一种基于无线传感网络的集鱼灯控制装置及方法与流程

本发明涉及光诱鱼钓技术领域，具体涉及一种基于无线传感网络的集鱼灯控制装置及方法。

背景技术：

为缓解近海渔业资源捕捞的紧张压力，有必要大力发展远洋捕捞渔业，提高远洋渔业装备和技术水平。集鱼灯是指渔船上用灯光在水下诱集鱼群的灯具，是光诱渔钓作业中最主要的助渔设备，其利用鱼群的趋光习性，在夜间用人工光源将鱼群诱集成高度密集的大群，以便于捕捞。传统集鱼灯主要光源为金卤灯，单灯功率在1000w以上，单艘渔船需安装数百盏，这样的捕鱼方式必然导致耗能巨大。当前led集鱼灯正在形成一种趋势，但控制方式还是采用传统方式，灯光系统能耗大且人工作业为主。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一方面提出一种基于无线传感网络的集鱼灯控制装置，包括多个集鱼灯、若干个无线传感子网和第一管理节点，所述无线传感子网包括汇聚节点、鱼群探测传感器、感光传感器和第二管理节点；

所述多个集鱼灯沿船体两侧设置，每个所述集鱼灯均连接有若干个所述汇聚节点；

所述汇聚节点能够响应于灯光模式切换指令打开或关闭所述集鱼灯；所述鱼群探测传感器用于采集船体周围的目标鱼群信息；所述感光传感器用于采集船体周围的光照强度信息；所述汇聚节点、所述鱼群探测传感器和所述感光传感器均与所述第二管理节点连接，每个所述第二管理节点均与所述第一管理节点连接；

所述第一管理节点能够根据所述目标鱼群信息和所述光照强度信息生成所述灯光模式切换指令。

进一步地，每个所述无线传感子网包括至少四个所述鱼群探测传感器和至少两个所述感光传感器；

所述鱼群探测传感器与所述感光传感器均设置在船体两侧的外壁上，所述鱼群探测传感器在船体吃水线下方呈多层分布；所述感光传感器在船体吃水线上方平行设置；所述鱼群探测传感器包括声呐。

进一步地，所述汇聚节点、所述第一管理节点和所述第二管理节点均包括网络芯片cc2538。

进一步地，所述第一管理节点与所述第二管理节点有线连接。

进一步地，所述目标鱼群信息包括目标鱼群构成、目标鱼群与船体的相对位置、目标鱼群与船体的相对距离、鱼群数量和鱼群密度；所述光照强度信息包括目标鱼群所在位置的光强度数据和目标鱼群与船体的相对距离。

进一步地，所述第一管理节点包括密度判断模块、照度判断模块和灯光模式切换模块；

所述密度判断模块用于根据所述目标鱼群信息判断目标鱼群密度是否达到可捕捞密度；

所述照度判断模块用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度时，判断所述光照强度信息是否达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；

所述灯光模式切换模块用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度且所述光照强度信息没有达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值时，基于所述光照强度信息生成所述灯光模式切换指令以使所述光照强度信息达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值。

进一步地，所述灯光模式切换模块还用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度且光照强度达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值时，按照捕捞模式生成所述灯光模式切换指令。

进一步地，所述捕捞模式包括船体单边捕捞和/或船体双边捕捞；灯光模式包括两侧全开模式、逐次熄灭模式、船体两侧全关模式、船体单侧全开模式和船体单侧部分打开模式中的若干个。

进一步地，所述第一管理节点还包括数量判断模块；

所述数量判断模块用于根据所述目标鱼群信息判断目标鱼群数量是否达到可捕捞数量，若目标鱼群数量达到可捕捞数量，则转向所述密度判断模块；

所述灯光模式切换模块还用于在所述目标鱼群数量达到可捕捞数量且所述目标鱼群密度没有达到可捕捞密度时，基于所述光照强度信息生成能够缩小目标鱼群活动范围的所述灯光模式切换指令。

本发明的另一方面提出一种集鱼灯控制方法，应用于权利要求1-9任一所述的基于无线传感网络的集鱼灯控制装置，包括：

采集船体附近的目标鱼群信息和光照强度信息；所述目标鱼群信息包括目标鱼群与船体的相对距离、相对位置、鱼群数量和鱼群密度；所述光照强度信息包括光强度数据和目标鱼群与船体的相对距离；

根据所述目标鱼群信息判断目标鱼群数量是否达到可捕捞数量；

在所述目标鱼群数量达到可捕捞数量时，判断所述目标鱼群密度是否达到可捕捞密度；

若所述目标鱼群密度没有达到可捕捞密度，则基于所述光照强度信息生成能够缩小目标鱼群活动范围的所述灯光模式切换指令；

若所述目标鱼群密度达到可捕捞密度，则判断所述光照强度信息是否达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；

若光照强度达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值，则按照捕捞模式生成所述灯光模式切换指令；

若所述光照强度信息没有达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值，则基于所述光照强度信息生成灯光模式切换指令以使所述光照强度信息达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；

响应于灯光模式切换指令打开或关闭所述集鱼灯。

实施本发明具有以下有益效果：

1本发明采用无线控制方式自动打开或关闭集鱼灯，与现有技术采用电缆连接的实施方式相比，功耗低，信息传输快，且大大节约安装成本、人工成本。

2、本发明的全部控制节点中只有第一管理节点和第二管理节点始终处于工作状态，降低了集鱼灯控制装置的整体功耗。

3、本发明中灯光模式是根据鱼群探测传感器采集的目标鱼群信息和感光传感器采集的光照强度信息计算得出的，通过控制灯光模式切换，能够有效控制亮灯数量。

4、本发明中集鱼灯的打开和关闭由与其连接的汇聚节点直接控制，每个集鱼灯连接有三个汇聚节点，增加了无线连接的可靠性，不至于因环境因素影响而失去控制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的集鱼灯控制装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的设置在船体两侧的集鱼灯示意图；

图3是本发明实施例提供的集鱼灯与汇聚节点的连接关系示意图；

图4是本发明实施例提供的第二管理节点与感光传感器、鱼群探测传感器的连接关系示意图；

图5是本发明实施例提供的鱼群探测传感器沿船体纵向排布示意图；

图6是本发明实施例提供的第一管理节点与第二管理节点的连接关系示意图；

图7是本发明实施例提供的集鱼灯控制装置的构成示意图；

图8是本发明实施例提供的cc2538芯片的顶视图；

图9是本发明实施例提供的cc2538基本接线图；

图10是本发明实施例提供的第一管理节点的结构框图；

图11是本发明实施例提供的集鱼灯控制方法的流程图。

其中，集鱼灯100，无线传感子网200、汇聚节点210、鱼群探测传感器220、感光传感器230、第二管理节点240，第一管理节点300、密度判断模块310、照度判断模块320、灯光模式切换模块330。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

实施例

图1是本发明实施例提供的集鱼灯控制装置的结构框图，为了便于说明，图中仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

请参照图1，本实施例提供的基于无线传感网络的集鱼灯控制装置，包括多个集鱼灯100、若干个无线传感子网200和第一管理节点300，无线传感子网200包括汇聚节点210、鱼群探测传感器220、感光传感器230和第二管理节点240；

图2是本发明实施例提供的设置在船体两侧的集鱼灯示意图，请参照图2，多个集鱼灯100沿船体两侧设置，集鱼灯100数量约为每侧50盏，可根据实际需要增减集鱼灯100的数量。

图3是本发明实施例提供的集鱼灯与汇聚节点的连接关系示意图，请参照图3，每个集鱼灯100均连接有若干个汇聚节点210；汇聚节点210能够响应于灯光模式切换指令打开或关闭集鱼灯100。

优选地，每个无线传感子网200包括至少四个鱼群探测传感器220和至少两个感光传感器230，鱼群探测传感器220用于采集船体周围的目标鱼群信息，感光传感器230用于采集船体周围的光照强度信息，鱼群探测传感器220与感光传感器230均设置在船体两侧的外壁上。

图4是本发明实施例提供的第二管理节点与感光传感器、鱼群探测传感器的连接关系示意图，请参照图4，第二管理节点240a连接有4个声呐、2个感光传感器230，第二管理节点240b连接有4个声呐、2个感光传感器230，第二管理节点240c连接有4个声呐、2个感光传感器230，也就是说，在该示例中，船体上一共布设有12个声呐(即船体两侧各布置6个声呐)；和6个感光传感器230(船体两侧各布置3个感光传感器230)。

图5是本发明实施例提供的鱼群探测传感器沿船体纵向排布示意图，请参照图5，鱼群探测传感器220在船体吃水线下方呈多层分布，每层大约2个。优选地，鱼群探测传感器220包括声呐。

感光传感器230在船体吃水线上方平行设置。汇聚节点210、鱼群探测传感器220和感光传感器230均与第二管理节点240连接，每个第二管理节点240均与第一管理节点300连接，第一管理节点300能够根据目标鱼群信息和光照强度信息生成灯光模式切换指令。优选地，第一管理节点300与第二管理节点240有线连接。

图6是本发明实施例提供的第一管理节点与第二管理节点的连接关系示意图，请参照图6，第二管理节点240a，b，c均连接到第一管理节点300d，第二管理节点240a，b，c将声呐采集到的目标鱼群信息以及感光传感器230采集到的光照强度信息发送给第一管理节点300d，由第一管理节点300d根据12个声呐数据(包括目标鱼群与船体的相对距离、相对位置、鱼群数量和鱼群密度)和6个感光数据(包括光强度数据和目标鱼群与船体的相对距离)，判断是否达到可捕捞密度，当未达到所需要的可捕捞密度，则不发送命令，当达到所需要的可捕捞密度后，则立即启动工作，并按照设置进行后续导引工作。

由于海上环境、船体环境等会对无线网络造成一定影响，采用过少的汇聚节点210(或过少的无线传感子网200)可能会使得网络暂时断网，造成控制失效，而采用更多汇聚节点210(或更多的无线传感子网200)能够在一定程度增加了命令传输的可靠性，但也可能存在一些新的问题，包括成本、安装、空间无线信号过多而可能存在的互相干扰等。

图7是本发明实施例提供的集鱼灯控制装置的构成示意图，请参照图7，在一个优选的实施例中，集鱼灯100控制装置包括三组无线传感子网200，每盏集鱼灯100同时与三个汇聚节点210连接，三个汇聚节点210分别归属于三组无线传感子网200。需要指出的是，无线传感子网200的数量也可以是两组或四组，本实施例不以此为限。

请继续参照图7，每个集鱼灯100连接三个汇聚节点210，三个汇聚节点210分别归属于三组无线传感子网a、b、c，无线传感子网200a、无线传感子网200b、无线传感子网200c三组各有一个第二管理节点240a、第二管理节点240b、第二管理节点240c。

图8是本发明实施例提供的cc2538芯片的顶视图，图9是本发明实施例提供的cc2538基本接线图，请参照图8和图9，具体地，汇聚节点210、第一管理节点300和第二管理节点240均包括网络芯片cc2538。

汇聚节点210的cc2538芯片与集鱼灯100的控制线直接连接，汇聚节点210与第二管理节点240无线连接；

第二管理节点240的cc2538芯片的io端口连接有4个声呐接线和2个感光传感器230接口，各无线传感子网200的第二管理节点240a，b，c时刻接收来自与之连接的传感器数据信息，并实时传送至第一管理节点300d，第一管理节点300通过预先设置的算法实时计算船只附近鱼群分布和密度，计算船只附近光强度；第二管理节点240的cc2538芯片与第一管理节点300的cc2538芯片直接相连。

图10是本发明实施例提供的第一管理节点的结构框图，请参照图10，本实施例提供的第一管理节点300包括密度判断模块310、照度判断模块320和灯光模式切换模块330。可以理解，上述各模块是指计算机程序或者程序段，用于执行某一项或多项特定的功能，此外，上述各模块的区分并不代表实际的程序代码也必须是分开的。各模块详述如下：

密度判断模块310用于根据目标鱼群信息判断目标鱼群密度是否达到可捕捞密度；

照度判断模块320用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度时，判断光照强度信息是否达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；

灯光模式切换模块330用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度且光照强度信息没有达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值时，基于光照强度信息生成灯光模式切换指令以使光照强度信息达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值。

具体地，灯光模式切换模块330还用于在目标鱼群密度达到可捕捞密度且光照强度达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值时，按照捕捞模式生成灯光模式切换指令，对灯光进行及时切换，并通知工作人员对渔网进行操作，从而实现捕捞作业。

具体地，捕捞模式包括船体单边捕捞和/或船体双边捕捞；船体捕捞一般为船体单边捕捞，即只有一边船体布放渔网，也有部分船体双边捕捞。

具体地，灯光模式按照设置在船体两侧的多个集鱼灯100的开关状态可划分为以下模式，包括：

灯光模式1：两侧全开模式，即所有灯全开；

灯光模式2：逐次熄灭模式，即按照流水灯形式将多个集鱼灯100一个一个熄灭，仅保留几盏灯照明；

灯光模式3：船体两侧全关模式，即所有灯全关；

灯光模式4：船体单侧全开模式，即只有船体半边灯全开，可分为船体左侧灯全开和船体右侧灯全开；

灯光模式5：船体单侧部分打开模式，即船体单边亮几盏集鱼灯100(跟模式二中不是一个控制方式)；

下面以单边捕捞为例，对船体运行到捕捞地点后的捕捞过程以及灯光模式切换过程进行说明：

1，初始化，并开启网络；

2，自动切换至灯光模式1；

3，灯光开启一段时间后(该时间可设定，也可以让程序自行设定，如1个小时)；

4，切换至灯光模式2；具体地，逐次熄灭时间有间隔要求，根据不同鱼群进行不同时间安排，有时候也根据船老大要求进行设定，一般时间间隔不超过30秒；可替代地，当逐次熄灭到半边灯全部关闭时，此时需切换到灯光模式4，等待一段时间后，再切换到灯光模式2，后面类似。

5，待灯光模式2稳定一段时间后，鱼群更集中；

6，捕捞作业；

7，切换至灯光模式3，完成本次操作。

实际操作过程中，捕捞人员可根据捕捞经验及实际需要对上述灯光模式进行切换，根据对切换时间的多种设置可组合生成多种控制方案。

具体地，第一管理节点300还包括数量判断模块；

数量判断模块用于根据目标鱼群信息判断目标鱼群数量是否达到可捕捞数量，若目标鱼群数量达到可捕捞数量，则转向密度判断模块310；

灯光模式切换模块330还用于在目标鱼群数量达到可捕捞数量且目标鱼群密度没有达到可捕捞密度时，基于光照强度信息生成能够缩小目标鱼群活动范围的灯光模式切换指令。

图11是本发明实施例提供的集鱼灯100控制方法的流程图，请参照图11，本实施例提供的集鱼灯100控制方法，应用于上述的基于无线传感网络的集鱼灯100控制装置，包括以下步骤：

步骤s1：采集船体附近的目标鱼群信息和光照强度信息；目标鱼群信息包括目标鱼群与船体的相对距离、相对位置、鱼群数量和鱼群密度；光照强度信息包括光强度数据和目标鱼群与船体的相对距离；

步骤s2：根据目标鱼群信息判断目标鱼群数量是否达到可捕捞数量；例如，可捕捞数量为10000尾，需要指出的是，可捕捞数量、可捕捞密度等根据经验以及实际需要进行设置，本实施例不以此为限。

步骤s3：在目标鱼群数量达到可捕捞数量时，判断目标鱼群密度是否达到可捕捞密度；

步骤s4：若目标鱼群密度没有达到可捕捞密度，则基于光照强度信息生成能够缩小目标鱼群活动范围的灯光模式切换指令；例如通过无线传感子网200可以发布关闭部分灯组的控制指令或者按照灯组模式2切换指令(详见上文)，从而实现对该鱼群的捕捞。

步骤s5：若目标鱼群密度达到可捕捞密度，则判断光照强度信息是否达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；

步骤s6：若光照强度达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值，则按照捕捞模式生成灯光模式切换指令；

步骤s7：若光照强度信息没有达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值，则基于光照强度信息生成灯光模式切换指令以使光照强度信息达到预设的目标鱼群在水中适宜光照区强度的阈值；具体地，当光强度过大或者过小，可以发布关闭/打开部分灯的控制指令。

步骤s8：响应于灯光模式切换指令打开或关闭集鱼灯。

需要补充的是，当开启工作后，鱼群密度、数量没有达到要求，第一管理节点300不发布任何其他命令。

具体地，灯光模式切换指令对于灯组节点而言主要是开关指令，各无线传感子网200的第二管理节点240a、第二管理节点240b、第二管理节点240c收到命令是一致的。按逻辑来说，假设以0为关，1为开；此时第一管理节点300需要给第二管理节点240a、第二管理节点240b、第二管理节点240c布置为发送命令“0”就可以实现对某个灯的关闭操作。

具体地，采用数组形式可以控制对于一组灯的关闭或者打开操作，例如0000000,00010010等。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

在上述实施例中，对各实施例的描述都各有侧重，某各实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogicalblock)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

应当指出的是，以上所述仅为本发明的几种具体实施方式，不能理解为对本发明保护范围的限制。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。