基于GSM模塊的太陽(yáng)能水產(chǎn)養殖智能監控機器人

我國的水產(chǎn)工業(yè)化養殖已經(jīng)取得了顯著(zhù)的進(jìn)步,已經(jīng)逐步從傳統的池塘養殖走向了工業(yè)化養殖。但是由于現有的工廠(chǎng)化養殖技術(shù)和設施水準較低,自動(dòng)監控檢測技術(shù)的應用則更加落后,大部分屬于溫室流水養魚(yú),污水不經(jīng)處理直接排放,對于養殖池的環(huán)境參數只是做定期的檢測,不能根據魚(yú)體的活動(dòng)狀況隨時(shí)做出相應的調整,即還停留在工廠(chǎng)化養殖的初級模式。水質(zhì)直接影響到養殖對象的生長(cháng)發(fā)育,從而關(guān)系到產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。對養殖水體各參數的連續實(shí)時(shí)自動(dòng)監控,不但可以對環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)控制,使水產(chǎn)養殖管理達到一個(gè)新水平。因此,實(shí)現一種水產(chǎn)養殖環(huán)境監控系統是十分有意義的。

本機器人可以實(shí)現對養殖池環(huán)境參數的準確測量，對養殖環(huán)境的溫度、pH值、溶氧量、氨氮等環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)檢測和控制，為水產(chǎn)品提供適宜的環(huán)境，實(shí)行科學(xué)養殖的功能，達到低成本，安全、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。

功能模塊的組成

(1)太陽(yáng)能供電模塊

機器人可以利用太陽(yáng)能板所儲存的能量為單片機以及外設供電，達到綠色節能無(wú)污染的目的。白天，太陽(yáng)能板為蓄電池儲能并且為機器人提供電能;夜間，蓄電池為機器人供電。從而，達到不需要外部電源供電的目的，實(shí)現自給自足的環(huán)保機器人。

(2)GSM模塊

機器人可以實(shí)時(shí)采集水質(zhì)的環(huán)境因子，假如水中的含氧量不足的話(huà)，機器人會(huì )自動(dòng)向養殖業(yè)主發(fā)送短息，通知業(yè)主采取相應的措施，如開(kāi)啟供氧設備等。機器人上面的攝像頭能夠拍攝四周環(huán)境的情況，假如有可疑的人進(jìn)入池塘進(jìn)行非法活動(dòng)時(shí)，GSM模塊同樣會(huì )發(fā)送短信通知安防人員采取措施，減小意外的發(fā)生，達到安全監控的目的。

(3)攝像頭模塊

機器人安裝的攝像頭可以360°旋轉進(jìn)行池塘周?chē)h(huán)境的拍攝，起到安防的目的。CCD攝像頭的360°旋轉是通過(guò)底部的伺服電機控制的。伺服電機能夠精確地旋轉給定的角度，使得攝像頭能夠全方位的進(jìn)行拍攝。機器人將拍攝下來(lái)的照片通過(guò)無(wú)線(xiàn)通用異步收發(fā)器傳送到上位機，為監控人員提供影像信息。如果借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )還可以實(shí)現實(shí)時(shí)視頻的傳輸。

(4)傳感器模塊

采用溶氧量傳感器，溫度傳感器，PH值傳感器，氨氮傳感器對養殖環(huán)境的溫度、pH值、溶氧量、氨氮等環(huán)境因子進(jìn)行自動(dòng)檢測和控制。

(5)驅動(dòng)模塊

機器人可以在水中自由移動(dòng)，采集不同水域的溫度、溶氧量、PH值等環(huán)境因子，使誤差達到最小。驅動(dòng)設備采用電機帶動(dòng)槳葉的旋轉，使機器人能夠按照上位機的指令在水中運行到指定的地點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境因子的測量。驅動(dòng)模塊采用BTS7960大電流半橋電機驅動(dòng)芯片，利用兩個(gè)半橋組成一個(gè)全橋實(shí)現電機的正轉和反轉。通過(guò)PWM調速實(shí)現電機快慢的控制。

(6)GPS模塊

機器人借助GPS模塊達到準確定位的目的。實(shí)時(shí)將機器人的位置信息發(fā)送到上位機，使得監控人員能夠知道機器人目前所在的位置，便于監控人員進(jìn)行后續操作和控制。

(7)藍牙模塊

當養殖池的業(yè)主距離機器人10m范圍之內時(shí)，業(yè)主可以利用手機通過(guò)藍牙串口模塊進(jìn)行與機器人的通信，機器人把傳感器采集來(lái)的溫度、溶氧量、PH值等環(huán)境因子通過(guò)藍牙傳給業(yè)主。采用藍牙模塊還可以對機器人進(jìn)行定位、投放飼料、撿拾水中雜物等操作。

上位機監控軟件的設計

采用VB編寫(xiě)上位機的監控界面，將傳感器、攝像頭、GPS位置信息反映在監控界面上。上位機還要將各項環(huán)境因子以曲線(xiàn)圖的形式動(dòng)態(tài)顯示在窗口中。

下位機(機器人)的設計

機器人采用大賽提供的MIPS-Based PIC32單片機進(jìn)行數據處理和控制操作，完成各個(gè)功能模塊的協(xié)調工作。

機器人與上位機以及養殖業(yè)主的通信

機器人通過(guò)無(wú)線(xiàn)異步收發(fā)器進(jìn)行數據的傳輸。

總結

機器人通過(guò)對水產(chǎn)養殖環(huán)境因子進(jìn)行遠距離實(shí)時(shí)監控，可以實(shí)現：(1)節省能源。通過(guò)對溶氧量的監控可以減少增氧機開(kāi)啟時(shí)間,節約了電能;(2)降低養殖成本，提高產(chǎn)量。通過(guò)對環(huán)境的監控為水產(chǎn)品提供了適宜的環(huán)境，減少疾病的產(chǎn)生，合理的投料可減少飼料的浪費; (3)可以減少人工勞動(dòng)強度，提高勞動(dòng)效率。

系統框圖

軟件流程介紹：

1. 采用PIC32單片機作為主控制單元，處理7大功能模塊(太陽(yáng)能供電模塊、GSM模塊、攝像頭模塊、傳感器模塊、驅動(dòng)模塊、GPS模塊、藍牙模塊)的信息。首先，初始化各個(gè)功能模塊的寄存器，程序開(kāi)始執行。實(shí)時(shí)采樣，將攝像頭的圖像信息存放在數組中，對圖像進(jìn)行壓縮，壓縮完成后通過(guò)無(wú)線(xiàn)UART異步收發(fā)器向上位機發(fā)送圖片信息。上位機接收到圖像信息后，將二進(jìn)制數還原成一張圖片。與此同時(shí)，單片機進(jìn)行圖像處理，將可疑人員識別出來(lái)，此時(shí)，觸發(fā)聲光報警裝置，并且發(fā)送短息給手機用戶(hù)，提醒用戶(hù)有外來(lái)可疑人的入侵，通知執行機構，采取相應的措施。

2. 單片機對4個(gè)傳感器(溶解氧傳感器、溫度傳感器、PH值傳感器、氨氮傳感器)實(shí)時(shí)采樣，進(jìn)行濾波、放大、整形等信號處理，送到單片機中，單片機把AD轉換后的4個(gè)測量值與環(huán)境因子指標進(jìn)行比較，如果不符合環(huán)境因子指標，就觸發(fā)報警，并且發(fā)短信通知手機用戶(hù)，環(huán)境因子出現異常，觸發(fā)執行機構，進(jìn)行投料、開(kāi)啟供氧機等操作。

3. GPS模塊向單片機發(fā)送當前位置信號，單片機再將位置信號上傳到上位機。

4. 上位機與單片機通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊通信，上位機把各項傳感器信息描繪成曲線(xiàn)圖，上位機把當前機器人的位置信息描繪在養殖池的平面圖中，方便監控人員觀(guān)察養殖場(chǎng)的環(huán)境狀況。上位機還可以隨時(shí)向機器人發(fā)送命令，控制機器人運動(dòng)到指定地點(diǎn)，進(jìn)行投放飼料等操作。