水产养殖自动化系统(共7篇)
水产养殖自动化系统 篇1
雷电是大气中超长距离放电过程, 是常见的自然现象。我国雷暴活动十分频繁, 造成的损失也十分严重。雷电造成的直接雷击灾害是击坏放电通路上的建筑物、输电线, 击死击伤人畜等;雷电感应灾害 (次生灾害) 主要破坏电子设备[1,2]。水产养殖场所的自动化系统绝大部分设置在野外、露天的农村地区, 环境恶劣, 且缺少规范齐全的防雷措施, 易受雷击影响。2002年广东番禺农机所养殖水质监测系统、2004年广东罗非鱼良种培育中心水质监控系统和2005年中山市农业局渔业现代化示范基地养殖水监控系统等都遭受到雷击灾害的侵入, 严重影响了系统的正常运行, 导致系统不同程度的损坏。
在水产养殖自动化系统中, 由于集成电路耐过电压过电流能力脆弱, 雷电直击和过电压波沿线路传输变为闪电的脉冲电磁场, 从空间对系统造成灾害。微电子器件易受到LEMP (雷电电磁脉冲) 的影响, 雷击危害的对象集中在微电子器件设备上, 造成设备的失控或损坏。所以, 雷电引发的脉冲电磁场, 对微电子器件设备的危害, 已成为水产养殖自动化系统损坏的主要原因之一。
1 雷电入侵途径
养殖水质在线自动化监控系统主要有供电线路、计算机中心、DCS控制柜、数据通信总线、传感器仪表、PLC、控制模块和数据通信模块、传感器网络等组成[3]。雷电入侵系统的主要途径如图1。电脑房的外部防雷设施①和 dCS分布柜④易受直接雷击的入侵, 电脑房和DCS的内部设备受雷电流的电磁感应影响。380 V电源线③、220 V电源线②和地埋通信总线⑤, 受雷击或受雷电电磁感应, 致使雷电波引入系统。雷电入侵水产养殖自动化系统主要有直接雷击侵袭、雷电波侵入、雷电电磁脉冲干扰、地电位反击等形式。
1.1 直接雷击对系统侵袭
直接雷击是在数微秒内万伏高压火花放电, 具有电压高、雷电流幅值大、电流波形陡度大等特点。在雷电流过的通道上, 致使人员伤亡、建筑物破坏以及设备毁坏等。由于养殖场处于农村地区, 地缘开阔, 特别在雷雨多发地区, 养殖自动化系统的电脑房楼房、架空和地埋线路、天线、DCS分布柜等, 很容易受到直接雷击的侵袭。
1.2 雷电波侵入系统
外接线路遭受直接雷击或发生感应雷, 雷电波就会沿着线路侵入自动化系统, 损坏电气设备、计算机系统和电子元器件。雷电波入侵系统存在3种方式:
(1) 直接雷击侵袭。直接雷击中架空线或埋地线缆 (380 V、220 V电源线、通信线等) , 高压雷电波以波的形式沿着导线引入系统, 对计算机房和DCS分布柜内的电气设备智能I/O模块、通信器件构成危害。雷击架空线路导线产生的直接雷过电压。在埋有电缆的地方, 沿线路落雷率要比其他地方落雷率高。
(2) 雷电电磁脉冲干扰。雷云对架空线产生静电感应。感应雷的高电压脉冲在各种导线中感应几千伏到几十千伏的高电压, 以波的形式沿着架空导线传播而引入系统内部。
(3) 地电位反击。防雷系统遭受直接雷击时, 接地电阻两端产生的过电压通过接地线, 或其它自然接闪物、电缆屏蔽管等引入系统, 造成设备的损坏。在养殖自动化系统中, 地电位反击存在2种可能:一是雷电流通过引雷线流入大地时, 由于接地电阻的存在, 产生较大的压降, 使地电位抬高, 反向击穿设备;二是系统中DCS的“地”之间, 由于没有离开足够的安全距离, 其中一个“地”接受了雷电流, 产生高电位, 则向没有接受雷击的“地”产生反击, 使得该接地系统上带有危险的电压。
1.3 雷电电磁脉冲对系统干扰
雷电电磁脉冲 (Lightning Electromagnetic Pulse, LEMP) 是雷击时产生的闪电流及其电磁场。LEMP感应主要破坏电子设备。雷电流波及其反射分量, 超过微电子器件的负荷能力。反射分量的幅值尽管没有雷电流波大, 但其破坏力大大超过微电子器件的负荷能力, 尤其是它与冲击波叠加, 形成驻波的情况下, 便成为一种强大的破坏力。水产养殖自动化系统电子设备的集成电路非常灵敏, 耐电压很低, 承受不了±5 V的电压波动。当LEMP强度超过0.07高斯时, 就会引起微机的误动作。LEMP强度2.4高斯时, 就会造成微机的永久性损坏。
2 防雷保护措施
通过分析雷电入侵系统的主要途径, 根据现代防雷技术已从建筑物为重点保护对象发展到以电子信息系统为核心保护的理念, 把水产养殖自动化系统分为计算机房、DCS、信号布线、系统接地等几部分, 分别采取综合治理、整体防御、分级泄流、层层设防的方法进行防雷保护。
2.1 控制房防雷保护
控制房受到感应雷和雷电波的侵入危害, 主要是通过与设备连接的电源线、数据线、信号线、信号线的耦合或静电感应的形式入侵设备造成的。控制房所在的房屋的防雷措施以GB 50057—1994《建筑物防雷设计规划》中第三类防雷建筑的防雷措施进行设计, 即要有常规的接闪器、引下线、接地装置等。通常该设计和施工由建筑部门承担完成。对电源系统实行三级分级保护, 将通过外线入侵的雷电压降到设备能承受的水平[4,5]。表1为配置方法。
对于信息系统, 则分为粗保护和细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别, 而细保护则要根据电子设备的敏感度来进行选择。
2.2 DCS设备防雷保护
因为DCS设备野外分散布置, 所以雷电对其影响主要来自直接雷击、沿线 (电源线、信号线) 雷电波入侵。通常DCS柜外型不会很高, 只要求外壳有安全接地措施。如DCS柜设在四周空旷、雷击频繁地区, 有必要在附近设锥形避雷针进行保护。防雷设计时, 避雷针距DCS柜不可太近, 至少保持4 m距离。同时, 按滚球法设计避雷针的高度。
对沿线雷电波入侵, DCS柜可采用二级防护措施。电源380 VAC进线处设三相四线电源避雷器作一级防雷保护。380 VAC/220 VAC电源隔离变压器作为二级保护。输出电源供控制回路和开关电源。信号线入口处用信号防雷器防止雷电波的入侵。同时, 对信号线的屏蔽层做好接地连接, 选用对外接线路具有隔离电压功能的通信、I/O和智能模块。
2.3 数据线防雷保护
水产养殖自动化系统应用的通信协议是RS485、CAN-bus等, 组网时在沿电缆沟或地埋敷设屏蔽双绞传输线。另外, 网络拓扑采用终端匹配的总线型结构。由于总线线路长, 且计算机通信网络的防过电压、浪涌是个脆弱的电子信息系统, 因此, 对现场总线系统的雷击防护, 采取保护、接地、均压等措施, 构成一个完整的防护体系。信号线所有端口, 装设浪涌过电压保护装置, 将入侵的冲击过电压篏制在耐压允许的水平。
总线线路合理防护的基础是正确选用浪涌保护器。应根据数据总线的工作电压、传输频率、特性阻抗、接口类型选用相应的产品[6]。信号防雷器要选择低阻抗、高频宽、低残压防雷保护器。有时, 也可选用压敏电阻、气体放电管、瞬变抑制二极管等组成信号的防雷放电回路, 实现对接口的整体防雷击和过压保护。对现场总线的同一部位的不同线缆外皮、设备外壳、金属构架、管道做好电气搭接, 以均衡电位。同时将所有金属构架、管道、电缆屏蔽层等与总接地网连接。
2.4 系统接地
由于水产养殖自动化系统分布区域大、设备分散, 系统接地连接成地网是不现实的, 所以, 接地设施主要分散在机房和DCS柜处。机房处接地应利用建筑原有的地网连接, 否则应该按有关规范来施工, 要满足防雷、防干扰 (仪器) 、逻辑 (计算机系统) 接地功能。机房的接地把防雷接地、保护接地、工作接地连接成地网, 成为等电位[7,8]。防干扰接地单独设置与地网隔离, 其间设低压避雷器或火花隙。对计算机网络, 平时不会产生干扰。当闪电击中避雷装置入地时, 两者有瞬间接通, 短时间内成为等电位, 避免反击。DCS柜处局部接地由现场施工完成, 一般有3~5根垂直地极组成, 接地体接地工频电阻不得大于4.0 Ω。特别注意, 要严格按规范施工, 因为接地电阻过大引起的反击电位升高会损坏系统的电子设备。
3 防雷保护存在的主要问题及应对措施
(1) 目前, 水产行业没有相关的防雷的标准和规范。水产养殖自动化系统的防雷保护, 基本上是参照建筑、电力等相关标准进行防雷保护的设计, 施工。
我国养殖水面辽阔, 水产养殖数字化发展趋势加快。水产自动化受到的雷击影响不同于建筑、供电、电子信息等行业。养殖场地处农村, 水域面积广阔, 养殖自动化设施及设备具有地处野外、分散布置、防护条件恶劣等特点。
为此, 近期水产养殖自动化的防雷保护可参照《建筑物防雷设计规范》 (GB 50057—1994) 、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 (GB 50343—2002) 等国家标准进行防雷设计。同时, 也呼吁有关单位或部门应尽早制定我国水产养殖业的“水产养殖自动化防雷技术规范”行业标准, 用相应的标准来要求和规范水产养殖行业的防雷保护的执行和实施。
(2) 适用于水产养殖行业的系列防雷产品不多。目前, 用于电力、信息通信、金融银行等行业的系列防雷产品, 性能和质量都比较好, 但价格偏高。在水产养殖自动化工程中, 使用这类防雷产品, 会给原本已显得昂贵的水产养殖自动化系统增加了额外的成本压力。
希望有关院所, 针对水产业的特点, 研制和开发用于水产养殖行业的低价位、高性能、安全适用的系列防雷产品, 以满足水产养殖行业的需求。
(3) 在现场的施工过程中, 防雷措施、安全接地等常出现施工粗糙, 不达设计要求的现象。由于池塘养殖场地分布区域面积大, DCS设备分散, 如果对局部接地进行简单施工, 造成接地电阻不符合设计和施工要求, 就会增加系统的雷击受损概率, 容易产生地电位反击, 导致整个监控系统的设备损坏。
针对此类现象, 一方面要提高相关人员对系统的安全性认识。同时, 在水质监控系统设计时, 要统筹考虑系统的防雷设计, 并按相关规范来确保施工质量。对防雷装置建立正常的管理、维护和周期性的检查、测试和维修, 以确保其安全性能。接地装置施工后, 应有隐蔽工程竣工图纸和验收、试验以及测量接地电阻的记录。按设计图纸和施工规范要求检查接地线的导线规格, 以及验收导体、连接工艺等。同时, 建立防雷装置的巡视检查制度。
水产养殖自动化系统的防雷及过压保护是一个系统工程, 要运用分流、均压、屏蔽、接地、保护等各种技术, 构成一个完整的防护体系, 才能取得明显效果。
摘要:雷电引发脉冲电磁场对微电子器件设备造成侵害已成为水产养殖自动化系统损坏的主要原因之一。经对系统的现场实际情况和雷电入侵途径分析, 提出了直击雷、雷电感应和雷电波的防护措施。对控制房和DCS柜采用避雷针、独立针的直接雷防护;系统电源分别采用箱式电源避雷器、电源避雷器、模块式电源避雷器作为三级电源保护, 减少LEMP雷电电磁脉冲辐射;计算机网络与等电位地网间设置低压避雷器或火花隙, 防止信号干扰和避免地电压反击;根据传输速率、工作电平、特性阻抗等, 选择通信线路的信号防雷保护器的参数和型号。
关键词:水产养殖自动化系统,防雷保护,雷电电磁脉冲辐射,SPD浪涌保护
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水产养殖自动化系统 篇2
我国是世界上唯一一个养殖产量超过捕捞产量的国家,也就决定了在今后很长的一段时间里我国渔业将以水产养殖为主。我国主要淡水养殖方式中,池塘养殖产量占淡水养殖的70.3%,面积占淡水养殖的42. 9% 。但是,目前池塘养殖自动化程度不高。20世纪80年代开始有池塘各种自动投饲机相应问世,90% 以上是投放固体颗粒型饲料,投饲抛撒半径1. 5~ 5m[1]。投饲机应用的主要方式是定点投饲,受投饲半径以及投饲均匀性并不理想等因素的限制,投饲机在池塘养殖中的实际配备量并不高,投饲环节仍以人工投饲为主。抛撒均匀度一直是评价投饲效果的重要指标[2],投饲不均匀将造成饲料浪费、污染水体等一系列问题。因此,均匀投饲成为了一个亟待解决的问题。
本文根据池塘养殖的特点,设计了自动导航船,根据大量的实验分析,确定了设计参数与结构。经过测试验证,其自动导航精度符合要求,可用于搭载池塘投饲机、池塘增氧机等,以实现池塘均匀投饲与均匀增氧。
1 超声波 /电子罗盘组合导航原理
1. 1 系统硬件结构
导航系统硬件主要由超声波水下测距仪、航向测量模块DCM260B、超声波测 距传感器、基 于STC12C5A60S2架构机构及电源等部分组成,如图1所示。由于超声波在水中传播速度是空气中的3倍多,相对衰减速率慢,因此使用ZMY - 100超声波水下测距仪来测量船侧与岸边距离。该测距仪量程达到0.5 ~100m,最大测量误差±0.2%,采样频率15Hz,数据由RS232串口输出。航向测量模块DCM206B自带硬铁校正和软铁校正模块,航向精度±0.8°,采样速率1Hz,采用RS232串口输出。由于超声波水下测距仪量程大,测距探头比较大、安装不方便,而且价格高。因此,根据船头测距的实际需要,选用低成本的超声测距传感器可以达到测距要求。这款传感器是空气使用的,换能器是陶瓷材质,量程0. 01 ~ 10m,精度±0. 03mm,测量频率500Hz,输出接口为TTL串口。
1. 2 设定路径下系统工作原理
本文采用了“相对位置、姿态角检测部分 + 单片机控制部分 +转向机构控制部分”三级结构来构建整个自动导航系统。该系统中参考船与池塘岸边的距离确定船在池塘中的位置,电子罗盘检测船的姿态角,单片机根据船的相对位置和航向角发送控制指令,转向机构控制部分执行单片机发送的指令,使船以设定路径行驶,如图2所示。超声波水下测距仪测距探头水平安装在船的左侧,指向与船头指向呈90°,并且保证行驶中探头始终在吃水线以下。工作过程中,超声波水下测距仪测量与参考岸的距离,系统根据该距离确定自身相对位置,从而进行航向调整。超声波测距传感器安装在船头并且与船头指向相同,当船头距离目标岸边距离达到设定距离,单片机运行对应程序,转向机构执行U形转弯指令。U形路径采用定时、定舵偏转角度方式实现,具体偏转角度和保持时间根据实验测得。若给定舵偏转角度为25.80°,维持时间为18. 71s后回正舵向。U型转弯的转弯半径为5m,该半径根据投饲机投饲半径确定。
图2 路径规划Fig. 2 The Path plan
2 纠偏算法及纠偏程序设计
2. 1 偏差情况分析
直线路径规划以池塘岸作为参考,如图3所示。
图3 偏差可能出现的所有情况Fig. 3 The possibilities of deviation
图3中,点画线即为导航船参看岸边距离d拟行驶的直线路径。船与岸边距离有偏差时需要进行判断并做出相应调整,可能出现偏差的情况有6种,如图3所示。图3中,箭头指向代表船头指向,箭头位置代表船的位置。其中,1、3所代表的航向与的位置组合的情况下,船正在向标准直线逼近,不需要进行调整;2、4代表的航向与位置的组合的情况下,船正在远离标准直线路径,需要进行相应调整;5、6代表的情况仍存在位置偏差,应该根据偏差大小进行调整。
2. 2 纠偏算法
PI算法是本文路径纠偏的理论基础。PI算法公式[3]为
其中,e(t)表示输入;u(t)表示输出;Kp是比例系数;Ki是积分系数;t是积分时间。
本文中采用位置偏差|ε(t) |作为PI输入,输出n(t)。n(t)作为步进电机执行的脉冲个数,执行机构执行该操作指令实现舵角偏转,从而改变或保持当前航向。其中,α(t)表示航向偏差,并且规定航向左偏(图3中2、3箭头指向),则α( t) < 0;右偏( 图3中1、4箭头指向)则α(t) >0。规定位置在左侧的偏差(图3中1、2位置所示),则ε( t) < 0;位置在右侧的偏差( 图3中3、4位置所示),则ε(t) >0。首先判断偏差ε(t)是否在允许偏差范围( ±0.03)内,如果在该范围内,就不做调节。否则,进行下一步判断:当ε(t)·α(t)≥0时,船在水中的位置和航向就是图3中对应2、4、5、6中的一种,此时需要做相应调整;再根据位置偏差ε(t)> 0,则调整航向至左偏,ε(t) < 0,则调整航向至右偏。纠偏程序设计流程如图4所示。
以偏差距离作为PI的输入、航向调整作为输出的工作模式,在系统纠偏前期,出现位置偏差较小,航向偏差较大的情况下,可能不能通过一次调节将航向调节到理想状态;根据调整后的偏差距离和船头指向实时判断是否已经纠正了当前的航向,即判断ε(t)·α(t)的正负;如果还没有纠正,再次进行调节,直到偏差得到纠正。
3 试验研究
3. 1 试验设备
本文试验平台为自己搭建的试验船,长3m,宽1. 06m。试验平台总质量203. 5kg,采用电动舵桨驱动,在船尾部中心处安装,水面行驶速度保持在0 . 5 ~ 0. 7m / s,可认为做匀速运动。
3. 2 试验内容及步骤
本文进行的试验为:直线路径纠偏效果测试试验。试验步骤如下:
1) 电子罗盘校准,测量出参考岸方向,并输入到单片机中;检测各个传感器,确保系统运转正常。
2) 拉直百米绳与参考岸方向平行,试验场地如图5所示。百米绳上每1m处有一标记,在船上测量船侧距离百米绳上标记点的距离,测量方向与船舷垂直,用来记录船每行驶1m的横向偏差。
图5 纠偏验证试验Fig. 5 Deviation rectification verifying experiment
3. 3 试验分析
测试结果如图6所示。
图6 偏差测试结果Fig. 6 The data sheet of deviation
随着纵向行驶距离变化,基于超声波测距和电子罗盘组合的自动导航系统存在一定的超调和震荡,震荡收敛在标准路径的±0. 2m的区间内。其稳态时最大偏差为0. 2m,说明该自动导航系统精度达到了亚米级精度。考虑到水底的环境复杂、参考岸的不平整和自动导航技术在池塘养殖领域相关的研究还没有普及等因素,该导航精度可以接受。
分析产生超调的原因:船刚刚启动,前期速度较慢,系统对位置的修正比较缓慢,对航向过度调节;随着速度增加至匀速,航向的过调使位置偏差变大。系统进入稳态运行后,产生振荡的原因同风速的扰动和水下测距环境有关,而测距传感器本身的精度也对该结果有一定影响。
4 结论
1) 通过对池塘养殖特点的分析,设计开发了自动导航系统。该系统导航自动精度达到了亚米级,符合投饲、增氧的要求。
2) 农业自动导航中普遍使用基于D - GPS导航的方式,开发成本高[4,5]。本文采用航位导航的方式,开发成本低,具有良好的经济预期。
摘要:设计了一种基于超声波测距仪和电子罗盘组合的池塘养殖船自动导航系统,对系统的传感器组合导航方式进行了介绍,分析了系统的硬件结构,制定了基于PI算法的直线路径纠偏的算法,将自动导航技术应用在池塘养殖领域。在构建的平台上进行了测试实验,结果表明:基于PI算法、传感器组合导航算法的自动导航系统能够有效地纠正偏差,自动导航的总体精度控制在合理范围内。
关键词:自动导航,池塘养殖,超声波测距,信息融合,纠偏
参考文献
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水产养殖环境因子监控系统 篇3
关键词:水产养殖,实时监控,专家系统,单片机
水质直接影响到养殖对象的生长发育,从而关系到产量和经济效益。在倡导健康养殖观念,推行无公害水产养殖生产的今天,对养殖水质管理有更高的要求[1]。对养殖水体各参数的连续实时自动监控,不但可以对环境因子进行自动控制,使水产养殖管理达到一个新水平。还可以为生产人员提供准确的实验数据,有利于优化养殖工艺、降低养殖成本、提高养殖效益[2]。因此,实现一种水产养殖环境监控系统是十分有意义的。
本系统以通用计算机为上位机,可以单独工作的单片机系统为下位机,对养殖环境的温度、pH值、溶氧量等环境因子进行自动检测和控制,为水产品提供适宜的环境,实行自动投饵、科学养殖等功能,达到低成本,安全、优质、高产的目的。
1 系统硬件
该监控系统以PC为上位机,以Atmel公司的AT89S51单片机为核心的系统为下位机,采用北京捷麦通信器材有限公司的F21DM数据传输模块实现数据的无线传输。其硬件结构,如图1所示。
下位机对所监控的养殖环境的环境因子进行监测与监控,即:将传感器采集的信息转换为数字信号,并加以存储,与设定值比较,给出相应的控制输出,同时经F21DM数据传输模块将数据传送到上位机。PC完成系统参数和控制参数的设定、数据处理、分析、显示等。
1.1 下位机硬件设计
下位机可以单独工作,完成对环境因子的测量、数据处理、显示、声光报警,以及控制输出等,构成一个闭环的测控系统。结构如图2所示。
(1)AT89S51单片机。
是Atmel公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,其特点,片内含4 kB可系统编程的Flash只读程序存储器,128 bit内部RAM;片内集成了看门狗电路,可以有效防止“飞程序”;支持两种软件可选的节电工作模式。
(2)传感器。
为了达到水产养殖环境监控在精度、响应时间、稳定性、重复性的要求,本着经济实用的原则,本系统采用:
1)PH值的监测采用GPP011型简易酸度计。浸入式探头,型号为GPE02P,测量精度为±0.01 pH,输出电压为0~5 V,功耗约为2.5 W;
2)溶解氧的监测采用RY952型溶氧传感器。测量精度为0.01 mg/L,测量范围为0~20 mg/L,空气中输出电压为15~20 mV,响应时间<20 s;
3)温度的监测采用AD590温度传感器[2]。供电电压为+15 V。高阻电流源(-50~100 ℃范围内)以1 μA/℃反应温度变化;
4)氨氮的监测采用WK-1便携式水中氨氮检测仪,输出电压-2~+2 V。
(3)程序的录入。
AT89S51的P1.5~P1.7口具有用于ISP编程的第二功能,为了方便用户单独使用下位机完成监控,因此在下位机中加入程序录入模块,采用74HC373芯片连接并行口和单片机的MOSI,MISO,SCK端口。用源码公开的Easy 51Pro即可完成烧写。
1.2 无线通信模块
由于有线通信在生产实践中存在诸如布线复杂、维护困难、下位机监控端不能灵活部署等问题,所以本系统采用无线通信模块进行数据传输。F21DM采用透明式数据传输,用户无需改变原有通信程序及连接方法,传输距离为10 km,该模块具有TTL,RS232,RS485多种电平接口。本系统采用问答式,数据的收发时间均是错开的,所以该模块通信的半双工问题可以不考虑。因此在注意到通信延时的前提下,上位机与多个下位机的连接为总线连接[4]。
2 系统软件
本系统软件包括上位机软件和下位机软件。由于目前我国农业生产大都仍停留在依靠人工经验判断的水平[5],随着市场需求的变化,养殖品种和养殖方式也发生变化。所以上位机软件采用VC++6.0和SQL Server 2000完成,主要功能是:建立水产养殖的专家系统,系统根据下位机传送的数据进行分析提出专家意见,输出控制信号;将下位机各测试通道的上下限传递给下位机;将下位机上传的数据存入数据库;对数据进行数据整理、分析、以及曲线的显示等。下位机软件采用C语言编写,并烧录在程序存储器中。主要功能是:读入各传感器的测量值,并与相应的上下限值进行比较,根据控制算法对各输出设备进行开启和关闭;并将数据进行存储、显示、上传。
2.1 上位机软件
(1)水产养殖专家系统。
本专家系统具有预测功能、指导功能、管理功能,主要根据水产养殖种类、水面、环境等情况,提供不同种类水产在不同养殖模式时的专家支持以及各个时期的管理决策。其内容结构如图3所示。
1)水产基本信息:
用户在此可以查看该系统包含的水产品的品种以及水产品的养殖方式,还介绍了有关水产的生活习性、繁殖方式等。
2)养前管理:
主要包括养殖地点的整修、消毒,产量的预测和饵料成本的预算,以及鱼苗的筛选及放养时间。根据用户提供的养殖品种、种苗规格、养殖密度、养殖地点、养殖面积等计算出产量。并提出不同阶段的饵料投喂量。这些是指在正常人力、物力投入,正常天气,无病害情况下的产出和投入。
3)生长期管理:
包括养殖品种所需的水质条件,饵料的投喂情况。专家系统会对下位机上传的测量数据进行分析比较,得出相应的处理方案,并向下位机发出信息,控制执行机构的工作。
4)收获期管理:
根据养殖品种提供捕捞、运输及暂养的措施。并提出注意事项,以提高成活率,避免不必要的经济损失。
5)越冬管理:
根据养殖品种的不同,提供越冬养殖应采取的措施。
(2)本着方便用户的原则,采用人机交互界面。
系统软件结构如图4所示,实时监控模块用来显示从下位机传来的环境温度、pH值、溶氧量等,并可以存盘;数据图形模块是用来显示各环境因子的变化曲线;控制参数设定模块用来完成向指定的下位机传送控制参数。
2.2 下位机软件
主要包括:数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、数据存储模块、实时控制模块、数据通讯模块等。其主程序流程如图5所示。
2.3 上下位机的通讯
因为F21DM支持串口连接,所以上位机和下位机采用串口与F21DM连接,通信步骤为:串口的初始化,呼叫和发送。
2.4 历史数据的查询与显示窗口
历史数据的查询与显示窗口如图6所示。
3 结束语
本系统通过对水产养殖环境因子进行远距离实时监控,可以实现:(1)节省能源。通过对溶氧量的监控可以减少增氧机开启时间,节约了电能;(2)降低养殖成本,提高产量。通过对环境的监控为水产品提供了适宜的环境,减少疾病的产生,合理的投料可减少饲料的浪费;(3)可以减少人工劳动强度,提高劳动效率。
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海洋水产养殖物联网系统研究 篇4
关键词:物联网,Zigbee,RFID,追溯
物联网是继计算机、互联网和移动通信网之后, 世界信息技术革命的第三次浪潮。物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一, 已经列为国家战略性新兴产业。
现阶段我国水产养殖业的集约化、设施化、信息化水平很低, 主要沿用大量消耗资源和粗放式经营的传统养殖模式。这一模式导致生态失衡、资源枯竭、环境恶化的问题日益显现;不合理的投饵、施药、施肥等恶化了水产品的生长环境, 导致食品安全问题严重。
一、系统模型总体设计
基于物联网的智能海洋水产养殖系统是专门为人工水产品养殖到销售环节设计的, 采用无线传感技术、网络化管理等先进管理方法对养殖环境、水质、鱼类生长状况、药物使用、废水处理、运输环节等进行全方位管理、监测, 具有数据实时采集及分析、食品溯源、生产基地远程监控等功能。
海洋水产养殖物联网系统包含6个子系统及1个数据库, 涵盖了渔业水产养殖、加工、运输及销售环节的物联网技术运用 (图1) 。
二、系统的组成
2.1水产品智能环境监测控制系统
水产品智能环境监测控制系统集成水质传感器、无线传感网、无线通信、嵌入式系统、自动控制等技术, 可自动采集养殖水质参数, 上报到智能平板终端及物联网云中心。并通过无线传输方式自动控制各继电器给给排水设备、增压泵、水温控制设备工作。
2.2水产品智能养殖管理系统
水产品智能养殖管理系统包含水产品养殖辅料管理、水产品管理及水产品出库管理。
水产品养殖辅料管理主要针对饲料、药物的出入库、投饲进行登记。水产品管理主要通过在养殖池上放置RFID设备对鱼苗种类、数量、出入库等进行登记。水产品出库管理主要通过在水产品打捞网箱上放置RFID设备, 读取并存储水产品出库时二维码条码信息。
2.3水产品加工管理系统
水产品加工管理系统主要分为入厂登记环节和出厂登记环节。
对从养殖池运输来的水产品进行相关检疫并在电脑客户端软件上登记水产品来源信息, 把信息通过RFID写入到挂钩上的RFID条形卡上, 同时上传到云中心进行储存。
待加工好后的水产品出厂时, 对包装好后的成品进行称重, 读取批发商的IC卡信息生成水产品质量安全信息追溯码并打印, 在水产品包装上赋码, 并上传到云中心进行储存。
2.4水产品冷链物流管理系统
水产品冷链物流管理系统主要通过在车辆运输中使用的水产品包装箱上放置RFID温度采集标签, 通过无线网络手持式交易监管终端读取数据传输至物联网云中心。
2.5水产品交易零售系统
批发商对所批发的水产品进行零售时, 利用智能溯源电子台秤上配置的手持式条码扫描枪扫描条码, 打印出小票。
2.6水产品溯源查询系统
客户通过在销售商处购买水产品时拿到销售票据, 登录查询追溯网站输入相应的追溯码可以查询到从水产品养殖生产到消费者购买为止的过程中的相关信息。
三、结语
全面感知、可靠传输和智能反应的各种物联网技术在海洋中的典型应用有:水上物联网、海洋生态环境监测、智能集约化水产养殖、精量饲喂系统、智能冷链、水产品追溯等。物联网、3S技术等信息技术不断创新发展, 是海洋与渔业信息化发展的重要战略机遇期。海洋资源开发和物联网技术的结合对国家战略非常重要。
参考文献
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水产养殖自动化系统 篇5
开发了一个金头鲷养殖模型, 并将其与现有的养殖场水产养殖管理系统 (FARM) 综合模型中的贝类养殖模型相集成, 以便对近海和外海水产养殖的各个方面进行分析。FARM综合模型被用于对池塘中的有鳍鱼单一养殖与综合性多营养层级养殖 (IMTA) 在产量、环境的影响和经济效益方面的定量效应进行比较。在比较中可以看出IMTA的益处非常明显。随后将同样的方法应用到外海养殖中, 考虑将长牡蛎延绳养殖和金头鲷网箱养殖相结合。FARM综合模型得出的模拟结果是 (上升流海区的情况除外) , 传输给滤食性贝类的食物的浓度随养殖场址离岸距离而显著降低, 这表明在食物贫乏的海区, 将鱼类和双壳贝类进行混养可明显提高贝类的生产量, 而且, 为了减少养殖场内部区域贝类食物的耗损, 可对有鳍鱼 (养殖网箱) 的分布进行优化。模型分析表明, 金头鲷养殖的最佳海流速度在0.1~0.5 m/s的范围内。
水产养殖生产日志管理系统的设计 篇6
水产养殖生产日志是水产养殖生产过程中的相关记录, 据调查, 目前实施的纸质水产养殖生产记录、用药记录和销售记录在养殖过程可追溯的检索上存在着养殖业者反映记录表格较多且数据填写耗时繁琐, 使用中诸多不便, 容易丢失, 而且不便于检查和数据的统计与分析的缺点。
利用计算机程序开展水产品质量安全管理, 将大大提升现代渔业信息化管理水平。利用现代计算机信息化管理技术建立水产品质量可追溯制度, 将可进一步规范我省水产品安全监管并确保水产品安全。该课题的设计实施, 将有助于生产企业规范管理、便于档案保存、资料数据查询和产品质量安全的可追溯性。课题设计的软件程序实施应用将真正发挥水产养殖生产日志反映生产管理、指导今后生产、提供产品质量安全追溯线索等作用。信息技术在水产养殖生产上的应用使信息的重要生产要素和战略资源的作用得以发挥, 使人们能更高效地进行资源优化配置, 从而推动传统水产养殖产业不断升级, 提高社会劳动生产率和社会运行效率。
2、系统简介
2.1 开发目的
2.1.1 实现信息资源集中管理。
养殖业业主可以轻松准确的得到各个阶段养殖投入, 养殖收益。养殖技术员可以进行综合的、多方面的数据分析, “数字养殖”使得整个养殖过程步入日益科学化、合理化的良性循环之中。管理系统将逐步建立起用户档案信息, 方便主管或监管部门直接从互联网获取相关信息。
2.1.2 实施计算机管理减少工作中的差错。
减轻质量安全检查工作人员的劳动强度, 数据记录录入智能化处理, 把每天输入工作量最小化。保证管理能有条不紊与高效, 提高工作效率和质量。
2.1.3 采用计算机管理水产养殖生产日志, 便于信息存取、省时、省力、省钱、省空间, 并且便于查找使用。
管理系统能提供完整的养殖履历, 对应严格的全程追溯, 可保证食品安全。
2.2 开发工具介绍
2.2.1 前台开发工具
本系统采用Delphi作为开发工具, Delphi是基于Object Pascal语言的面向对象的开发工具, 使用其集成开发环境可以快速地建立应用程序, 即可开发本地类型的软件, 又可开发客户服务器类型的程序, 并提供了丰富的数据库管理工具, 在开发数据库应用程序方面具有独特的优势。同时也是当前最为流行的基于Windows的面向对象的可视化应用程序开发工具之一。支持面向对象开发方法, 具有继承性, 有很强的多种数据库支持。另外, 由于它提供了丰富的数据库访问和操作控件以及数据库报表工具, 因此能够大大提高开发数据库应用程序的效率。
2.2.2 数据库平台
SQL Sever 2000是微软开发的大型关系型数据库管理系统, 具有非常强大的关系数据库创建、开发、设计及管理等功能, 在各个行业均得到了广泛的应用。它具有如下特点:
(1) 管理和操作直观简单。SQL Server2000配套提供企业管理器, 数据查询等非常实用和易用的工具。企业管理器把数据库和数据库相关组件按图形化、对象化来集中管理, 用户只需简单的鼠标点击和很少的键盘输入就可以完成很多工作。
(2) 支持XML。SQL Server 2000开始支持XML功能。XML (Extensible Markup Language) 是一种标记语言, XML已经在Internet中被广泛使用, 特别是在数据描述和数据传输中发挥重要作用。支持XML, 意味着数据库在对Web网站建设方面提供了更好的支持。
(3) 可以作为企业级数据库。SQL Server 2000的数据库拥有性能优越的数据处理引擎, 在处理数据吞吐量, 保护数据完整性, 维护数据一致性等方面, 都有非常好的表现。
(4) 具有文档管理功能和全文搜索功能。文档管理功能使得在文档管理方面变得更加方便;全文搜索功能的支持, 在数据查询和检索中, 变得非常好用, 使得原来很复杂的检索实现变得非常简单。
2.3 系统设计
2.3.1 设计原则
在设计水产养殖生产日志可追溯系统时尽量考虑到其设计开发与系统的集成, 必须具有全面、细致的设计规则, 方案可行性分析和工程预算等工作, 而且必须要将系统的灵活性、易用性、可靠性、安全性、容错性等原则作为设计系统前优先考虑因素。
2.3.2 系统结构
在水产养殖生产日志可追溯管理系统研究过程中, 将采用理论紧密联系实际的方法, 采取水产养殖场专家咨询, 将在深入养殖生产单位对该系统的具体要求的基础上进行系统初步设计, 初步设计成果计划应用现有纸质养殖生产日志数据进行验证, 根据验证结果进行进一步完善。按照现代软件工程中结构化的系统设计方案拟开发的系统结构图如下:
2.3.3 系统特点
(1) 出众的操作性使输入变得简单。复杂的设定或准备工作完全不需要。即使对电脑操作不是很习惯的人, 从导入的那天, 也能马上进行运用。
(2) 生产成本的把握。在投饵计划和销售计划建立起来的基础上、把握住现在的生产成本是非常重要的。养殖日志只是把每天的投饵量、死亡数等输入进去, 就可以随时用表或图的形式确认每条鱼每公斤的平均生产成本。
(3) 根据计数管理分析数据。对构成生产成本、成长、死亡的重要因素的增肉系数, 日间投饵率、肥满度、养殖密度等47个项目的计数进行统计。例如, 可以对不同MP和EP的增肉系数, 在不同养殖密度下的死亡率、成长率, 从不同的角度去进行分析。
(4) 根据合理的投饵模式来降低成本。以入池时的种苗费、尾数、鱼体重为基础, 用图表显示到发货预定日截止的每月的成长曲线, 生产成本等的走势情况。例如, 把以前成绩好的数据设定制作成合理投饵模式的话, 可参考这些模式就可以制定了, 到发货时的投饵计划和成本设定。
(5) HACCP资料的发行。作为HACCP资料, 能打印种苗来源, 饲养过程, 投药等的记录。根据这些, 发货时的资料可以证明鱼的履历。同时, 整理好的养殖履历证明材料在发货时可以用1张A4纸打印出来。
(6) 使每天的输入简单化的便利机能。为了简化每天的输入, 本系统装备有诸如拷贝输入, 一揽输入等方便的机能。就算是输入50个鱼池, 2-3分钟也能结束。
(7) 把统计分析的结果输出到Excel。把用养殖日志统计出来的值输出到Excel, 可以自由的进行编辑。
3、系统的实现
通过对水产养殖日志实际管理环节的分析, 设计管理系统应对水产养殖对象的引入到出售进行养殖环境、饲料、养殖管理、用药情况等进行全程的跟踪记录, 对记录数据根据需要自动形成丰富的分析报表、图表。主要研究开发出以下功能:
(1) 数据处理:数据处理的基本功能有添加、修改、删除、复制、粘帖等, 数据处理的对象包括养殖场的基本信息, 养殖场员工信息、养殖场所如鱼池 (网箱) 的编码、水产养殖对象、养殖环境、饲料库、药品库等。
(2) 统计分析:根据分析的需要, 按一定条件分类统计汇总养殖生产日志数据, 如具体养殖池塘的养殖数据、用药情况、养殖对象的数量, 可以按池塘编号、养殖对象、养殖时间等条件及其组合条件分类汇总。
(3) 信息查询:能任意组合条件查询生产日志数据、养殖对象类别与编码等基本信息, 查询结果既能屏幕显示, 也能打印, 并可输出到Excel工作表中。
(4) 报表打印:根据系统分析指标, 收集各种统计报表。报表既可以直接打印, 也可以输出到Excel工作表中。
(5) 系统管理:主要功能有数据备份与恢复、基层上报数据的导入与导出、用户及权限管理等。
4、结束语
为此本课题运用现代软件工程的方法, 开展水产养殖生产日志可追溯管理系统设计, 以实现通过计算机软件系统对水产育苗与养殖进行现代化科学管理, 实现整个养殖生产管理环节的数字化、信息化, 这不仅可以提高水产养殖生产日志管理的工作效率, 能够及时对养殖生产日志进行科学的统计和分析, 而且更有利于产品质量安全可追溯性, 克服目前纸质生产记录的缺陷性。
摘要:本文利用Delphi作为开发工具, SQL Sever 2000作为后台数据管理库, 实现水产养殖日志管理系统的基本功能设计。
关键词:水产养殖,日志,Delphi,SQL,信息管理
参考文献
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水产养殖自动化系统 篇7
珠江三角洲地区是我国重要的水产养殖和出口区, 滨海湿地水产养殖业的快速发展也是红树林生态系统快速消失和难以恢复的重要原因;其生态经济效益与影响如何是关系区域可持续发展的重要问题。
中科院华南植物园环境退化与生态恢复领域植被与景观生态学研究组的博士生李林军在其导师任海研究员、陆宏芳研究员的指导下, 开展的能值与经济学综合研究表明, 区域水产养殖系统虽然在经济投入强度与效益上差异显着, 但生态经济表现相近;区域水资源利用率还有较大的提升空间, 高投入高产出的集约型水产养殖模式并不一定意味着高环境影响。区域自然湿地生态系统可持续性远高于水产养殖系统, 但经济效益低下;如何通过生态工程手段实现红树林保育、恢复与水产养殖的协调发展是实现区域可持续发展的关键性问题。同时, 案例研究表明, 当前能值评价指标体系中两大效率指标 (能值产出率EYR与能值转换率Tr) 侧重不同, 有得出相左结论的可能;进而构建提出了新的系统综合效率能值评价指标, 并通过验证, 推动了能值指标体系的发展和完善。
(www.bioon.com)
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