智能水產(chǎn)養(yǎng)殖控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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摘要：近年來(lái),隨著自動(dòng)化理念的推廣和高密度智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖的需求,自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)已經(jīng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的主要類型、總體布局特點(diǎn)及其優(yōu)劣進(jìn)行了概括和比較,并基于LabVIEW系統(tǒng)編程的系統(tǒng)所涉及的監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),以期能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)自動(dòng)化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)提供參考依據(jù)，使得水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)可以穩(wěn)定、高效、智能化運(yùn)行，大大提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖的質(zhì)量和水產(chǎn)養(yǎng)殖工作人員的效率。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；LabVIEW；水產(chǎn)養(yǎng)殖

0引言

水產(chǎn)養(yǎng)殖是中國(guó)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，目前我國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)多數(shù)是以粗放型的傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式為主，其特點(diǎn)是自動(dòng)化程度不高，主要靠人工進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)及實(shí)行投料操作。在集團(tuán)化養(yǎng)殖的過(guò)程中，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方法給企業(yè)的管理帶來(lái)了極大的困難，也對(duì)飼料的投放造成了極大的浪費(fèi)。因此采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行精細(xì)養(yǎng)殖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粗放型養(yǎng)殖是全球競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，必需從觀念上充分的認(rèn)識(shí)，從技術(shù)上不斷地加強(qiáng)研究。影響水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)就是水溫、光照、溶氧，ph值等，水質(zhì)的好壞關(guān)系到養(yǎng)殖效益、養(yǎng)殖效果、養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)等各方面的因素。目前國(guó)內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)主要是以人工取樣、化學(xué)分析為主，并且需要有專業(yè)人員定時(shí)操作，并且測(cè)量的數(shù)據(jù)有滯后性。而國(guó)內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖多分布在較偏遠(yuǎn)的位置，實(shí)時(shí)的人工采樣非常困難，傳統(tǒng)的取樣測(cè)量方法不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。而對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)的檢測(cè)是養(yǎng)殖業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，如果能根據(jù)水質(zhì)變化及時(shí)地采取相應(yīng)措施，可以及時(shí)地減少養(yǎng)殖中的損失，根據(jù)水質(zhì)及天氣的情況采取恰當(dāng)?shù)耐读洗胧?，可以有效提高養(yǎng)殖利潤(rùn)。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及主要技術(shù)介紹

該系統(tǒng)采用LABVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)整個(gè)軟件，數(shù)據(jù)庫(kù)采用OFFICE軟件下的ACCESS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)。外部的硬件采用研華的ADAM4520，ADAM4018+，還有ADAM4050模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，即數(shù)據(jù)檢測(cè)區(qū)、遠(yuǎn)程檢測(cè)區(qū)和養(yǎng)殖環(huán)境檢測(cè)區(qū)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：⑴自動(dòng)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水質(zhì)，測(cè)量的主要參數(shù)為：PH值、溶氧值、亞硝酸鹽值、水溫、氣溫?cái)?shù)據(jù)。⑵該系統(tǒng)可與市售的自動(dòng)投料機(jī)配合使用，可在測(cè)控中心實(shí)現(xiàn)投料控制。并能通過(guò)超聲波傳感器測(cè)量料筒倉(cāng)內(nèi)的飼料余量，余量在集控中心的屏幕上。當(dāng)余量低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)在集控中心有提示功能。⑶具有自動(dòng)稱量的功能，電子秤的稱量數(shù)據(jù)在屏幕上顯示，每次稱量數(shù)據(jù)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)并統(tǒng)計(jì)，可查詢。⑷通過(guò)攝像頭完成投料現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控視頻資料存儲(chǔ)在硬盤錄像機(jī)中。⑸以每個(gè)塘為單位，可輸入每日投料量、每日用藥量、總計(jì)投苗量等相關(guān)數(shù)據(jù)，可直接分析成本。

1.1水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)界面

水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)界面是最主要的人工操作窗口，主要由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)和兩大選板組成：數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)可顯示正在稱量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、燈光、增氧機(jī)1/2/3/4、投料顯示的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制選板可同時(shí)實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的各參數(shù)監(jiān)測(cè)及系統(tǒng)部分硬件設(shè)備的控制。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)選板⑴時(shí)間顯示：可顯示當(dāng)前日期與當(dāng)前時(shí)間。⑵水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)：可監(jiān)測(cè)并顯示PH值、溶氧值、亞硝酸鹽值，水溫、氣溫?cái)?shù)據(jù)。⑶水質(zhì)數(shù)據(jù)表：實(shí)時(shí)顯示PH值、溶氧值、亞硝酸鹽值，水溫、氣溫?cái)?shù)據(jù)并保存。⑷成本核算：以每個(gè)塘為單位，可輸入每日投料量、每日用藥量、總計(jì)投苗量等相關(guān)數(shù)據(jù)，可直接分析成本。

1.2遠(yuǎn)程控制選板

⑴投料控制：可與市售的自動(dòng)投料機(jī)配合使用，可在測(cè)控中心實(shí)現(xiàn)投料控制。并能通過(guò)超聲波傳感器測(cè)量料筒倉(cāng)內(nèi)的飼料余量，余量在集控中心的屏幕上。當(dāng)余量低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)在集控中心有提示功能。⑵稱量控制：總部通過(guò)視頻及現(xiàn)場(chǎng)電子秤的讀數(shù)監(jiān)督稱量時(shí)的秩序。⑶投料記錄：系統(tǒng)記錄下整個(gè)投料的時(shí)間，存儲(chǔ)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。⑷稱量記錄：電子秤的稱量數(shù)據(jù)在屏幕上顯示，每次稱量數(shù)據(jù)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)并統(tǒng)計(jì)，可查詢。⑸視頻監(jiān)控窗口：通過(guò)攝像頭完成投料現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控視頻資料存儲(chǔ)在硬盤錄像機(jī)中。

2軟件支撐及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用LABVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)整個(gè)軟件。LabVIEW是最佳的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如溫度計(jì)）類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應(yīng)的LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序。使用LabVIEW可以非常方便的編制各種控制程序，非常適用于本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及使用。

2.1485總線通信

ADAM4520模塊是將計(jì)算機(jī)的串口通訊轉(zhuǎn)為485總線通信，延長(zhǎng)了通信的距離，在不采用中繼模塊的情況下，也可通訊1.2KM，如果采用中繼模塊則可以使通訊距離變得更遠(yuǎn)，滿足了水庫(kù)遠(yuǎn)距離通訊的需求，可將水庫(kù)的中控室的控制信號(hào)控制設(shè)置在水庫(kù)周圍的所謂設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制。

2.2遠(yuǎn)程通信

通過(guò)LABVIEW的網(wǎng)頁(yè)的形式將養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的軟件到網(wǎng)絡(luò)上，這樣即可在有因特網(wǎng)的任何地方訪問(wèn)養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的PC機(jī)，遠(yuǎn)程控制中心所顯示的界面跟養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)的界面完全一致。則在集控中心操作此系統(tǒng)的方法跟在養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)操作的方法完全一致，用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的水產(chǎn)養(yǎng)殖測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖的遠(yuǎn)程控制及管理。

3系統(tǒng)運(yùn)行效果

3.1數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)選板模塊運(yùn)行效果

放置在養(yǎng)殖環(huán)境里的水質(zhì)傳感器，采集到的各種數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算轉(zhuǎn)化后存儲(chǔ)到ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)，在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)選板上通過(guò)相應(yīng)的儀表直觀的顯示PH值、溶氧值、亞硝酸鹽值，水溫、氣溫。水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)的檢測(cè)是養(yǎng)殖業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，如果能根據(jù)水質(zhì)變化及時(shí)地采取相應(yīng)措施，可以及時(shí)地減少養(yǎng)殖中的損失，根據(jù)水質(zhì)及天氣的情況采取恰當(dāng)?shù)耐读洗胧?，可以有效提高養(yǎng)殖利潤(rùn)。

3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控選板模塊運(yùn)行效果

3.2.1投料控制模板

養(yǎng)殖人員能夠精確定量的控制喂料量，設(shè)置定時(shí)投料時(shí)間值和投料速度控制投料，拋灑范圍大，極大程度的減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力成本。并且余量可在集控中心的屏幕上，當(dāng)余量低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)在集控中心有提示功能。同時(shí)，對(duì)整個(gè)投料裝置及投料情況進(jìn)行視頻監(jiān)控。

3.2.2設(shè)備控制模板

水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中的人工操作環(huán)節(jié)由智能系統(tǒng)自動(dòng)完成，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，工作人員無(wú)需親臨養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)便可監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖單元的實(shí)際情況，有突發(fā)事件時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元的管理可通過(guò)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行量化的設(shè)置，使得管理更加的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)束語(yǔ)

這是一種基于LabVIEW遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)智能水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)有的水質(zhì)參數(shù)傳感器、環(huán)境參數(shù)傳感器、水產(chǎn)養(yǎng)殖執(zhí)行設(shè)備等電子產(chǎn)品結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，用監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)魚池周圍的環(huán)境。對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的各類參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)地為管理者提供數(shù)據(jù)，養(yǎng)殖者可以自行更改水中各類物質(zhì)進(jìn)行更改。工作人員無(wú)需親臨養(yǎng)殖現(xiàn)場(chǎng)便可監(jiān)控水產(chǎn)養(yǎng)殖單元的實(shí)際情況，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元的管理可通過(guò)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行量化的設(shè)置，使得管理更加透明化、一體化，有利于統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)，完善水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)養(yǎng)殖和專業(yè)化管理，最終實(shí)現(xiàn)增加魚的產(chǎn)量和減少與的死亡的目標(biāo)。

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作者：張金慧 陸宗 陸歡 周業(yè)霖 鄭金存 單位：玉林師范學(xué)院電子與通信工程學(xué)院