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

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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