一種多功能水產(chǎn)養(yǎng)殖用無(wú)人船的研究與實(shí)現(xiàn)

王紅超 魏茂春

(廈門(mén)海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門(mén) 361000)

近幾十年來(lái)，世界水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛。目前養(yǎng)殖業(yè)者多為小戶養(yǎng)殖和經(jīng)驗(yàn)養(yǎng)殖，養(yǎng)殖設(shè)備比較落后。養(yǎng)殖環(huán)節(jié)的事項(xiàng)比較繁瑣，撐著小船或者坐著泡沫板拉著繩子喂料或?yàn)⑺?，已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖人每天的固定流程，但這費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且常受日曬雨淋。在實(shí)際養(yǎng)殖過(guò)程中盲目投放餌料，會(huì)造成餌料沉積、水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，既污染水體，又存在較高的養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。此外，實(shí)際養(yǎng)殖中還有人力成本高、水產(chǎn)疾病處理不科學(xué)、水產(chǎn)品質(zhì)量管理效果差等問(wèn)題。因此，我們根據(jù)漁農(nóng)的實(shí)際需求，趕上設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新的步伐，致力于水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)備的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與市場(chǎng)投放，幫助漁農(nóng)解決喂料施藥、水質(zhì)監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控等問(wèn)題。

一、研究現(xiàn)狀

目前在無(wú)人船研究方面，呂揚(yáng)民等(2019)做了水質(zhì)監(jiān)測(cè)無(wú)人船路徑規(guī)劃方法研究；何金(2019)研發(fā)了無(wú)人船，可以巡航、投餌、噴藥、檢測(cè)水質(zhì)和預(yù)警(圖1)。

圖1 水產(chǎn)養(yǎng)殖用無(wú)人船

在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，視頻監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、餌料投喂和施藥是一項(xiàng)非常重要的日常工作。由于水生生物的生活習(xí)性，決定了其在高密度養(yǎng)殖的情況下需要全塘均勻投料或施藥，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化。水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水凈化等涉水投料工作過(guò)程存在人身安全隱患、效率低下、人工成本高等諸多問(wèn)題。在一些規(guī)模不大的養(yǎng)殖場(chǎng)中，一般采用人工投料或施藥，投料時(shí)，人劃小船沿池塘邊環(huán)形移動(dòng)，再通過(guò)設(shè)在小船上的投餌機(jī)將餌料投向池塘邊的水中。但是該方法會(huì)比較麻煩和費(fèi)力，而且投料和施藥地點(diǎn)易隨劃船運(yùn)行變化而改變，影響投料和施藥效果。部分養(yǎng)殖戶開(kāi)始采用在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，但是往往只能監(jiān)測(cè)一個(gè)點(diǎn)，如果池塘比較大則不能監(jiān)測(cè)各處的水質(zhì)情況。

二、項(xiàng)目軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目研發(fā)的養(yǎng)殖專(zhuān)用無(wú)人船，可替代大部分人工勞動(dòng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，具備遙控巡航、視頻監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、餌料投喂和施藥等功能。其中遙控巡航功能由購(gòu)買(mǎi)的遙控器和接收機(jī)實(shí)現(xiàn)，遙控距離約500米。視頻監(jiān)控功能使用水下攝像頭實(shí)現(xiàn)，可以把水下拍攝的視頻畫(huà)面無(wú)線傳輸?shù)桨渡系谋O(jiān)視器上，方便養(yǎng)殖戶實(shí)時(shí)觀察水下魚(yú)的生長(zhǎng)情況。水質(zhì)監(jiān)測(cè)可以測(cè)量水的pH、水溫、溶氧等參數(shù)，傳感器測(cè)量得到的信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)控終端實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器上，測(cè)控終端如圖2所示，技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖2 遠(yuǎn)程測(cè)控終端

投餌料功能通過(guò)改造購(gòu)買(mǎi)的投餌機(jī)實(shí)現(xiàn)，將投餌機(jī)固定在船體上，將投餌機(jī)拆解，投餌機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用直流減速電機(jī)，直接采用直流驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)即可。驅(qū)動(dòng)電路及單片機(jī)控制電路如圖3 所示，單片機(jī)采集遙控接收板上兩個(gè)開(kāi)關(guān)的信號(hào)，一個(gè)用于控制投餌機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉，另一個(gè)用于控制施藥水泵的開(kāi)啟和關(guān)閉。投餌機(jī)和施藥水泵都是采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，故電路板上集成了一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。另外，電路板上集成了一個(gè)數(shù)碼管用于顯示控制信息，一個(gè)蜂鳴器模塊用于故障報(bào)警，還預(yù)留有一些端口可以擴(kuò)展新的功能。

表1 測(cè)控終端技術(shù)指標(biāo)

三、小結(jié)

本研究的主要內(nèi)容是研制一套水產(chǎn)養(yǎng)殖用無(wú)人船樣品，可以遙控控制，最遠(yuǎn)遙控距離約300米，研究的具體內(nèi)容和技術(shù)考核指標(biāo)如下。

圖3 單片機(jī)控制電路

1.實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。通過(guò)水產(chǎn)養(yǎng)殖專(zhuān)用攝像機(jī)將池塘各處的圖像傳輸?shù)桨渡系谋O(jiān)視器，可以讓養(yǎng)殖戶直觀地看到水質(zhì)、魚(yú)蝦活動(dòng)等情況。

2.實(shí)現(xiàn)投喂餌料功能。使用投餌裝置，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定量投放，有效降低餌料殘留，改善水質(zhì)和節(jié)省人力，進(jìn)一步降低養(yǎng)殖成本和養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。

3.投喂藥品。液體原藥水下自動(dòng)稀釋?zhuān)屆恳环剿M可能施藥均勻。

4.水質(zhì)檢測(cè)。測(cè)量水溫、溶氧、pH 等水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)常檢水質(zhì)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器上。