魚塘增氧機自動控制器的研究

鄒玉波 王彥良

遼陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧遼陽0 111004

摘要 本文針對魚塘增氧機的自動控制進行了經(jīng)濟性研究。魚塘增氧機的主要作用是通過對水的的攪動，排除水中有害氣體，增加水中的氧氣，但人工控制增氧機工作，如不及時不能達到效果，工作時間太長又會過多的無效耗能。本文研究的通過對水中有害氣體的檢測，實施對增氧電動機的自動控制裝置，既可做到及時供氧，又可以有效地減少電能的消耗。本控制器采用檢測-發(fā)射-接收-控制的基本思路，采用周期性發(fā)射控制，可以有效地節(jié)省發(fā)射電路的功耗。

關(guān)鍵詞 節(jié)能；甲烷；檢測；發(fā)射；接收；控制

中圖分類號O62 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0093-02

魚塘增氧機是確保水產(chǎn)品正常養(yǎng)殖的重要設(shè)備。在淡水養(yǎng)殖中，魚塘內(nèi)有時出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象，人們以往認為是魚塘水中含氧量的減小，因此，人們采用在水面下安裝葉輪螺旋式魚塘增氧機，讓濺起的水滴在空氣中運動將空氣中的氧帶回到水中，并以此提高水中的含氧量。在魚塘里增設(shè)這種增氧機確實避免了出現(xiàn)大面積死魚的現(xiàn)象，按照上述推想，增大帶動螺旋槳電動機功率，會有效提高水中的氧含量，但經(jīng)過試驗測試得知，采用3KW的電機，與采用1.5K的電機相比，對水中的含氧量并沒有明顯提高。那么，增設(shè)魚塘增氧機為什么能避免出現(xiàn)大面積死魚的現(xiàn)象呢？

與流動的活水養(yǎng)殖不同，淡水的魚塘養(yǎng)殖通常是死水養(yǎng)殖。為了提高養(yǎng)殖效益，人們通常取高養(yǎng)殖密度，這樣就要每天投入大量的魚食。根據(jù)養(yǎng)殖對象的不同，這些投入的魚食可能是動物性（如粉碎的雞腸）或植物性（如農(nóng)作物的顆粒）食料，這些食料經(jīng)魚消化最終變成糞便并不斷在魚塘底部聚積，與產(chǎn)生沼氣一樣，在一定的溫度、壓力下產(chǎn)生甲烷等有害氣體，特別在高濕度、悶熱環(huán)境下，產(chǎn)生這些有害氣的濃度會不斷增大，魚塘內(nèi)的魚會隨著有害氣體的上升出現(xiàn)浮頭、跳出水面的現(xiàn)象，嚴重時會出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象，給魚農(nóng)造成重大經(jīng)濟損失。因此，增氧機的作用主要是通過對水的攪動排除水中諸如甲烷等有害氣體，為魚提供正常的生存環(huán)境。

東北地區(qū)增氧機從每年從5月份開始一直可能工作到10月份，一般每天增氧電機連續(xù)工作8小時。鑒于上述分析結(jié)果，在避免大面積死魚的同等條件下，采用1.5kW的電機要比采用3kW的電機，要較小一半的費用，經(jīng)濟效益十分可觀。

在當今倡導(dǎo)節(jié)能、環(huán)保的大環(huán)境下，我們有必要依靠科技進步，將魚塘增氧機實現(xiàn)自動控制，進一步減小增氧機消耗的電能。

從魚塘內(nèi)產(chǎn)生出現(xiàn)大面積死魚現(xiàn)象的機理分析中可以得出這樣的結(jié)論：在不產(chǎn)生甲烷等有害氣體時，增氧的電機是沒有必要開啟的，否則要白白地浪費電能。為了使魚塘增氧機實現(xiàn)自動控制，我們有必要利用傳感器實現(xiàn)對魚塘水中甲烷氣體濃度進行測量，只要其濃度超過一定數(shù)值，就開啟電機；當濃度低于一定數(shù)值時，關(guān)閉電機。這樣我們就達到了節(jié)能、環(huán)保的目的。

對魚塘增氧機實現(xiàn)自動控制，要解決如下問題：

1水中甲烷氣體的采集與濃度測量

對甲烷氣體的濃度測量，通?？梢圆捎眉訜嵝?、非加熱型兩種傳感器?；趥鞲衅魇褂渺`敏度、環(huán)境、電路成本、壽命等因素，我們建議采用TP-1.1A非加熱型傳感器。一般農(nóng)家用甲烷氣度濃度為60%左右，而TP-1.1A傳感器可以對濃度超過0.03%的甲烷氣體具有很好的敏感性。

無論是采用那種類型傳感器，由于它們都是直接測量氣態(tài)的甲烷濃度，我們必須將水中的甲烷通過甲烷收集裝置收集氣體，實現(xiàn)在氣室內(nèi)測量，甲烷氣體收集裝置圖1所示。

從外觀上看，甲烷收集裝置呈傘狀，在傘內(nèi)根部有向上的通氣孔。將甲烷收集裝置傘面下端與救生圈固定在一起，并漂浮放置到水面上，一方面，對應(yīng)傘面面積下上浮的甲烷氣體，會沿著傘內(nèi)部的斜面經(jīng)通氣孔進入傘端上部的氣室，TP-1.1A傳感器就放置在這里；另一方面“水漲船高”，避免因下雨、對塘內(nèi)灌水等因素使水灌入氣室淹傳感器而影響正常工作。

下視局部圖軸向四分之一圓周剖視圖

2無線通訊與電源經(jīng)濟運行問題

甲烷收集裝置連同傳感器是要放置到水面上的，當傳感器檢測到甲烷氣體后，可通過無線發(fā)射電路將信號傳送到岸邊的陸地上，利用無線接收裝置實施對電機啟?？刂?。魚塘增氧機自動控制器的安裝示意如圖2所示。

無線通訊可以采用市場上銷售的現(xiàn)成收發(fā)模塊，一套收發(fā)模塊價格一般在20元左右，傳送距離一般在500m以內(nèi)。通常在一個魚塘內(nèi)可有多臺增氧機，而有些漁農(nóng)可能有幾個魚塘，從地域分布上，自家魚塘的附近可能還有其他漁農(nóng)的魚塘，如果收發(fā)頻率相同，勢必造成信號的干擾，影響控制效果。為解決這一問題，可利用收發(fā)模塊的編碼特性，通常收發(fā)模塊電路板上有8個可短路點，通過短路焊接相同位置可實現(xiàn)收發(fā)模塊編碼的一致。只有編碼相同的收、發(fā)模塊才能正常使用。從數(shù)量上看，2的8次方有256種編碼，為有效利用編碼，對一個魚塘可以采用一發(fā)多收方案，顯然這降低了系統(tǒng)的可靠性，因為一旦傳感器或發(fā)射電路有故障，這個魚塘內(nèi)的所有增氧機都會不工作，因此建議采用二發(fā)多收方案，雖然冗余，但可靠性較高。

傳感器以及無線發(fā)射電路的電源，可以采用太陽能電池作為電源，但成本較高，通?？梢允褂酶呻姵刈鳛殡娫?，成本較低，一般一個月要更換一次。為延長干電池工作時間，考慮到傳感器檢測工作的連續(xù)性，并且TP-1.1A傳感器為非加熱型，功耗相對加熱型要低，因此，只在無線發(fā)射電路上采用定時間歇式工作方式，由555振蕩器件實現(xiàn)的方波信號實施控制。當傳感器檢測到氣體信號后，只在方波高電平期間發(fā)射，而在方波低電平期間不發(fā)射，理論上講可以節(jié)約電池一半的能量。

圖3給出了采用TP-1.1A傳感器的檢測、發(fā)射控制電路原理圖。在由電源E、傳感器TP-1.1A、電阻R1的回路中，電阻R1兩端的電壓與被檢測氣體的濃度成正比；而比較器Q1、電阻R2-R6、三極管T1、電容C2實現(xiàn)快速結(jié)束因TP-1.1A長期存放所導(dǎo)致的固有不穩(wěn)定期。R7-R8分壓電阻決定了監(jiān)控點氣體濃度所對應(yīng)的電壓。電容C1、C2起濾波作用。比較器Q2、電阻R9-R12、三極管T2、繼電器J實現(xiàn)超過設(shè)定（濃度）電壓的發(fā)射電路電源的控制。二極管D1實現(xiàn)對三極管T2的保護作用。方波電壓經(jīng)D2引入后實現(xiàn)定時間歇式工作方式，當方波電壓處于低電平狀態(tài)時，如果Q2比較后的電壓為高電平（需要接通電動機電源），但由于D2的導(dǎo)通使三極管T2處于截止狀態(tài)，不能接通發(fā)射電路的電源，而在方波電壓處于高電平狀態(tài)時，由于D2反向接入，T2能否導(dǎo)通取決于比較后的Q2輸出電壓。因此，能否發(fā)射信號有兩個條件：一個是檢測的濃度對應(yīng)的電壓高于設(shè)定的電壓；另一個是只在方波電壓處于高電平狀態(tài)時。

我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，今后會出現(xiàn)一大批機電結(jié)合產(chǎn)品，在解決具體問題的過程中，促進社會經(jīng)濟的、低碳環(huán)保的、科學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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