一种基于PSD的简易鱼群探测仪的制作方法

本实用新型涉及一种基于PSD的简易鱼群探测仪，特别涉及一种适合于垂钓或养鱼者使用的水下鱼情探测仪，属日用光电产品技术领域。

背景技术：

随着人民生活水平的提高，越来越多的垂钓爱好者喜欢在湖边垂钓，如果水体浑浊，钓鱼者就无法探索鱼群的位置，因此获取详细准确的鱼群信息十分重要。目前国内外鱼群探测方法主要是采用船舶或浮标在固定停留点进行探测，这些方法精度低，成本高，受天气影响较大，人员操作安全性差。在其它的实用新型专利中涉及一种智能集鱼系统，智能集鱼系统中的主控模块包含裸泡金卤灯控制单元，但是这些裸泡金卤灯会带来一些照明问题，导致鱼群检测结果不够精确。也有采用水下机器人进行鱼群探测，但是其造价高，水下探测可见度及航行速度无法达到理想值，目前仅停留在科学研究领域，并未实际应用于鱼群探测领域，无法体现它的商用价值。

市场上也有用声纳及超声波系统来探测鱼群的设备，应用于海上或大江大湖等捕鱼生产作业中。但这些探测设备庞大复杂，成本较高，仅适用于大型渔船及专业渔船，在小渔船捕鱼或钓鱼中很少使用，另一方面现有的鱼群探测仪器都需要进入水下进行鱼群的探测工作，这对仪器本身提出更高要求的同时其成本也相应提高，这种工作方式使得人们进行鱼群探测的过程更为繁琐。一种位置敏感器件PSD(Position Sensitive Detector)因其高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点已经被广泛应用在位置坐标的精确测量上，PSD光电器件是一种光能与位置转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制，因而可以显著提高系统的抗干扰能力，可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对背景技术所述问题, 提供一种基于PSD的简易鱼群探测仪，解决在浑浊水域中捕鱼或者垂钓的问题，所述鱼群探测仪能在水面上操作，或用支架支撑固定在船身或陆地上，结合设备中嵌入的目标图像获取以及优化算法中含有提高成像质量避免水下杂质影响的算法，具有制造低成本、简单便携、高精度、高效性等特点。

本实用新型的技术方案是：一种基于PSD的简易鱼群探测仪，包括：

PSD探测模块，用于获取水下鱼群距离信息；

数据处理模块，包括：信号放大与处理模块、数据采集与控制模块；所述信号放大与处理模块用于处理PSD的输出信号，所述数据采集与控制模块，用于将信号送入单片机进行处理,单片机控制AD转换及液晶显示；

显示模块，用于显示水下鱼群的距离值及方位；

所述PSD探测模块包括：激光器、准直透镜、接收透镜以及PSD；所述激光器的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，其中激光器采用斜入射方式，与PSD形成三角测距；

所述信号放大与处理模块包括：电流电压转换电路，用于把PSD输出的微弱电路信号转换为电压信号并将其信号进行滤波和放大；

所述数据采集与控制模块包括：MSP430单片机及附带的ADC12；MSP430单片机是16位高性能混合信号处理器；

所述显示模块是LCD液晶显示屏，采用LCD12864；

如上所述一种基于PSD的简易鱼群探测仪，其特征在于：所述激光器采用可输出532nm的绿光激光器。其有益效果是：可以有效在水下传输，避免了水体浑浊中杂质造成的吸收和散射的影响。

本实用新型一种基于PSD的简易鱼群探测仪，其激光器通过准直透镜将激光光束经水面折射到被测目标表面，漫反射的光线经水面折射后将形成最终反射光束，将其作为传感信号，通过接收透镜成像会聚在PSD上，从而可以通过计算得到被测目标的距离信息。激光三角测距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，从而实现探测器能在水面上操作的功能。没有鱼群时，激光直接入射到水底，探测仪显示的距离值为水深，当有鱼群经过时，探测仪上的距离值将发生跳变，此时表示有鱼群经过，且距离值为鱼群的方位。

在探测前，先测出背景信号并将其记录，后期数据采集中将处理后的信号送入单片机，通过软件编写图像去噪和复原优化算法，减去含有无用杂质的背景信号获得有用信号，并对其经过精确计算得出具体值，然后单片机控制LCD显示数值。

所述单片机，可以使用电池电源进行长时间工作，具有处理能力强、运算速度快、集成度高、超低功耗等优点。依靠该系列单片机芯片特有的高速AD采集功能和高速运算功能对PSD的输出电路信号进行修正，可以得到更高精度的干扰消除，提高检测精度和非线性修正，进而获取更准确的位置信息。

所述显示屏是用于显示鱼群具体位置的LCD12864屏，带中文字库的128×64 是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为128×64, 内置8192个16×16点汉字和128个16×8点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可以设计全中文人机交互图形界面。该液晶显示方案的模块与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，其硬件电路结构和显示程序更加简洁，而且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

本实用新型有益效果是：

1）本实用新型采用PSD和单片机作为探测主要芯片，成本低廉，组装简单；探测器整体精简，体积大幅度缩小，有距离显示模块，探测方式直接简单快捷，结合处理图像优化算法，可以解决浑浊杂志成像问题。

2）采用PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将探测器深入水下，工业防水等级可以适当放宽要求，降低了仪器封装和设计的难度及成本。

附图说明

图1是本实用新型“一种基于PSD的简易鱼群探测仪”构成示意图；

图2是本实用新型“一种基于PSD的简易鱼群探测仪”的PSD信号处理显示电路详解。

图中的标记说明：图1中：1—激光器、2—PSD、3—数据处理模块、4—显示屏。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明, 为了使本实用新型实现的技术手段、特征与功效易于理解，将结合图示，阐述本实用新型本实施例的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参考图1所示，本实用新型一种基于PSD的简易鱼群探测仪，包括：用于获取水下鱼群距离信息的PSD探测模块、数据处理模块3、显示模块。所述数据处理模块，包括：信号放大与处理模块、数据采集与控制模块，其中信号放大与处理模块用于处理PSD的输出信号、数据采集与控制模块用于将信号送入单片机进行处理；显示模块是显示屏4，所述显示屏用于显示水下鱼群的距离值及方位值，所述单片机还控制AD转换及液晶显示。

PSD探测模块包括：激光器1、准直透镜、接收透镜以及PSD。激光器1的轴线、接收透镜的光轴以及PSD三者位于同一平面，其中激光器1采用斜入射方式，与PSD形成三角测距。本实用新型实施例中，所述激光器1采用532nm的绿光激光，这样可以有效在水下传输，避免了水体浑浊中杂质造成的吸收和散射的影响。激光器1通过准直透镜将激光光束经水面折射到被测鱼群目标表面，漫反射的光线经水面折射后将形成最终反射光束，将其作为传感信号，通过接收透镜成像会聚在PSD上，从而可以通过计算得到被测目标的距离信息。本实用新型实施例中，激光三角测距法能有效屏蔽掉水面的直接反射光束，从而实现探测器能在水面上操作的功能。没有鱼群时，激光直接入射到水底，探测仪显示的距离值为水深，当有鱼群经过时，探测仪上的距离值将发生跳变，此时表示有鱼群经过，且距离值为鱼群的方位。

信号放大与处理模块包括电流电压转换电路，电流电压转换电路的主要作用是把PSD输出的微弱电路信号转换为电压信号并将其信号进行滤波和放大。

参考附图2，数据采集与控制模块包括MSP430单片机及附带的ADC12，在探测前，先测出背景信号并将其记录，后期数据采集中将处理后的信号送入单片机，通过软件编写图像去噪和复原优化算法，减去含有无用杂质的背景信号获得有用信号，并对其经过精确计算得出具体值，然后单片机控制LCD显示数值。所诉MSP430单片机是16位高性能混合信号处理器，可以使用电池电源进行长时间工作，具有处理能力强、运算速度快、集成度高、超低功耗等优点。依靠该系列单片机芯片特有的高速AD采集功能和高速运算功能对PSD的输出电路信号进行修正，可以得到更高精度的干扰消除，提高检测精度和非线性修正，进而获取更准确的位置信息。

显示模块是LCD液晶显示屏4，本实用新型实施例中，显示屏4采用LCD12864，用以显示鱼群具体位置。LCD12864带中文字库的128×64 是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为128×64, 内置8192个16×16点汉字和128个16×8点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可以设计全中文人机交互图形界面。该液晶显示方案的模块与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，其硬件电路结构和显示程序更加简洁，而且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

图1中，所述支架用于支撑整个探测仪固定在船身或陆地上。

本实用新型一种基于PSD的简易鱼群探测仪的工作原理如下：

如图1所示，通过激光器模块1发射出激光，该激光经准直透镜准直后在水面上折射进入水中。将入射到被测目标上的光束所形成的漫反射光斑作为传感信号，通过接收透镜传输到PSD模块2上形成光斑。光斑的中心位置由传感器与被测目标之间的距离决定, 而PSD 输出的电信号准确地反映了传感器与被测目标之间的距离信息。当鱼群通过时，被测目标发生变化, 其光斑在PSD 上的位置也发生相应变化,这样通过确定光斑位置的变化, 则可检测是否有鱼群通过，并且能得到被测鱼群的距离。PSD输出电流信号，经过数据处理模块3。首先由电流电压转换电路转换为适当的小电压信号，然后经过放大处理后进行AD转换，单片机控制AD转换，读取各路转换结果，最后通过单片机控制LCD液晶显示屏模块4来显示处理后的距离值。

图2为PSD信号处理和显示电路。其中IC1和IC2是运算放大器，构成PSD前置放大电路，并将其电流信号转换为电压信号。R1，R2为反馈电阻，直接决定了电流电压转换电路的放大倍数V0=-IsRf，从而R1,R2必须为高精度电阻，一般PSD的输出信号为微安级，R1、R2在数千欧左右。该电路在反馈电阻上并联电容C1，C2来减小噪声。为了得到较准确的输出值，所选放大器的偏流和偏置电压相对于输出信号而言其值应该非常小。为保证放大器尽量在理想状态下工作，差模输入电阻应当远远大于反馈电阻，图2中的IC1和IC2选用一般的运算放大器很难达到要求，因此选用AD524作为运放。AD524是一种专用的精密放大仪器，可用于要求精度高、工作环境恶劣的多数据采集系统，其特点是低噪声、低非线性、高共模抑制比、低失调电压、低失调电压温漂增益带宽乘积、输入保护、内有补偿，可直接输出信号到单片机的A/D变换器。

放大处理后的信号分别送入MSP430F149单片机片上附带的8路ADC12外设中的A0、A1通道，采集时设定TimerA为上升工作模式。MSP430从ADC转换结果寄存器中读取本次采集的所有数据，采集时间由使用者预先设定，一般可以持续几秒以上，闪光信号持续时间至少可以达到1ms。开始采集时光点还没有闪光，因此对闪光前一段时间内的背景光值抽样取平均。AD采样频率最高可达到200KHZ，采用十个采样点作为间隔取平均得到背景值，然后在全范围内搜索出一个最大值，根据最大值和背景值找出闪光的时间段以及闪光信号的数据存储位置，对该范围内的数据同样以十个采样点为间隔取平均得到闪光信号平均值，最后将平均后的闪光信号和背景信号分别相减就可以得到有效信号。

经单片机采集并处理后的数据通过并行方式写入LCD12864，并显示在液晶屏上，图2中调节电位器R5可以改变屏幕亮度。

本实用新型采用PSD和单片机作为探测主要芯片，成本低廉，组装简单。探测器整体精简，体积大幅度缩小，有距离显示模块，探测方式直接简单快捷。采用PSD测距，利用水体目标反射折射光线，无需将探测器深入水下，工业防水等级可以适当放宽要求，降低了仪器封装和设计的难度及成本。

特别的：本实用新型将PSD用于鱼群探测仪器，实现在水面上的位置探测，达到水面上操作，高精度、低功耗、低成本、便携、简易等优点。PSD信号通过单片机进行处理控制，距离值通过显示器显示，测量方式简单快捷，组装简单，成本低廉。激光器采用斜入射，与PSD形成三角测距，避免水面反射光束对测量的影响。结合处理图像优化算法，可以解决浑浊杂质成像问题。