，對于養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)需要多個技術(shù)檢測指標(biāo)，例如水下溫度、水溶解氧含量、水下的PH值以及水環(huán)境的渾濁程度等[1]，如果只是用單一的傳感器來進行檢測，并拿回去實驗室再與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做一一對比時，這很大程序上增加了勞動時間，而且其效率不高，導(dǎo)致勞動成本的增加。至于深水檢測，則需要潛水員去完成[2]。

為了改善這種低效率且耗成本的現(xiàn)有狀況，本論文設(shè)計基于仿生機器魚的監(jiān)測平臺，以水下機器人搭載的CPU作為下位機，同時裝有比較多的水質(zhì)監(jiān)測傳感器和攝像頭模塊，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)WIFI通信，傳輸?shù)轿⑿判〕绦虻纳衔粰C中，并把這些數(shù)據(jù)直接顯示到用戶的小程序端。一定程度上，可以提高監(jiān)測的效率，同時降低水下作業(yè)的勞動成本。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架

本基于仿生機器魚的控制測試系統(tǒng)如圖1所示，由微信小程序·云端服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫·下位機組成。

微信小程序基于微信app使用，具有實時視頻監(jiān)控，數(shù)據(jù)顯示功能。

云端服務(wù)器使用阿里云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫使用mysol數(shù)據(jù)庫。

下位機由運動控制模塊和監(jiān)測模塊，檢測模塊集成水下高清攝像頭，水壓傳感器，水溫傳感器，PH傳感器，渾濁度傳感器等，通過WIFI模塊連接外網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器。

該系統(tǒng)使用微信小程序作為控制端發(fā)送指令，云端服務(wù)器作為傳輸紐帶轉(zhuǎn)發(fā)指令給下位機，從而完成遠程控制，下位機同時通過WIFI模塊連接服務(wù)器將實時數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，并呈現(xiàn)在微信小程序上。

2 仿生機器魚的控制測試系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)微信小程序的實現(xiàn)

2.1.1 微信小程序整體構(gòu)架（圖2）

微信小程序前端由運動控制板塊，視頻監(jiān)控板塊，水質(zhì)檢測板塊和歷史數(shù)據(jù)查詢板塊組成。

2.1.2 微信小程序的實現(xiàn)

微信小程序是一種不需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它實現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或搜一下即可打開應(yīng)用[3]。所以本系統(tǒng)采用微信小程序作為前端程序。微信小程序使用微信開發(fā)者工具作為開發(fā)工具，以實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示。

2.2 系統(tǒng)服務(wù)器的實現(xiàn)

云服務(wù)器的實現(xiàn)：本系統(tǒng)使用騰訊云服務(wù)器進行開發(fā)和管理，開發(fā)語言為PHP。云服務(wù)器是下位機與微信小程序客戶端之間數(shù)據(jù)的重要橋梁，服務(wù)器的穩(wěn)定性決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此選擇了較為穩(wěn)定的CentOS7.0作為服務(wù)器系統(tǒng)，服務(wù)器程序為Apache 2.4.9 GA。

2.3 系統(tǒng)下位機的實現(xiàn)

水下機器人中搭載著WIFI模塊，小程序端通過與WIFI數(shù)據(jù)相連，即可以完成數(shù)據(jù)傳輸。如果用戶需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠距離傳送，水下機器人搭載的WIFI模塊可以直接與路由器相連接，用戶只需要連接外網(wǎng)即可實現(xiàn)該功能。下位機的CPU是利用stm32控制核心板，下位機也可以利用該通信方式來接收用戶發(fā)送的運動控制指令，從而控制水下機器人實現(xiàn)相應(yīng)的運動。同時，CPU與水下機器人裝載的水環(huán)境檢測傳感器相連，例如溫度傳感器、水中含氧量傳感器、水渾濁傳感器、PH傳感器等。經(jīng)過一系列的通信方式或者以讀取傳感器的AD值等，在CPU中經(jīng)算法得出檢測的數(shù)值，并與系統(tǒng)設(shè)計水質(zhì)監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)范圍值進行比較，并同時把比較得出的效果直接反饋給用戶端。

2.4 系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)

如圖3所示，用戶打開微信小程序輸入下位機IP地址，連接成功后，微信小程序向服務(wù)器發(fā)送指令，服務(wù)器經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)發(fā)給下位機，即可對下位機進行運動控制。下位機反饋水質(zhì)數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)給服務(wù)器，服務(wù)器轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)庫，并解碼數(shù)據(jù)發(fā)送給微信小程序?qū)崟r顯示。

3 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析

圖4為系統(tǒng)在測試環(huán)境中測得結(jié)果圖，系統(tǒng)運行正常，監(jiān)控視頻延遲在3秒以內(nèi)，數(shù)據(jù)反饋正常，下位機運行正常，通過大功率路由器與下位機連接，實現(xiàn)了遠程控制的功能。

從所測數(shù)據(jù)顯示測得PH值為6.7， 渾濁度為2ntu，溶解氧為20mg/L，導(dǎo)電率為10m/s。與設(shè)定值基本相同，可以達到水質(zhì)檢測的要求。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過使微信小程序與云端服務(wù)器與下位機的配合，經(jīng)過測試后，可以實現(xiàn)通過微信小程序?qū)Ψ律鷻C器魚進行遠程控制及實時水質(zhì)檢測。本系統(tǒng)以微信小程序為基礎(chǔ)，云端服務(wù)器為橋梁，高性能stm32芯片為核心，實現(xiàn)了上述功能，微信具有龐大的用戶群體，小程序的開發(fā)門檻低于以往的客戶端APP，其上線速度也更快，應(yīng)用微信小程序開發(fā)程序，可降低開發(fā)成本，且符合移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢[3]。

參考文獻：

[1]徐秀英，譚暉，王博亮，等.近海養(yǎng)殖環(huán)境自動檢測系統(tǒng)[J].廈門大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（S1）：107-110.

[2]王秘學(xué)，譚界雄，田金章，等.以ROV為載體的水庫大壩水下檢測系統(tǒng)選型研究[J].人民長江，2015，46（22）：95-98+102.

[3]曾郁，丘愛誼.基于微信小程序的多媒體設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2018，417（23）：68-69，72.