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升降式水产养殖水质自动检测系统设计

杨金明;朱红飞

【摘要】水产养殖水质参数检测作为现代化水产养殖的重要特征正受到越来越多

的关注.为满足水产养殖业对水质环境参数检测的迫切需求,研究设计了一种升降式

水产养殖水质自动检测系统.该系统由无线传感模块和传感器保护模块构成,无线传

感模块采用GPRS无线传感技术实现水质参数的采集和传送;传感器保护模块利用

PIC16F877A型单片机作为控制器,通过ZigBee实现与服务器的远程通信,从而控

制检测装置的升降和水质传感器的冲洗与保湿.通过PC或手机客户端,养殖户可以

对检测系统进行实时监测和控制.结果显示,系统运行稳定,装配简易,操作方便,实现

了对鱼塘水温、溶氧和pH的自动检测;远程控制反应时间在1s以内,数据传输错

误率基本为0;溶氧、pH和温度传感器的最大相对误差分别为0.55％、1.89％和

1.32％.研究表明,升降式机械结构工作稳定,实现了传感器的冲洗、保湿功能,远程控

制动作反应速度和测量精度达到水产养殖水质信息采集的要求,能够满足水产养殖

水质检测的应用要求.

【期刊名称】《渔业现代化》

【年(卷),期】2016(043)004

【总页数】5页(P1-5)

【关键词】水产养殖;水质检测;无线通信;PIC;传感器保护

【作者】杨金明;朱红飞

【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广

东广州510640

【正文语种】中文

【中图分类】S931.3

近年来，工厂化水产养殖已成为我国水产养殖业满足市场需求和发展的必由之路

[1-2]。而工厂化水产养殖多种类和高密度养殖的特点，对养殖水质环境提出了更

高的要求[3-5]。此外，物联网技术在水产养殖业的大力推进、智慧农业概念的提

出以及大数据时代的到来，使得水质检测技术越来越受到重视[6-10]。因此，迫切

需要构建一种水质自动检测系统，以便及时获得水质环境参数，从而采取有效的调

控措施，保障水产品的质量、产量和经济效益[11]。水质自动检测装置必须考虑稳

定性、传感器保护等问题，而现有的浮漂式水质检测装置多采用球形或者类球形，

存在稳定性差、水质传感器缺乏保养等问题[12-15]。因此，提出了一种升降式的

水质自动检测系统，采用GPRS无线传感技术实现水质参数的采集与传送，并设

计了一种传感器保护装置，通过ZigBee无线通信技术、单片机控制技术，实现定

时自动数据采集和传感器保养等功能，其中升降式的机械结构简单实用，成本低廉，

具有很好的应用价值。

图1为检测装置机械结构示意图[16]。

图1中，岸边安装了一个冲洗保湿盒和硬件电路盒，冲洗保湿盒内有探头冲洗装

置和保湿装置，硬件电路盒中安装有无线传感模块的硬件电路和传感器保护模块的

硬件电路。升降传动装置由步进电机、皮带及皮带轮和牵引绳组成。其中，电机安

装在冲洗保湿盒上的电机盒中，一个皮带轮安装在步进电机上，另一个通过简易轴

承架固定在不锈钢丝绳上，两者之间通过传送皮带连接。牵引绳的一端固定在轴承

架上，另一端穿过传送皮带上的小滑轮连接水质传感器探头。本系统所用的水质传

感器探头包括一个内置pH传感器的HG-P13型探头和一个内置溶氧及温度传感

器的HG-D21型探头，通过信号线分别连接到硬件电路中对应的信号调理电路。

当电机反转时，小滑轮随着皮带远离冲洗保湿盒，探头也在牵引绳作用下远离保湿

盒并下放，当探头离岸并下放一定距离后，电机停止转动。探头就可以检测出池水

的pH、溶氧、水温等水质参数。当电机正转时，检测探头不断接近直至进入冲洗

保湿箱，电机停止转动，这时冲洗装置开启，开始冲洗探头，一定时间后冲洗装置

关闭，保湿装置开启，探头就在冲洗保湿盒中处于保湿状态。

该机械装置主要有以下几个特点：(1)结构轻巧简单，便于拆卸安装，成本低，且

不影响渔业养殖生产。(2)在满足自动水质检测的基础上，还能对传感器探头进行

保养，保障了传感器探头的检测精度和使用寿命。(3)可以通过在客户端调节探头

的上升和下降时间，相应地调节水质检测频率，还可以通过改写单片机程序，改变

检测探头的离岸距离和下水深度。

图2为水质检测系统硬件电路结构框图。

整个电路由输出AC220V的UPS以及输入AC220V输出DC24V开关电源供电。

硬件电路主要由无线传感模块和传感器保护模块组成，其中，无线传感模块主要完

成水质参数