基于实时水质参数的智能养殖装备设计

针对现有水产设备机械化和自动化程度较低,增氧机作用范围有限和投饲机无法自适应投饲的问题,研究设计了一种新型的基于实时水质参数的智能养殖装备。该装备硬件上利用传感器对水质参数进行实时监测,采用太阳能与交流电源混合供电。其中,移动式太阳能增氧机使用超声波测距进行避障,可随机行走、增大增氧机的工作范围;太阳能智能投饲机使用称重传感器进行饲料称重,以实现精确定量投饲。该装备软件上支持个人计算机和手机等多个平台客户端,实现实时水质参数查询、远程增氧、远程投饲、远程智能控制等功能。池塘应用试验结果表明,该装备的监测水质数据可信度高,实时通讯丢包率低于0.2%,在保证增氧能力的情况下,增氧机作用范围比传统水车式增氧机提高10%;能够在良好的水质环境中完成精确定量投饲。研究表明,该装备的应用有助于推进水产设备智能化、自动化的发展,实现节能降耗、绿色环保的目标。     

Design and operation of a low-cost and compact autonomous buoy system for use in coastal aquaculture and water quality monitoring

The need to ensure future food security and issues of varying estuarine water quality is driving the expansion of aquaculture into near-shore coastal waters. It is prudent to fully evaluate new or proposed aquaculture sites, prior to any substantial financial investment in infrastructure and staffing. Measurements of water temperature, salinity and dissolved oxygen can be used to gain insight into the physical, chemical and biological water quality conditions within a farm site, towards identifying its suitability for farming, both for the stock species of interest and for assessing the potential risk from harmful or toxic algae. The latter can cause closure of shellfish harvesting. Unfortunately, commercial scientific monitoring systems can be cost prohibitive for small organisations and companies to purchase and operate. Here we describe the design, construction and deployment of a low cost (<£ 5000) monitoring buoy suitable for use within a near-shore aquaculture farm or bathing waters. The mooring includes a suite of sensors designed for supporting and understanding variations in near-shore physical, chemical and biological water quality. The system has been designed so that it can be operated and maintained by non-scientific staff, whilst still providing good quality scientific data. Data collected from two deployments totalling 14 months, one in a coastal bay location, another in an estuary, have illustrated the robust design and provided insight into the suitability of these sites for aquaculture and the potential occurrence of a toxin causing algae (Dinophysis spp.). The instruments maintained good accuracy during the deployments when compared to independent in situ measurements (e.g. RMSE 0.13–0.16 °C, bias 0.03–0.08 °C) enabling stratification and biological features to be identified, along with confirming that the waters were suitable for mussel (Mytilus spp.) and lobster (Homarus gammarus) aquaculture, whilst sites showed conditions agreeable for Dinophysis spp.     

养殖水质在线监控的系统集成技术

应用多参数水质传感器、PAC场控制器、IEEE802．15．4无线传感器网络、CAN现场通信网络等技术进行系统设计,创建低成本、高效率、性能匀称、可扩充系统的水产养殖水质测试和水质调控的集成系统。认为推广普及规范化的水质监控手段,对促进水产养殖的科技进步和产业升级,实现水产养殖业增长方式转变有积极的意义。指出在现阶段发展我国的“数字化”养殖水质监控系统时,要注意现场设备的数字化、智能化、多功能化、网络化,开发低价位性能可靠的数字化水质传感器,提高信息的共享性和发挥养殖水质数据的应用价值。     

基于NB-IoT和无人船巡检的水产养殖场物联网系统研究

针对养殖水质检测与调控的实际需求,提出了一种基于NB-IoT(Narrow Band-Internet of things,窄带物联网)和无人船巡检技术的水质检测与调节物联网系统.通过将无人船作为移动水质感知节点采集养殖水质信息,然后通过NB-IoT无线通信技术将数据上传至OneNET云平台,最终将水质信息可视化呈现在...     

基于分布式无线网络的水质监控系统设计

为提高对水产养殖水质监控的实时性和测量精度,设计了一种基于无线传感器网络的水产养殖水质参数监控系统。该系统由水质参数采集终端、分布式传感器网络、传输控制中心基站、远程在线监控系统组成。参数采集终端采集水质参数并传输到中心基站,再通过GPRS发送给远程在线监控中心,根据用户向监控中心输入的参数实现水温、pH、溶氧(DO)的调节。参数测量过程中引入数字滤波算法提高测量精度,使用经过改进粒子群优化算法(PSO)整定的PID控制器实现水质参数的调节。结果显示:测量精度达到要求,温度、pH和DO的测量误差分别为2.1%、1.3%和3.6%,系统对温度、pH和溶氧调节的最大误差分别为1.9%、2.6%和3.1%。整个系统工作稳定可靠。     

基于物联网和GIS的水产养殖测控系统平台设计

针对水产养殖水质多参数监测的需求和现有水质环境监测系统存在的问题,设计了一种基于物联网和地理信息系统(GIS)的水产养殖测控系统。通过整体性能的研究分析,设计了测控系统平台的3层体系架构(传感控制层、传输层和应用层),提出了自顶向下、逐步求精以及模块化、结构化的设计方法;根据采集数据传输的可靠性、稳定性等要求,提出WiFi网状组网的配置方法,设计了系统硬件的供电模块;研究了本地服务器、中心服务器和控制模块软件系统;通过网络丢包率测试和水质溶氧量分析,验证了系统数据传输的可靠性,并在溶氧超出范围后自动控制增氧机,有效地调节池塘溶氧量。相比于传统的水产养殖远程监控系统,该系统通过物联网和GIS技术的融合,实现了水质环境的远程无线测控和区域化水产养殖管理,因此能够大大推进水产养殖智能化、自动化系统建设的发展,适应水产养殖的需要。     

基于ZigBee的水产养殖水环境无线监控系统设计

设计了一种基于ZigBee协议的水产养殖水环境无线监控系统,实现了对溶解氧、pH值、温度等多参数的采集、处理和显示,并通过无线网络实现了传感器检测节点和协调器节点之间数据快速、准确的传输,进而对多参数进行实时远程监测。该系统适用于工厂化水产养殖、水环境、智能温室等诸多领域。     

升降式水产养殖水质自动检测系统设计

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p H的自动检测;远程控制反应时间在1 s以内,数据传输错误率基本为0;溶氧、p H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。     

基于物联网的水质传感器监控及自清洗装置设计

为实现水产养殖水体环境的远程实时监控,保证水质传感器数据采集的准确性,设计了一种水质传感器监控及自清洗装置。该装置设计为监测传输层、综合控制层和远程管理层的3层物联网结构,采用STM32作为控制核心,通过ZigBee技术,对各种水质参数进行实时监控,并利用LabVIEW设计上位机监控界面,实现远程智能监控。自清洗装置的传感器支架设计为可变形可移动结构,根据水质参数监测要求自动调节支架变形状态,完成水质参数采集和传感器探头的自动或手动清洗。通过养殖环境下使用自清洗装置,将水质参数监测结果与标准仪器对比分析,结果显示,定期自动清洗的传感器能准确监测水产养殖各种水质参数,提高了监测精度。研究表明,该装置运行稳定可靠,数据准确,探头清洗干净,具有良好的推广和应用价值。     

基于Zigbee和GPRS的水质监测系统节能设计

针对无线化的水产养殖水质监测系统耗能大、电池寿命短的问题,设计了基于Zigbee和GPRS的节能型水质监测系统。通过采用低功耗器件,在电源与传感器、信号调理电路之间添加选通芯片ADG1414控制各模块分时分区工作,减少各模块的供电时间来降低硬件能耗;通过设置阈值对采集的数据进行判断,对阈值范围内的数据不发送,减少数据发送量,从而减少系统数据发送能耗。以CC2530为核心构建无线传感网络,将传感器采集到的温度、p H、溶氧等水质参数传输至监测中心,构建实时监测平台,并在此基础上建立数据管理系统,实现对水产养殖水质环境的实时监测。系统测试与实验结果表明,该系统节能效果显著,能有效延长无线水质监测系统电池的工作时间。     

一种水质监测机器人取水装置设计

针对移动水质监测机器人取水深度不够的问题,设计了一种屈伸臂取水装置。采用刚性结构屈伸臂保证取水水位准确性,应用丝杠滑块结构构成伸缩采样机构,通过控制系统控制各模块协调工作实现取水过程。控制系统基于无线遥控原理设计,完成了对取水流程及基础运动控制。     

水质在线监测在工厂化养殖中的应用

本文针对我国水产养殖急需在线监测技术的现状,简介了该技术在国内外的发展现状和监测方法,根据我国在这方面远远落后于发达国家的现状,指出了该技术应用于养殖业的重大意义,并且展望了在线水质监测技术的发展方向。     

二氧化氯对池塘水质和浮游生物群落结构的短期影响

监测了公安县崇湖渔场3口草鱼主养池塘施用浓度为0.375 g/m3的二氧化氯后池塘水质理化指标及浮游生物群落结构短期变化,以分析二氧化氯对池塘水环境质量的影响。结果显示,用药后水体溶解氧显著下降,亚硝态氮、活性磷和总磷降低。然而p H值显著升高,硝态氮、铵态氮和总氮也有所升高。施用二氧化氯前浮游植物共检出6门44属79种,浮游动物36属43种;用药后共检出浮游植物7门52属109种,浮游动物44属69种,用药后浮游植物消失4属12种,新增加12属42种,用药前未见金藻门种类,用药后出现分歧锥囊藻(Dinobryon divergens)。用药后原生动物消失6属7种,新出现16属24种;轮虫消失3种,增加8种;枝角类种类无变化;桡足类新增4种成体,但用药前后优势种无变化。结果表明,施用二氧化氯短期内增加了水体氨氮毒性,并导致浮游动物的种类、密度和生物量显著增加,进而导致浮游植物生物量显著下降、小型化藻类增多、优势种显著变化。建议在养殖期间慎用二氧化氯。     

Application of sediment microbial fuel cell for in situ reclamation of aquaculture pond water quality

Performance of sediment microbial fuel cell (SMFC) with external resistance (SMFC-1) as well as short-circuited mode (SMFC-2) was evaluated at different operating temperatures (28–30 °C and 21–25 °C) and in presence and absence of aeration at the cathode. The performance was evaluated in terms of chemical oxygen demand (COD) removal and total kjeldahl nitrogen (TKN) removal for offering in situ treatment of aquaculture pond water. SMFC-2 demonstrated maximum COD and TKN removal efficiencies both in the absence and presence of aeration near cathode as compared to SMFC-1. With aeration at cathode, the COD and TKN removal efficiencies were 79.4% and 92.6% in SMFC-1 and 84.4% and 95.3% in SMFC-2, respectively. Without aeration and at lower operating temperature, the COD and TKN removals were slightly lower, yet satisfying aquaculture quality norms. SMFCs demonstrated effective in situ remediation of aquaculture water and can drastically save the operating cost of aquaculture.     

葡萄糖对对虾养殖水体水质的影响

研究葡萄糖的不同添加量(1.25~5×10-3 g/L)对对虾养殖水体水质指标(氨氮、活性磷)和微生物数量(总异养菌、弧菌)的影响。结果显示,与对照组相比,水体中添加葡萄糖能明显提高异养菌、弧菌密度(P<0.05),显著降低养殖水体中氨氮、活性磷浓度(P<0.05)。且在一定浓度范围内,葡萄糖浓度越高,氨氮、活性磷浓度越低,异养菌、弧菌密度越高。     

循环水养殖罗非鱼氮收支及对水质影响的初步研究

为提供实际生产理论依据,改良系统水处理工艺,开展循环水养殖系统中吉富罗非鱼氮收支和对水质情况的初步研究。起始养殖密度8 kg/m3,投饲率2%,系统循环量1 m3/h,总水量0.8 m3。试验期间溶解氧大于6 mg/L,pH 7.0～7.2,水温23～25℃。每周监测水质2～3次,监测指标包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮,每2周检测1次水中总氮。用凯氏定氮法测定实验前后饲料、试验鱼体、粪便、悬浮颗粒的氮含量。结果显示,摄食氮有50.00±1.50%转化为生长氮,32.61±1.38%转化为排泄氮,17.39±4.0%转化为粪氮;58%的粪氮为悬浮颗粒物,42%为可沉淀颗粒物。     

封闭循环水养殖系统中池塘覆膜对水质的影响

2005—2010年,对天津市天祥水产有限公司封闭循环水养殖系统水质进行了检测。结果显示:养殖池塘是否覆膜、覆膜面积大小,均会使整个养殖系统中的总硬度(TH)、总碱度(AT)、NH3-N和PO4-P在时空上产生差异。时间上,它们年份间差异极显著(P<0.01);空间上,各采样点的AT和NH3-N差异显著(P<0.05)。覆膜使系统的TH和AT稳定性减弱,CV上升了166.5%～241.7%,这种情况在养殖中期尤为突出,但对NH3-N和PO4-P稳定性的影响并不明显。养殖系统中较大面积的覆膜(43.65%)对养殖池塘TH、AT和NH3-N稳定性的影响比非覆膜池塘的大,CV分别高出了75.9%、135.6%和21.6%;而小面积(19.2%)覆膜的养殖池塘相对非覆膜池塘稳定,CV分别降低了71.9%、41.5%和91.4%。导致它们间差异及稳定性变异的原因主要归结于覆膜影响了物质与土壤间的物质交换及其间的生物活性强度。     

水产养殖自动化系统的防雷保护技术

雷电引发脉冲电磁场对微电子器件设备造成侵害已成为水产养殖自动化系统损坏的主要原因之一.经对系统的现场实际情况和雷电入侵途径分析,提出了直击雷、雷电感应和雷电波的防护措施.对控制房和DCS柜采用避雷针、独立针的直接雷防护;系统电源分别采用箱式电源避雷器、电源避雷器、模块式电源避雷器作为三级电源保护,减少LEMP雷电电磁脉冲辐射;计算机网络与等电位地网间设置低压避雷器或火花隙,防止信号干扰和避免地电压反击;根据传输速率、工作电平、特性阻抗等,选择通信线路的信号防雷保护器的参数和型号.     

Improving feeding strategies for shrimp farming using fuzzy logic,based on water quality parameters

In intensive shrimp farming systems, formulated feed represents the main nutrition source and its adequate management significantly influences the economic feasibility of the farm. Based on that, the present study evaluated two dynamic feeding strategies: fuzzy logic (FL) and mathematical functions (MF). For both strategies, the temperature and dissolved oxygen were modified in a controlled way. A conventional feeding table was the control treatment. The results showed that DO was the parameter that mostly influences the feeding rate (74%) while the temperature also did it, but in a lower grade (26%). The results showed that feed conversion rate (FCR) was significantly better when the FL strategy was used, saving around 35% of feed when compared to the control. An expert system based on FL may replace the traditional feeding strategies with no significant adverse effects on growth, survival and FCR, and may easily be adapted to some other culture systems.     

曝气复氧对中华绒螯蟹养殖池塘水质的影响研究

通过对2种不同增氧方式9个标准化河蟹养殖池塘整个养殖周期（5-10月份）的水质监测,比较研究了曝气复氧对河蟹养殖池塘水质的影响,因子分析表明曝气复氧对水质的影响可概括为营养盐和氧化还原状态两个公因子,其中7-9月份高温季节,微孔组总氮、总磷、氨氮含量均显著低于机械组和对照组（p<0.05）,且相应指标微孔组＜机械组＜对照组,说明曝气复氧可以有效控制养殖水体总氮、总磷、氨氮含量在较低水平,显著改善池塘养殖水质,养殖用水达标排放。