梭子蟹幼苗培养液监测装置及控制方法与流程

本发明涉及水产品养殖技术领域，尤其是涉及一种可为梭子蟹幼苗的健康成长提供可靠基础的梭子蟹幼苗培养液监测装置及控制方法。

背景技术：
三疣梭子蟹，学名Portunustrituberculatus，梭子蟹科Portunidae、十足目、梭子蟹属。分布于中国辽宁、河北、天津、山东、江苏、浙江、福建等海域。一般从南到北，3～5月和9～10月为生产旺季，渤海湾辽东半岛4～5月产量较多。三疣梭子蟹是中国重要的出口畅销品之一，主要输往日本，香港、澳门等国家和地区。梭子蟹生长迅速，养殖利润丰厚，已经成为中国沿海地区重要的养殖品种。养殖梭子蟹的养殖池的水质要求清新、高溶氧，当环境不适应或脱壳不遂时有自切步足现象。梭子蟹幼苗对水质要求较高，尤其要求体溶氧充足。在水体溶氧4毫克/升以上情况下，其活动正常，生长较快；当水体溶氧2毫克/升以下时，则出现呼吸困难。目前，还没有可以对梭子蟹幼苗的生长环境进行监测及控制的装置。中国专利授权公开号：CN201928764U，授权公开日2011年8月17日，公开了一种培养液循环利用装置，包括一带有供液管路的培养液池，还配有自动检测及控制装置，设有一组盛置培养液的母液罐，各母液罐的输出管路通入培养液池中，在各母液罐的输出管路上设有受控于自动检测及控制装置的微量泵；设有一个水处理装置，其入口外接自来水管路，其输出管路通入培养液池中；设有一个供氧装置，其输出管路通入培养液池中；在培养液池中置入一组传感器，该组传感器至少包括液位传感器、溶解氧传感器、PH传感器、EC传感器和温度传感器中的一种；所述的各传感器的输出端接自动检测及控制装置的输入端。该发明的不足之处是，功能不足，无法用于梭子蟹养殖中。

技术实现要素：
本发明的发明目的是为了克服现有技术中缺少可对梭子蟹幼苗的生长环境进行监测及控制的装置的不足，提供了一种可为梭子蟹幼苗的健康成长提供可靠基础的梭子蟹幼苗培养液监测装置及控制方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种梭子蟹幼苗培养液监测装置，包括控制端和设于培养池上方的m个第一终端和n个第二终端，n＜m；所述控制端包括主控制器、存储器、第一无线收发器、水深传感器、第一显示器、报警器、第一计算机、设于培养池的进水管上的第一电磁阀和设于培养池的出水管上的第二电磁阀；每个第一终端均包括终端控制器，第二无线收发器，第二显示器，第二计算机，伸入培养液中的溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器和浑浊度传感器；每个第二终端与第一终端相比，增加了增氧泵；主控制器分别与存储器、第一无线收发器、水深传感器、第一显示器、报警器、第一计算机、第一电磁阀和第二电磁阀电连接；第一终端和第二终端的终端控制器均分别与其对应的第二无线收发器、溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、浑浊度传感器、第二显示器和第二计算机电连接；第二终端的终端控制器均与其对应的增氧泵电连接；第一无线收发器分别与各个第二无线收发器无线连接。通常将控制端设于控制室中，当培养池中的每个终端的溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、浑浊度传感器中检测的数值不在标准范围内时，主控制器和各个终端控制器会进行数据处理并控制培养池监测装置进行相应的调整控制，从而使培养池中的溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、浑浊度传感器检测的参数值始终位于标准范围内，为梭子蟹幼苗的健康成长提供可靠基础。当参数值异常时，位于控制室的工作人员会通过第一显示器及时观察到报警信息，同时报警器会发出报警声音；位于各个终端的第二显示器也会显示报警信息；从而使工作人员及时获知培养池监测装置正在进行某个参数的自动调整，以及了解当前需要对哪个参数进行人工干预。因此，本发明具有可自动监测培养池中培养液参数的变化，对于某些参数异常及时进行自动调整，对于需人工干预的参数及时发出报警信息，使对培养液变化的反应更加快速、及时，从而保持培养液中各个参数的稳定性，为梭子蟹幼苗的健康成长提供可靠基础。作为优选，第一终端和第二终端均包括伸入培养液中的亚硝酸根离子传感器和氨氮传感器，氨氮传感器、亚硝酸根离子传感器与对应的终端控制器电连接。作为优选，所述第一终端和第二终端均包括防水壳体，控制端还包括状态指示灯。作为优选，主控制器和终端控制器均为CC2530单片机，各个传感器均通过放大电路与对应的终端控制器电连接。一种梭子蟹幼苗培养液监测装置的控制方法，包括如下步骤：(5-1)存储器中存储有浑浊度阈值L2，溶解氧、pH值、水温、浑浊度的标准范围；主控制器通过第一无线收发器发送浑浊度阈值L2和各个标准范围，各个终端的第二无线收发器接收浑浊度阈值L2和各个标准范围；各个传感器工作，分别检测各个参数值；各个终端的第二无线收发器以时间间隔T1依次发送由各个传感器的检测数值组成的数据包；(5-2)主控制器中设有培养池的早换水时间区间、晚换水时间区间和水深的标准范围，在早换水时间区间和晚换水时间区间内，主控制器分别根据水深传感器检测的水深参数值，控制第一电磁阀及第二电磁阀打开及关闭，从而使培养池中的水深位于标准范围内；(5-3)各个终端控制器读取pH值传感器检测的数值，将检测的数值与标准范围相比较；(5-3-1)若所有终端中的部分终端的pH值传感器检测的数值不在标准范围内，则与数值不在标准范围内的pH值传感器相对应的各个第二无线收发器发送pH值异常的信息；(5-3-2)主控制器读取所有pH值传感器检测的数值并计算均值W，若W位于标准范围内，则主控制器通过第一无线收发器发送开启增氧泵的命令；各个第二终端的增氧泵工作时间T；在增氧泵工作时间T内，主控制器读取每个浑浊度传感器检测的数值，并计算平均浑浊度；(5-3-2-1)当平均浑浊度≥L2，则各个第二终端的增氧泵停止工作，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的信息；(5-3-2-2)当平均浑浊度＜L2，转入步骤(5-3-3)；(5-3-3)时间T后，主控制器读取每个pH值传感器检测的数值，并计算均值W；若W在标准范围内，转入步骤(5-4)；若W不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的信息；(5-4)每个终端控制器读取溶解氧传感器检测的数值，将检测的数值与预设的溶解氧标准范围[L11，L22]相比较；若任一个终端e的溶解氧传感器检测的数值＜L11，则终端e的第二无线收发器发送异常信息；主控制器通过第一无线收发器发送增氧命令；各个第二终端的终端控制器控制增氧泵工作，增氧泵工作至溶解氧传感器检测的数值达到(1+eoc％)L11为止；在增氧泵为养殖池的培养液增氧过程中，需要保持平均浑浊度≤L2；当增氧过程中，平均浑浊度＞L2时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示溶解氧异常需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示溶解氧异常需要人工干预的信息；(5-5)主控制器读取每个水温传感器检测的数值，计算水温均值W1，若W1不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示水温异常，需要人工干预的信息；(5-6)终端控制器读取浑浊度传感器检测的数值，第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算浑浊度均值W11，将W11与L2进行比较；当W11＞L2时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示浑浊度异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示浑浊度异常，需要人工干预的信息；转入步骤(5-2)。pH值参数的调节需要非常谨慎，本发明在两次检测后pH值均异常后，才控制显示器及报警器报警，请求人工干预，从而有效避免了误调整对梭子蟹幼苗健康成长的影响。pH值过高可采用施放明矾和施放二氯化钙的方法：施放明矾(硫酸铝钾)时，浓度大约2-3kg/亩；施放二氯化钙，二氯化钙水解后，呈酸性，可降低PH值，且能提供钙离子。pH值过低可采用添加生石灰和施用藻类生长素的方法：添加生石灰，用量大约为20-25mg/L，用水溶化后泼洒，大约可提升ph值0.5；施用藻类生长素，培育浮游生物，消耗水体中过多的CO2。水温过低时，可采用地热加热及电加热方式提高培养池的温度，水温过高可采用对培养液进行遮盖的方法降温。当增氧过程中，平均浑浊度≥L2时，需要采用浮游生物来消耗养料，并产生氧气。在调节pH值过程中，平均浑浊度≥L2时，需要采用增加酸性或碱性物质改变培养液的pH值。酸性物质可采用浓度为0.045％至0.054％为的硝酸溶液，碱性物质可采用稀释过的NaOH容液。当浑浊度较高时，可采用向培养池中投入麦饭石、沸石、活性炭吸附悬浮物的方法降低浑浊度，水中的一种或多种物质在吸附剂表面或空隙中的附着，从而净化水质。作为优选，第一终端和第二终端均包括伸入培养液中的亚硝酸根离子传感器和氨氮传感器，氨氮传感器、亚硝酸根离子传感器与对应的终端控制器电连接；其特征是，还包括如下步骤：(6-1)终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算氨氮均值W3，将W3与预设的标准范围进行比较；当W3不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示池培养池D氨氮异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示氨氮异常，需要人工干预的信息；(6-2)终端控制器读取亚硝酸根离子传感器检测的数值，第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算光照均值W2，将W2与标准范围进行比较；当W2不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示光照异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示光照异常，需要人工干预的信息。氨氮过高时，可添加活水益生素200g或安进菌霸150g/亩；或泼洒沸石，一般每亩15～20kg。当光照太强时，可采用遮蔽方式抵御强光；当光照太弱时，可采用人工光照来增强光线强度。夜晚时分，则关闭灯光，以免影响生物生长。作为优选，还包括如下步骤：设定所述pH值传感器的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得培养池D的ti-d时刻至当前时刻ti的pH值传感器检测均值的曲线S(t)，ti-d为ti之前的时刻，二者相差时间d；存储器中预存有挥发及分解阈值SNRw；主控制器将S(t)输入预先存储在存储器中的随机共振模型中；其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，f0是信号频率，A为常数，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定；主控制器利用公式计算并得到与S(t)对应的输出信噪比SNR；当SNR≥SNRw时，将pH值传感器的标准范围改为[q1R1，q2R2]，其中，0.8＜q1＜1，1＜q2＜1.1。考虑到环境的变化对pH值的变化影响较大，本发明选择时间d内的pH值传感器检测值曲线S(t)，通过对S(t)的随机共振分析可以获得表征环境变换剧烈程度的输出信噪比SNR，将SNR与挥发及分解阈值SNRw，从而对pH值标准范围的上下限进行微调，从而给培养池的培养液的挥发及分解预留一定的宽域量。作为优选，pH值的标准范围为7.8-9；水温的标准范围为20℃-27℃。作为优选，水深的标准范围为40-60cm；早换水时间区间为[5：00，10：00]，晚换水时间区间为[18：00，22：00]。作为优选，L2为40cm-50cm。因此，本发明具有如下有益效果：可自动监测培养池中培养液参数的变化，对于某些参数异常及时进行自动调整，对于需人工干预的参数及时发出报警信息，使对培养液变化的反应更加快速、及时，从而保持培养液中各个参数的稳定性，为梭子蟹的健康成长提供可靠基础。附图说明图1是本发明的控制端的一种电路图；图2是本发明的第一终端的一种原理框图；图3是本发明的第二终端的一种原理框图；图4是本发明的实施例1的一种流程图。图中：控制端1、存储器2、主控制器3、第一无线收发器4、第一显示器5、报警器6、终端控制器7、第二无线收发器8、溶解氧传感器9、pH值传感器10、增氧泵11、水温传感器12、亚硝酸根离子传感器13、第二显示器14、第二计算机15、第二电磁阀16、第一电磁阀17、第一计算机18、氨氮传感器19、水深传感器20、浑浊度传感器21。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。实施例1培养池呈面积为20亩的长方形结构，池深要在5米以上。池底铺沙15厘米。如图1所示的实施例是一种梭子蟹幼苗培养液监测装置，包括控制端1和设于培养池上方的5个第一终端和3个第二终端；控制端包括主控制器3、存储器2、第一无线收发器4、水深传感器20、第一显示器5、报警器6、第一计算机18、设于培养池的进水管上的第一电磁阀17和设于培养池的出水管上的第二电磁阀16；主控制器分别与存储器、第一无线收发器、水深传感器、第一显示器、报警器、第一计算机、第一电磁阀和第二电磁阀电连接；如图2、图3所示，每个第一终端均包括终端控制器7，第二无线收发器8，第二显示器14，第二计算机15，伸入培养液中的溶解氧传感器9、pH值传感器10、水温传感器12和浑浊度传感器21；每个第二终端与第一终端相比，增加了增氧泵11；第一终端和第二终端的终端控制器均分别与其对应的第二无线收发器、溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、浑浊度传感器、第二显示器和第二计算机电连接；第二终端的终端控制器均与其对应的增氧泵电连接；第一无线收发器分别与各个第二无线收发器无线连接。第一终端和第二终端均包括亚硝酸根离子传感器13、氨氮传感器19，氨氮传感器、亚硝酸根离子传感器与对应的终端控制器电连接。第一终端和第二终端均包括防水壳体，控制端还包括状态指示灯。主控制器和终端控制器均为CC2530单片机，各个传感器均通过放大电路与对应的终端控制器电连接。如图4所示，一种梭子蟹幼苗培养液监测装置的控制方法，包括如下步骤：步骤100，标准范围设置及参数检测存储器中存储有浑浊度阈值L2，溶解氧、pH值、水温、浑浊度的标准范围；主控制器通过第一无线收发器发送浑浊度阈值L2和各个标准范围，各个终端的第二无线收发器接收浑浊度阈值L2和各个标准范围；各个传感器工作，分别检测各个参数值；各个终端的第二无线收发器以时间间隔T1依次发送由各个传感器的检测数值组成的数据包；步骤200，早晚自动控制主控制器中设有培养池的早换水时间区间、晚换水时间区间和水深的标准范围，在早换水时间区间和晚换水时间区间内，主控制器分别根据水深传感器检测的水深参数值，控制第一电磁阀及第二电磁阀打开及关闭，从而使培养池中的水深位于标准范围内；步骤300，对pH值异常的控制各个终端控制器读取pH值传感器检测的数值，将检测的数值与标准范围相比较；步骤310，若所有终端中的部分终端的pH值传感器检测的数值不在标准范围内，则与数值不在标准范围内的pH值传感器相对应的各个第二无线收发器发送pH值异常的信息；步骤320，主控制器读取所有pH值传感器检测的数值并计算均值W，若W位于标准范围内，则主控制器通过第一无线收发器发送开启增氧泵的命令；各个第二终端的增氧泵工作时间T；在增氧泵工作时间T内，主控制器读取每个浑浊度传感器检测的数值，并计算平均浑浊度；步骤321，当平均浑浊度≥L2，则各个第二终端的增氧泵停止工作，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的信息；步骤322，当平均浑浊度＜L2，转入步骤330；步骤330，时间T后，主控制器读取每个pH值传感器检测的数值，并计算均值W；若W在标准范围内，转入步骤400；若W不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的信息；步骤400，对溶解氧异常的控制每个终端控制器读取溶解氧传感器检测的数值，将检测的数值与预设的溶解氧标准范围[L11，L22]相比较；若任一个终端e的溶解氧传感器检测的数值＜L11，则终端e的第二无线收发器发送异常信息；主控制器通过第一无线收发器发送增氧命令；各个第二终端的终端控制器控制增氧泵工作，增氧泵工作至溶解氧传感器检测的数值达到(1+eoc％)L11为止；在增氧泵为养殖池的培养液增氧过程中，需要保持平均浑浊度≤L2；当增氧过程中，平均浑浊度＞L2时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示溶解氧异常需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示溶解氧异常需要人工干预的信息；步骤500，对水温异常的控制主控制器读取每个水温传感器检测的数值，计算水温均值W1，若W1不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的第二显示器均显示水温异常，需要人工干预的信息；步骤600，对浑浊度异常的控制终端控制器读取浑浊度传感器检测的数值，第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算浑浊度均值W11，将W11与L2进行比较；当W11＞L2时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示浑浊度异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示浑浊度异常，需要人工干预的信息；步骤700，对氨氮异常的控制每个终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，每个第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算氨氮均值W3，将W3与预设的氨氮报警阈值L3进行比较；当W3≥L3时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示氨氮异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示氨氮异常，需要人工干预的信息；步骤800，对亚硝酸根离子浓度异常的控制每个终端控制器读取亚硝酸根离子传感器检测的数值，每个第二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算亚硝酸根离子均值W4，将W4与预设的亚硝酸阈值H进行比较；当W4≥H时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示亚硝酸根离子浓度异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示亚硝酸根离子浓度异常，需要人工干预的信息；转入步骤200。实施例2实施例2包括实施例1中的所有结构和步骤部分，实施例1中还包括如下步骤：设定pH值传感器的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得ti-d时刻至当前时刻ti的pH值传感器检测均值的曲线S(t)，ti-d为ti之前的时刻，二者相差时间d；存储器中预存有挥发及分解阈值SNRw；主控制器将S(t)输入预先存储在存储器中的随机共振模型中；其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，f0是信号频率，A为常数，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定；主控制器利用公式计算并得到与S(t)对应的输出信噪比SNR；当SNR≥SNRw时，将pH值传感器的标准范围改为[q1R1，q2R2]，其中，0.8＜q1＜1，1＜q2＜1.1。实施例1和实施例2中，pH值的标准范围为7.8-9；水温的标准范围为20℃-27℃。水深的标准范围为40-60cm；早换水时间区间为[5：00，10：00]，晚换水时间区间为[18：00，22：00]。溶解氧的标准范围为4mg/L-8.5mg/L；L2为40cm。应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。