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论文:一种多功能水产用无人船的研究与实现:遥控控制最远距离约300米

发表时间:2023/06/03 17:39:22  来源:科学养鱼 2020年10期  浏览次数:3029  
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近几十年来,世界水产养殖业发展迅猛。目前养殖业者多为小户养殖和经验养殖,养殖设备比较落后。养殖环节的事项比较繁琐,撑着小船或者坐着泡沫板拉着绳子喂料或洒药,已成为水产养殖人每天的固定流程,但这费时费力,且常受日晒雨淋。在实际养殖过程中盲目投放饵料,会造成饵料沉积、水质富营养化,既污染水体,又存在较高的养殖风险。此外,实际养殖中还有人力成本高、水产疾病处理不科学、水产品质量管理效果差等问题。因此,我们根据渔农的实际需求,赶上设备技术创新的步伐,致力于水产养殖设备的研发、产业化生产与市场投放,帮助渔农解决喂料施药、水质监测和视频监控等问题。

一、研究现状

目前在无人船研究方面,吕扬民等(2019)做了水质监测无人船路径规划方法研究;何金(2019)研发了无人船,可以巡航、投饵、喷药、检测水质和预警(图1)。


图1 水产养殖用无人船

在水产养殖过程中,视频监控、水质监测、饵料投喂和施药是一项非常重要的日常工作。由于水生生物的生活习性,决定了其在高密度养殖的情况下需要全塘均匀投料或施药,并实时监测水质变化。水产养殖、污水净化等涉水投料工作过程存在人身安全隐患、效率低下、人工成本高等诸多问题。在一些规模不大的养殖场中,一般采用人工投料或施药,投料时,人划小船沿池塘边环形移动,再通过设在小船上的投饵机将饵料投向池塘边的水中。但是该方法会比较麻烦和费力,而且投料和施药地点易随划船运行变化而改变,影响投料和施药效果。部分养殖户开始采用在线监测设备,但是往往只能监测一个点,如果池塘比较大则不能监测各处的水质情况。

二、项目软硬件系统设计

本项目研发的养殖专用无人船,可替代大部分人工劳动,采用模块化设计,具备遥控巡航、视频监控、水质监测、饵料投喂和施药等功能。其中遥控巡航功能由购买的遥控器和接收机实现,遥控距离约500米。视频监控功能使用水下摄像头实现,可以把水下拍摄的视频画面无线传输到岸上的监视器上,方便养殖户实时观察水下鱼的生长情况。水质监测可以测量水的pH、水温、溶氧等参数,传感器测量得到的信号通过远程测控终端实时传输到后台服务器上,测控终端如图2所示,技术指标如表1所示。


图2 远程测控终端

投饵料功能通过改造购买的投饵机实现,将投饵机固定在船体上,将投饵机拆解,投饵机驱动部分采用直流减速电机,直接采用直流驱动板驱动即可。驱动电路及单片机控制电路如图3所示,单片机采集遥控接收板上两个开关的信号,一个用于控制投饵机的开启和关闭,另一个用于控制施药水泵的开启和关闭。投饵机和施药水泵都是采用直流电机驱动,故电路板上集成了一个直流电机驱动模块,可以驱动两个直流电机。另外,电路板上集成了一个数码管用于显示控制信息,一个蜂鸣器模块用于故障报警,还预留有一些端口可以扩展新的功能。


表1 测控终端技术指标

三、小结

本研究的主要内容是研制一套水产养殖用无人船样品,可以遥控控制,最远遥控距离约300米,研究的具体内容和技术考核指标如下。


图3 单片机控制电路

1.实现视频监控功能。通过水产养殖专用摄像机将池塘各处的图像传输到岸上的监视器,可以让养殖户直观地看到水质、鱼虾活动等情况。

2.实现投喂饵料功能。使用投饵装置,实现定点定量投放,有效降低饵料残留,改善水质和节省人力,进一步降低养殖成本和养殖风险。

3.投喂药品。液体原药水下自动稀释,让每一方水尽可能施药均匀。

4.水质检测。测量水温、溶氧、pH 等水产养殖业常检水质参数,并将数据实时传输到后台服务器上。

(来源:科学养鱼2020年10期。作者:王红超、魏茂春,厦门海洋职业技术学院)

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