一种智能化渔业养殖在线系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种渔业养殖系统，特别涉及一种智能化渔业养殖在线系统。它包括智能化渔业养殖在线测控系统，所述智能化渔业养殖在线测控系统包括水质多参数检测仪、与所述水质多参数检测仪相连的增氧机、控制所述增氧机运行的增氧机控制器、与所述增氧机控制器相连的GSM无线传输模块和监控终端。智能化渔业养殖在线水质测控系统给水产养殖技术人员提供了监测和控制方式，大大节省了劳动力，降低了养殖成本，提高了养殖的生产效率。
【专利说明】
一种智能化渔业养殖在线系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种渔业养殖系统，特别涉及一种智能化渔业养殖在线系统。
【背景技术】
[0002] 智能化养殖就监测项目而言，目前国内一般只有pH，水温和溶解氧等检测指标。我 国的智能化养殖自动化水平还相当低。智能化工厂养殖技术的关键之一是自动监控系统的 传感器质量问题。目前在国产的传感器中，除了温度、PH，溶解氧的传感器质量较好外，多数 传感器性能不稳定，质量较差。发展我国的智能化温室，首先应该抓好温度、PH、溶解氧的自 动监控技术。我国目前能够做到的流量，水温和溶解氧三项指标控制是通过大量换水，锅炉 升温和充气来解决，可以说是以消耗能源，牺牲环境来换取效益，对智能化而言是一种初级 的粗养阶段。
[0003] 自从六十年代初期日本在群马县开始进行智能化养鱼以来，世界各国，特别是美 国、加拿大、德国等纷纷设计工业化养鱼装置，经过近二十年的发展逐步形成了高效的规模 化生产。同时养殖环境的自动监控技术也获得了很大的进步，在水体消毒、净化、池底排污、 增氧及控温方面，几乎采用了现代所有可以引用的实用技术，智能化养殖已达到相当高的 自动化程度。在国外臭氧已被用于养殖水体的消毒净化，它与生物滤池结合使用，还可提高 去除氨氮和有机物的能力。液态纯氧增氧技术在西欧智能化养鱼业中己开始应用，可使水 体中的溶氧量达到17-18mg/L，可提高养殖密度，降低饵料系数;采用遥控式自污机，使池底 排污实现了自动化;热栗技术的利用，为智能化养鱼加温节省了 50%的费用。目前，热栗这一 节能控温装置正在国外智能化养鱼业中普及；水质净化现仍以生物滤池为主，但70年代发 展起来的卵石滤池、砂滤池正被淘汰，代之以质轻、比表面积大、强度高、通风性能好的人造 滤料(如聚乙烯网板等）。挪威的水产养殖历经数十年的不断投资、研究、开发，己成为一个 新型的蓬勃发展的产业。尤其是蛙鱼的养殖，挪威的人工养殖蛙鱼技术成熟且处于世界领 先水平，其定点的孵化场完全实现科学化管理，诸如水质、水温、配合饵料一组成的控制等 都有专门的仪器设备进行监测、控制。近年来，美国、丹麦、日本和我国等国家，发展了鱼菜 共生、鱼藻共生系统。利用养殖肥水培育蔬菜、花卉、水果、藻类，既能最大限度地提高水产 品和蔬菜等的产量，又能净化水质，污染降至最低程度，从而形成小环境生态系统良性循 环。日本BIC0M公司生产的闭合循环水产养殖系统，其核心技术是体现它原有技术优势和特 色的"内脏型硝化苗反应器"。该系统主要由一级硝化处理槽、水管维持装置、全自动SS驱除 装置、SS分离系统、浓缩氧制造装置、水温控制装置、圆形养鱼槽等部件构成。美国则提出了 高密度水产养殖系统的程序控制技术，其用于水产养殖的自动控制系统一般可分通用控制 系统和工业程序控制系统两类。通用控制系统是基于微机的控制系统，用于控制海水鱼的 生长环境。工业程序控制系统由小型计算机和控制软件组成。
[0004] CN103336503B(2015-8-5)公开了一种水产养殖池塘溶解氧控制系统，然而该系统 的智能化效率和系统的具体结构还有待改进。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种对规模化水体养殖的水体参数进行实时在线控制的智 能化渔业养殖在线系统。
[0006] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的： 一种智能化渔业养殖在线系统，其包括智能化渔业养殖在线测控系统，所述智能化渔 业养殖在线测控系统包括水质多参数检测仪、与所述水质多参数检测仪相连的增氧机、控 制所述增氧机运行的增氧机控制器、与所述增氧机控制器相连的GSM无线传输模块和监控 终端。
[0007] 本发明的智能化养殖系统就监测项目而言，除了PH、水温和溶解氧，还有电导率、 氨氮和亚硝基氮，其中对对溶解氧、NH3-N和N02-N具有智能化控制系统，进行实时在线控 制。智能化渔业养殖在线水质测控系统给水产养殖技术人员提供了监测和控制方式，大大 节省了劳动力，降低了养殖成本，提高了养殖的生产效率。
[0008] 作为优选，所述监控终端与各水质检测仪、增氧机控制器形成CAN网络，监控终端 与他们之间通过CAN总线搭ModBus-RTU协议实现数据的传输。
[0009] 增氧机控制器可以手动或自动控制增氧机的开关。控制器内部主要有:220V断路 器、380V断路器、多个接触器、多个继电器、12V开关电源、控制电路板。
[0010]增氧机的手动控制通过开关增氧机控制器面板上的开关实现。控制电路板具有 CAN总线通信接口和继电器控制电路。其主控芯片采用带有CAN控制器的STM32。CAN接口使 用带隔离收发器模块CTM8251AT。该模块内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件， 模块的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V 的隔离功能。
[0011] 作为优选，所述监控终端包括现场PC机、远程PC机以及手机终端;远程PC机和用户 手机通过GSM网络与现场PC机进行通信。
[0012] 监控终端与各水质检测仪、增氧机控制器形成CAN网络，监控终端与他们之间通过 CAN总线搭ModBus-RTU协议来实现数据的传输。水质多参数检测仪完成对主要水质参数的 数据采集;增氧机控制器会响应监控终端发送的控制增氧机命令控制对应的增氧机。监控 终端包括现场PC机、远程PC机、以及手机终端。远程PC机和用户手机通过GSM网络与现场PC 机进行通信。上位机软件实现了对数据的接收、存储、显示、数据请求以及曲线显示、报表打 印输出等信息管理工作和进行特殊情况的监控中心预警以及通过客户端软件方便地访问 实时和历史数据等功能。
[0013] 作为优选，所述水质多参数监测仪的硬件主要包括前端传感器、前置处理电路、模 拟开关、A/D模数转换、STM32F107处理器和CAN收发器;传感器将待测的非电物理量转换为 电信号，前置处理电路对传感器的输出原始信号做调理以便后续的A/D采样。
[0014] 氨氮和亚硝酸氮是水产养殖的主要危害之一。但是这类关键参数需要通过化学比 色反应法进行分析，在线检测的成本很高。本项目采用pH、电导率作为辅助变量，采用基于 动态神经网络的多模型软测量方法实现辅助变量与NH3-N、亚硝氮之间的映射，进行在线软 测量。
[0015] 作为优选，所述水质多参数检测仪包括水质温度检测仪、pH传感器、溶解氧传感器 和电导率传感器； 所述水质温度检测仪选用日本林电工生产的PT100; 所述pH传感器选用的是测量范围为0-14pH、工作温度0-90°C的苏州汉星公司的塑壳 二复合pH电极PC202; 所述溶解氧传感器选用苏州汉星公司的免维护溶解氧电极D0912B; 所述电导率传感器选用苏州汉星的四极式电导率传感器。
[0016] 智能化养殖就监测项目而言，过去一般只有流量，水温和溶解氧三项，目前国外一 些工厂有七项，增加了 pH、光照、无机物、有机物。监测控制范围从过去主要上下限到现在一 些单项达到任意要求控制，并从机械化进入自动化或半自动化控制。按上述要求，我国的智 能化养殖自动化水平还相当低。智能化工厂养殖技术的关键之一是自动监控系统的传感器 质量问题。目前在国产的传感器中，除了温度、PH，溶解氧的传感器质量较好外，多数传感器 性能不稳定，质量较差。国外进口的价格十分的昂贵，一套监控氨氮装置的价格需要人民币 几十万，即使引进后，也无法推广使用。目前的养殖水平要求全套的监控设施价格不能超过 10万元。因此，发展我国的智能化温室，首先应该抓好温度、PH，溶解氧的自动监控技术。我 国目前能够做到的流量，水温和溶解氧三项指标控制是通过大量换水，锅炉升温和充气来 解决，可以说是以消耗能源，牺牲环境来换取效益，对智能化而言是一种初级的粗养阶段， 而采用生物净化装置的处理设施，进行循环水养殖是中等程度的半精养阶段，只有全面实 现养殖过程中水体循环、水体控温、水质监测、生物过滤、充气增氧、臭氧脱色、饵料投喂、死 鱼收集、污水处理和起捕分类十项内容的自动化管理和监测目标的自动控制才是智能化养 殖的高级阶段。
[0017] 作为优选，所述水质多参数检测仪为浮球式水质多参数检测仪设计。通过实验证 明智能化渔业养殖系统： (1)溶解氧(D0)测量范围：0_12mg/L，检测精度：±0.10mg/L。
[0018] (2)pH测量范围：0-14，检测精度：± 0 · 12; (3) 电导率测量范围 0-200ys/cm / 200-2000ys/cm / 2-200ms/cm，检测精度:0.3%FS (20048/〇11量程），±248/〇11(200-100(^8/〇11)，±0.021118/〇11(2-2001118/〇11); (4) 温度测量范围：0-50°C，检测精度：±0.18°C ; (5) 用秒表记录系统单次样本分析时间(最长时间），约为8.0 min。
[0019] (6)系统电源:220AV，功率为 1.8kW。
[0020] (7)浮筒放入150kg物品，仍然完好，表示浮筒至少可以承重150kg。
[0021] 作为优选，所述GSM无线传输模块采用北京东方讯公司的串口短信数传模块EIC-CS12,串口短信数传模块EIC-CS12具有一个RS232串口；内置GSM模块;通过AT指令灵活设置 通信参数.实现RS23串口到短信通信的双向转换。
[0022]作为优选，智能化渔业养殖在线系统还包括渔业养殖的水处理系统，所述水处理 系统包括依次连接的生化除氨氮装置、机械过滤器和超滤装置;所述机械过滤器包括:壳 体、壳体上下两端的进口和出口；壳体内部中间位置设置有过滤层，过滤层与壳体上部空间 形成上水室，过滤层与壳体下部空间形成下水室;过滤层上方设置有上排管路，过滤层下方 设置有下排管路，上排管路与壳体侧壁的反冲出口连通，下排管路与壳体侧壁的反冲进口 连通，所述上排管路和下排管路为同心圆环形管路;所述上排管路和下排管路上设置有喷 液口，所述喷液口沿圆周均布。
[0023] 当过滤器反洗的时候，冲洗水从下排管路进入过滤层，将过滤层的污泥通过上排 管路进行排放，当过滤器正洗时，冲洗水直接通过上排管路进入过滤器内部，排放水从下排 管路排放，达到节省了水资源的目的。
[0024] 作为优选，所述喷液口包括喷液区和回收区；喷液区顶部收缩形成喷口；回收区包 括向外延展的接液口和回流通道，回流通道内设置有与其内壁铰接的活动挡板、与回流通 道垂直的固定挡板和支撑活动挡板的凸台。
[0025] 本发明结构可以兼顾喷液与液体回收的功能，收缩的喷口具有更好的冲刷效果， 向外延展的接液口能更好的回收液体起到节水作用;喷液时，在水压作用下，被凸台撑开一 定角度的活动挡板与固定挡板接触，将回流通道关闭，控制液体仅仅从喷液区流出，回收液 体时，液体从接液口流入回流通道，活动挡板离开固定挡板保持回流通道的畅通。
[0026]作为优选，渔业养殖的水处理方法包括以下步骤： (1) 抽水加压:将渔业养殖池中的海水通过增压栗抽出并且增压，控制压力3-5Mpa; (2) 除氨氮:步骤(1)中加压的海水通过进水口进入生化除氨氮装置； (3) 去杂质：将步骤(2)处理后的海水通入机械过滤器进行初步过滤，所述机械过滤器 在每次海水循环完毕后启动一次自动反洗，冲洗通量控制在100-120L/m 2 · hr;反洗压力< 0 · 2MPa;反洗时间20-40秒； (4) 超滤分流:将步骤(3)得到的海水通入超滤装置过滤，超滤装置采用孔径为0. Οδ-Ο. Ιμπι 的滤膜，超滤后的海水分成两支，一支从污水出口回流到生化除氨氮装置，另一支从 净水出口回到渔业养殖池。
[0027]本发明除了利用淡水处理外，还可以通过海水循环处理利用，节约成本。
[0028] 作为优选，超滤装置为内曝气膜结构，包括外壳、单根内曝气膜或由多根内曝气膜 构成的内曝气膜组，所述内曝气膜包括位于横截面外周的外过滤部、位于横截面中部的产 水部和位于所述产水部和所述外过滤部之间的曝气过滤部;所述产水部一端封闭，另一端 与反冲洗回路相连;所述曝气过滤部下端设置有能够产生气泡的曝气装置，所述曝气装置 上设有出气孔且通过气管与气栗相连。
[0029] 本发明所涉及的曝气仅限于在膜管内部的曝气过滤部进行，使得曝气不经过膜管 外的料液主体部分，这是因为若在膜过滤器内部进行完全曝气，虽然对膜管内外均有冲刷 作用，但这种曝气会搅动膜过滤器内部的料液，使本来趋于沉降的固体颗粒被搅动起来，使 得膜表面的固体颗粒浓度增大，反而会加速膜污染的形成，对过滤过程带来不利影响。
[0030] 而仅在曝气过滤部内部进行曝气，气液两相流动对曝气过滤部的表面起到冲刷作 用，限制滤饼的形成，进而控制膜污染，又不会搅动膜过滤器内的料液；由曝气装置带处的 料液会带动料液主体在内曝气膜的外部向下流动，对外过滤部的表面起到冲刷作用，限制 了滤饼的形成，进一步控制了膜污染。
[0031] 作为上述技术方案的优选，所述外壳包括上部的过滤部和下部的沉降部，所述过 滤部内包含有单根内曝气膜或多根内曝气膜组成的曝气膜组，所述过滤部与所述内曝气膜 或所述曝气膜组之间的间距小于所述内曝气膜或所述曝气膜组直径的1/4;所述过滤部以 锥尖向下的锥形口与所述沉降部相连通。
[0032]过滤部与单根内曝气膜或曝气膜组之间的距离缩小，有助于料液对外过滤部的冲 刷;过滤部以锥尖向下的锥形口与所述沉降部相连通，使得沉降的颗粒不易返回到过滤部 中，影响过滤的进行。
[0033]作为上述技术方案的优选，所述沉降部包括上端的返流挡部和位于所述反流挡部 下方的沉降腔。
[0034]液态物料中的细小颗粒经冲刷流入沉降部后，会有部分返流向上流动，会带出已 经团聚的颗粒，不利于沉降的形成，此时返流挡部可以挡住返流向上流动，消耗返流的机械 能，使得沉降腔内的沉降尽可能不受返流影响。
[0035] 综上所述，本发明具有以下有益效果： 1、 本发明给出了多参数水质监测仪的设计，其上装有溶解氧传感器、pH传感器、温度传 感器、电导率传感器。增氧机远程控制设备包括手动控制和自动控制增氧机的开关;智能化 远程监控系统利用GSM短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定； 2、 监控软件可使用ACCESS作为其数据库，上位机软件实现了实时数据的显示，数据的 存储，历史数据的保存与查询，以及GSM短信通信和对增氧机控制器的控制； 智能化控制策略采用阈值控制的方式，当所控制量超出所需范围时采取相应措施:溶 解氧采取打开和关闭增氧机的措施，NH3-N及N02-N采取对养殖系统加料补料的措施； 3、 通过实验证明智能化渔业养殖系统中：溶解氧(D0)测量范围：0-12mg/L，检测精 度：±0.10mg/L;pH测量范围：0-14,检测精度：±0.12;电导率测量范围0-200ys/cm / 200-2000ys/cm / 2-200ms/cm，检测精度：0.3%FS (200ys/cm 量程），±2 ys/cm(200-1000 ys/cm)，±0.02 ms/cm (2-200ms/cm);温度测量范围：0-5(TC，检测精度：±0·18Γ〇
[0036]
【附图说明】
[0037] 图1是本发明渔业养殖的水处理系统示意图； 图2是本发明机械过滤器的结构示意图； 图3是本发明机械过滤器中喷液口的结构示意图； 图4是本发明智能化渔业养殖在线系统结构示意图； 图5是本发明氨氮处理应急控制的原理框图； 图6是本发明超滤装置的一种结构示意图； 图7为内曝气膜截面的一种结构示意图。
[0038]
【具体实施方式】
[0039] 智能化渔业养殖在线系统，其特征在于包括智能化渔业养殖在线测控系统，智能 化渔业养殖在线测控系统包括水质多参数检测仪、与水质多参数检测仪相连的增氧机、控 制增氧机运行的增氧机控制器、与增氧机控制器相连的GSM无线传输模块和监控终端。
[0040] 监控终端与各水质检测仪、增氧机控制器形成CAN网络，监控终端与他们之间通过 CAN总线搭ModBus-RTU协议实现数据的传输。
[0041 ] 监控终端包括现场PC机、远程PC机以及手机终端;远程PC机和用户手机通过GSM网 络与现场PC机进行通信。
[0042] 水质多参数监测仪的硬件主要包括前端传感器、前置处理电路、模拟开关、A/D模 数转换、STM32F107处理器和CAN收发器;传感器将待测的非电物理量转换为电信号，前置处 理电路对传感器的输出原始信号做调理以便后续的A/D采样。
[0043] 水质多参数检测仪包括水质温度检测仪、pH传感器、溶解氧传感器和电导率传感 器； 水质温度检测仪选用日本林电工生产的PT100; pH传感器选用的是测量范围为0-14pH、工作温度0-90°C的苏州汉星公司的塑壳二复 合pH电极PC202; 溶解氧传感器选用苏州汉星公司的免维护溶解氧电极D0912B; 电导率传感器选用苏州汉星的四极式电导率传感器。
[0044] 水质多参数检测仪为浮球式水质多参数检测仪设计。
[0045] GSM无线传输模块采用北京东方讯公司的串口短信数传模块EIC-CS12,串口短信 数传模块EIC-CS12具有一个RS232串口；内置GSM模块;通过AT指令灵活设置通信参数.实 现RS23串口到短信通信的双向转换。
[0046] 如图1-7所示，智能化渔业养殖在线系统还包括渔业养殖的水处理系统，水处理系统包 括依次连接的生化除氨氮装置3、机械过滤器4和超滤装置5;机械过滤器4包括:壳体41、壳 体41上下两端的进口 411和出口 412;壳体41内部中间位置设置有过滤层42，过滤层42与壳 体41上部空间形成上水室413,过滤层42与壳体41下部空间形成下水室414;过滤层42上方 设置有上排管路43,过滤层42下方设置有下排管路44,上排管路43与壳体41侧壁的反冲出 口 45连通，下排管路44与壳体41侧壁的反冲进口 46连通，上排管路43和下排管路44为同心 圆环形管路;上排管路43和下排管路44上设置有喷液口 47，喷液口 47沿圆周均布。喷液口 47 包括喷液区471和回收区472;喷液区471顶部收缩形成喷口4711;回收区472包括向外延展 的接液口 4721和回流通道4722，回流通道4722内设置有与其内壁铰接的活动挡板4723、与 回流通道4722垂直的固定挡板4724和支撑活动挡板4723的凸台4725。
[0047] 如图6所示，超滤装置5的一种形式为内曝气膜过滤器，内曝气膜过滤器的外壳51 中设置有单根内曝气膜52或由多根内曝气膜52构成的内曝气膜组用于过滤液态物料，内曝 气膜52包括位于横截面外周的外过滤部521、位于横截面中部的产水部522和位于产水部 522和外过滤部521之间的曝气过滤部523;产水部522-端封闭，另一端与反冲洗回路相连； 曝气过滤部523下端设置有能够产生气泡的曝气装置53,曝气装置53上设有出气孔且通过 气管与气栗54相连;外壳1下端为锥尖朝下的圆锥状，底部设置有卸料阀513。内曝气膜52为 圆柱形的膜管，产水部522为位于内曝气膜52内部中间的圆柱形通道，曝气过滤部523为设 置在内曝气膜52内部、产水部522周围的圆弧形曝气通道，圆弧形曝气通道的弧心与内曝气 膜52横截面的圆心重合。曝气装置53的轮廓与曝气过滤部523的截面轮廓相配适，曝气装置 53与曝气过滤部523之间留有空隙，出气孔的水平位置高于曝气过滤部523的最低水平位 置。气栗54和曝气装置53之间设置有气体流量计。
[0048] 外壳51包括上部的过滤部511和下部的沉降部512,所述过滤部511内包含有单根 内曝气膜52或多根内曝气膜52组成的曝气膜组，所述过滤部511与所述内曝气膜52或所述 曝气膜组之间的间距为所述内曝气膜52或所述曝气膜组直径的1/5;所述过滤部511以锥尖 向下的锥形口与所述沉降部512相连通;所述沉降部512包括上端的返流挡部5121和位于所 述反流挡部5121下方的沉降腔5122。
[0049] 渔业养殖的水处理方法包括以下步骤： (1) 抽水加压:将渔业养殖池中的海水通过增压栗抽出并且增压，控制压力3_5Mpa; (2) 除氨氮:步骤(1)中加压的海水通过进水口进入生化除氨氮装置3; (3) 去杂质:将步骤(2)处理后的海水通入机械过滤器3进行初步过滤，所述机械过滤器 3在每次海水循环完毕后启动一次自动反洗，冲洗通量控制在100_120L/m 2·hr;反洗压力< 0 · 2MPa;反洗时间20-40秒； (4) 超滤分流：将步骤（3)得到的海水通入超滤装置5过滤，超滤装置5,采用孔径为 0.05-0. Ιμπι的滤膜，超滤后的海水分成两支，一支从污水出口回流到生化除氨氮装置3，另 一支从净水出口回到渔业养殖池。
[0050] 智能化渔业养殖在线测控系统具体实施方案如下： (1)硬件设计 1、 浮球式水质多参数检测仪 浮球式水质多参数检测仪完成对多个水质参数的检测，其上装有溶解氧传感器、pH传 感器、电导率传感器、温度传感器。各传感器参数见表1。
[0051 ]浮球式水质多参数检测仪具有CAN总线通信接口，可响应现场监控终端(PC机)通 过CAN总线发送的ModBus-RTU命令。
[0052]表1检测仪各传感器参数
2、 增氧机控制器 增氧机控制器可以手动或自动控制增氧机的开关。控制器内部主要有：220V断路器、 380V断路器、多个接触器、多个继电器、12V开关电源、控制电路板。
[0053] 增氧机的手动控制通过开关增氧机控制器面板上的开关实现。控制电路板具有 CAN总线通信接口和继电器控制电路。其主控芯片采用带有CAN控制器的STM32。CAN接口使 用带隔离收发器模块CTM8251AT。该模块内部集成了所有必需的CAN隔离及CAN收、发器件， 模块的主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平并且具有DC 2500V 的隔离功能。
[0054] 3、GSM网络通信模块 现场计算机获得的数据通过GSM网络以短信的方式发送给远程计算机或手机终端，GSM 网络在全国范围内实现了联网和漫游，网络性能强，用户无需另外组网；利用GSM短信息系 统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定。本系统采用北京东方讯公司的串口 短信数传模块EIC-CS12,该模块具有一个RS232串口；内置GSM模块;可以通过AT指令灵活设 置通信参数.实现RS23串口到短信通信的双向转换。
[0055] (2)监控软件设计 监控软件由上位机主程序和下位机监控程序构成，上位机主程序用C#开发，设计成人 机交互界面。软件使用ACCESS作为其数据库，上位机软件实现了实时数据的显示，数据的存 储，历史数据的保存与查询，以及GSM短信通信和对增氧机控制器的控制。
[0056] 下位机软件用C语言实现，对于浮球式水质多参数检测仪的软件由监控程序、数据 采集子程序、CAN通信子程序等构成。监控程序主要进行系统的初始化，调用子程序，实时采 集养殖池塘的现场水质参数，处理和保存采集的数据，供上位机查询。
[0057] (3)软测量实现方法 氨氮和亚硝酸氮是水产养殖的主要危害之一。但是这类关键参数需要通过化学比色反 应法进行分析，在线检测的成本很高。本项目采用PH、电导率作为辅助变量，采用基于动态 神经网络的多模型软测量方法实现辅助变量与NH3-N、亚硝氮之间的映射，进行在线软测 量。
[0058] (4)控制策略的研究 智能化控制策略研究包括:溶解氧控制策略，NH3-N应急控制策略，Ν02-Ν应急控制策 略;各个控制都采用阈值控制的方式，当所控制量超出所需范围时采取相应措施:溶解氧采 取打开和关闭增氧机的措施，NH3-N及N02-N采取对养殖系统加料补料的措施。
[0059] (5)现场实验 试验鱼池选在嘉兴市南湖区凤桥镇渔业养殖场，鱼池为l〇m X 10m的水池，深度为1.5m， 鱼池中养殖对虾。对养殖池中的水质参数进行数据检测和传输可靠性试验，验证智能化渔 业养殖在线水质测控系统的可行性及可靠性。
[0060] NH3-N、N〇2-N是养殖水体化合态氮的2种存在形式，对动物均有较大的毒性。大部分 氨氮和亚硝态氮是水体中有机态氮在微生物作用下反应为硝态氮的过程中产生的，同时产 生非离子氨，非离子氨的增加时会影响pH值和电导率，并且在微生物的作用下，溶解氧含量 会降低。因此，本系统通过对DO、pH值和电导率检测来实现NH 3-N、N02-N应急控制。当系统D0 快速降低、pH值增加同时电导率增加，并且变化超过设定阈值时，系统会发出预警，迫使管 理员介入，及时补充养料，来实现nh 3-n、n〇2-n应急的应急处理。nh3-n、n〇2-n应急控制的基 本原理框图见图5。
[0061] 以下为实验系统测试 1.1实验室测试 实验室测试旨在通过实验室测试，确定溶解氧、pH、电导率、温度精度和测量范围符合 项目要求。
[0062] 1.1.1实验仪器与试剂 实验室仪器：台式pH计(FE30K)、台式电导率仪FE30K、便携式溶氧仪(YSI550A)、实验室 温度计、恒温水浴锅(DKS-28 )等。
[0063]实验室试剂:氯化钾，分析纯、邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液（PH=4.00)、磷酸盐标 准缓冲液(pH=6.86)、硼砂标准缓冲液(PH=9.18)等。
[0064] 1.1.2实验方法 (1) 溶解氧： 取鱼塘水样品1份、鱼塘水样品（增氧处理)1份，分别用台式电导率仪、水质多参数监测 仪测定，确定该指标精度值。
[0065] (2)电导率： 取电导率标准溶液（15以8/〇11，5(^8/〇11，10(^8/〇11，353以8/〇11，706以8/〇11)各1份，分别用 台式电导率仪、水质多参数监测仪测定，确定该指标精度值。
[0066] (1)ρΗ 值： 取邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液（PH=4.00)、磷酸盐标准缓冲液(pH=6.86)、硼砂标准缓 冲液(PH=9.18)各1份，分别用台式pH计、水质多参数监测仪测定，确定该指标精度值。
[0067] (2)温度 取实验室纯净水，用恒温水浴锅加热至调温至约20，30，40° C时，分别用实验室精密温 度计和水质多参数监测仪同时测定温度，确定精密度。
[0068] 1.1.3实验结果 精度常使用三种方式来表征。1)最大误差占真实值的百分比，如测量误差3%;2)最大误 差，如测量精度± 〇. 〇2mm; 3)误差正态分布，如误差0%~10%占比例65%，误差10%~20%占比例 20%，误差20%~30%占10%，误差30%以上占5%。
[0069] (1)溶解氧 溶解氧的测定结果如表2。不同浓度溶解氧测定，最大误差为0.10mg/L，采用上述第二 种精度表示方式，溶解氧的测量精度为±〇. l〇mg/L。
[0070] 表2溶解氧的测定结果
(2) 电导率 电导率的测定结果如表3。在0_200ys/cm内，不同浓度电导率测定，最大误差为0.6ys/ cm，采用上述第一种精度表示方式，在0-200yS/cm内电导率的测量精度为0.3%FS。在200-2000ys/cm内，不同浓度电导率测定，最大误差为2ys/cm，采用上述第二种精度表示方式，在 200-2000ys/cm内电导率的测量精度为± 2ys/cm。在2-200ms/cm内，不同浓度电导率测定， 最大误差为〇. 02 ms/cm，采用上述第二种精度表示方式，在2-200mS/cm内电导率的测量精 度为 ± 0 · 02 ms/cm。
[0071] 表3电导率的测定结果
(3) pH 值： pH值的测定结果如表4。不同标准缓冲液的pH值测定，最大误差为0.12mg/L，采用上述 第二种精度表示方式，pH值的测量精度为±0.12mg/L。
[0072] 表4 pH值的测定结果
(4) 温度： 温度的测定结果如表5。加热到不同温度的实验室纯净水的水温测定，最大误差为0. 18°C，采用上述第二种精度表示方式，温度的测量精度为±0.18 °C。
[0073] 表5温度的测定结果
(5)其他： 1、用秒表记录系统单次样本分析时间(最长时间），约为8.0 min。
[0074] 2、系统电源:220AV，功率为1.8kW。
[0075] 3、浮筒放入150kg物品，仍然完好，表示浮筒至少可以承重150kg。
[0076] 1.1.4实验结论 通过实验证明智能化渔业养殖系统： (1)溶解氧(DO)测量范围：0~12mg/L，检测精度：±0.10mg/L。
[0077] (2)pH测量范围：0_14,检测精度：±0.12; (3) 电导率测量范围 0-200ys/cm / 200-2000ys/cm / 2-200ms/cm，检测精度:0.3%FS (20048/〇11量程），±248/〇11(200-100(^8/〇11)，±0.02 1118/〇11(2-2001118/〇11); (4) 温度测量范围：0-50°C，检测精度：±0.18°C ; (5) 用秒表记录系统单次样本分析时间(最长时间），约为8.0 min。
[0078] (6 )系统电源：220AV，功率为 1 · 8kW。
[0079] (7)浮筒放入150kg物品，仍然完好，表示浮筒至少可以承重150kg。
[0080]本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人 员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本 发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【主权项】
1. 一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于包括智能化渔业养殖在线测控系统，所 述智能化渔业养殖在线测控系统包括水质多参数检测仪、与所述水质多参数检测仪相连的 增氧机、控制所述增氧机运行的增氧机控制器、与所述增氧机控制器相连的GSM无线传输模 块和监控终端。2. 根据权利要求1所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述监控终端与 各水质检测仪、增氧机控制器形成CAN网络，监控终端与各水质检测仪、增氧机控制器之间 通过CAN总线搭ModBus-RTU协议实现数据的传输。3. 根据权利要求2所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述监控终端包 括现场PC机、远程PC机以及手机终端;远程PC机和用户手机通过GSM网络与现场PC机进行通 {目。4. 根据权利要求3所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述水质多参数 监测仪的硬件主要包括前端传感器、前置处理电路、模拟开关、A/D模数转换、STM32F107处 理器和CAN收发器;传感器将待测的非电物理量转换为电信号，前置处理电路对传感器的输 出原始信号做调理以便后续的A/D采样。5. 根据权利要求4所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述水质多参数 检测仪包括水质温度检测仪、pH传感器、溶解氧传感器和电导率传感器； 所述水质温度检测仪选用日本林电工生产的PT100; 所述pH传感器选用的是测量范围为0-14pH、工作温度0-90°C的苏州汉星公司的塑壳 二复合pH电极PC202; 所述溶解氧传感器选用苏州汉星公司的免维护溶解氧电极D0912B; 所述电导率传感器选用苏州汉星的四极式电导率传感器。6. 根据权利要求4所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述水质多参数 检测仪为浮球式水质多参数检测仪设计。7. 根据权利要求1所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述GSM无线传 输模块采用北京东方讯公司的串口短信数传模块EIC-CS12，串口短信数传模块EIC-CS12具 有一个RS232串口；内置GSM模块;通过AT指令灵活设置通信参数.实现RS23串口到短信通 信的双向转换。8. 根据权利要求1所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于还包括渔业养殖 的水处理系统，所述水处理系统包括依次连接的生化除氨氮装置(3)、机械过滤器(4)和超 滤装置（5);所述机械过滤器(4)包括:壳体(41)、壳体(41)上下两端的进口（411)和出口 (312);壳体(31)内部中间位置设置有过滤层(42)，过滤层(42)与壳体(41)上部空间形成上 水室(413)，过滤层(42)与壳体(41)下部空间形成下水室(414);过滤层(42)上方设置有上 排管路(43)，过滤层(42)下方设置有下排管路(44)，上排管路(43)与壳体(41)侧壁的反冲 出口（45)连通，下排管路(44)与壳体(41)侧壁的反冲进口（46)连通，所述上排管路(43)和 下排管路（44)为同心圆环形管路；所述上排管路（43)和下排管路（44)上设置有喷液口 (47)，所述喷液口（ 47)沿圆周均布。9. 根据权利要求8所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:所述喷液口（47) 包括喷液区（471)和回收区（472);喷液区（471)顶部收缩形成喷口（4711);回收区（472)包 括向外延展的接液口（4721)和回流通道(4722)，回流通道(4722)内设置有与其内壁铰接的 活动挡板(4723)、与回流通道(4722)垂直的固定挡板(4724)和支撑活动挡板(4723)的凸台 (4725)〇10.根据权利要求9所述的一种智能化渔业养殖在线系统，其特征在于:渔业养殖的水 处理方法包括以下步骤： (1)抽水加压:将渔业养殖池中的海水通过增压栗抽出并且增压，控制压力3-5Mpa; 除氨氮:步骤(1)中加压的海水通过进水口进入生化除氨氮装置(3); 去杂质：将步骤(2)处理后的海水通入机械过滤器(3)进行初步过滤，所述机械过滤器 (3)在每次海水循环完毕后启动一次自动反洗，冲洗通量控制在100-12017111241';反洗压力 仝0.2MPa;反洗时间20-40秒； (4)超滤分流:将步骤(3)得到的海水通入超滤装置(5)过滤，超滤装置(5)采用孔径为 0.05-0. Ιμπι的滤膜，超滤后的海水分成两支，一支从污水出口回流到生化除氨氮装置(3)， 另一支从净水出口回到渔业养殖池。
【文档编号】A01K63/04GK105865521SQ201610199787
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】诸寅, 蔡强, 蔡佳玲, 王誉树
【申请人】浙江清华长三角研究院