CN106560756B - 淡水养殖水体中溶解氧控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置及控制方法，包括微处理器、存储器、设于池塘中的第一增氧机、若干个检测装置和设于池塘上的第二增氧机；所述池塘上设有轨道，轨道上设有电动小车，电动小车与第二增氧机连接；池塘的进水管上设有第一电磁阀，池塘的出水管上设有第二电磁阀；每个检测装置均包括伸入水中的溶解氧传感器和水温传感器；微处理器分别与存储器、第一增氧机、各个溶解氧传感器、各个水温传感器、第二增氧机、电动小车、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。本发明具有可实时对池塘的溶解氧进行控制，水中的溶解氧量稳定，为鱼类的健康成长提供保证的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖技术领域，尤其是涉及一种检测精度高，可有效保证水中的含氧量稳定的淡水养殖水体中溶解氧控制装置及控制方法。
背景技术
溶解氧是渔业水的一项重要的水质指标，溶氧状况对水质和养殖生物的生长均有重要影响。随着池塘养殖的迅速发展，池塘溶解氧作为养殖水域必控的水环境因子越来越受到重视。目前对池塘溶解氧多数采用定时、定点测量，对溶解氧动态变化的辨识，主要基于养殖管理人员对池塘内养殖生物活动变化的观察来识别的。上述控制方式常常会造成对养殖生物生长发育的不良影响。
因此，如何做到及时掌握池塘水域溶解氧的动态变化规律，在池塘缺氧之前进行池塘溶解氧的事前预测是水产养殖生产中迫切需要解决的问题。
中国专利授权公开号：CN202680251U，授权公开日2013年1月23日，公开了一种水溶解氧控制装置，包括增氧容器与养殖容器，所述的增氧容器与养殖容器之间分别通过回水管与进水管相连通，所述的增氧容器内填充有氧气，所述的进水管进入所述的增氧容器内的管口具有喷淋结构和/或雾状喷射结构，所述的回水管具有连通器结构并通过汇集水形成对位于所述的增氧容器内氧气的液封，所述的养殖容器内的水通过水泵打入所述的增氧容器后通过喷淋充氧后通过所述的回水管回流至所述的养殖容器内。该发明的不足之处是，功能单一，无法实时动态增氧。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的定时、定点测量增氧造成养殖生物生长发育不良的不足，提供了一种检测精度高，可有效保证水中的含氧量稳定的淡水养殖水体中溶解氧控制装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置，包括微处理器、存储器、设于池塘中的第一增氧机、若干个检测装置和设于池塘上的第二增氧机；所述池塘上设有轨道，轨道上设有电动小车，电动小车与第二增氧机连接；池塘的进水管上设有第一电磁阀，池塘的出水管上设有第二电磁阀；每个检测装置均包括伸入水中的溶解氧传感器和水温传感器；微处理器分别与存储器、第一增氧机、各个溶解氧传感器、各个水温传感器、第二增氧机、电动小车、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。
本发明可以实时检测水温和水中的溶解氧含量，当W＜Y1并且Mmax＜T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间Z1后，停止工作；
当W＜Y1并且Mmax≥T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间(1+A％)Z1后，停止工作；同时控制第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面边缘循环增氧(1+A％)Z1后，停止工作；其中，A为10至50，(1+A％)Z1＜T；
当W≥aY1，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时打开，为池塘换水，换水达到时间T2后，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时关闭，a＞1。
因此，本发明可以综合考虑水温和溶解氧检测数值，并对池塘中的溶解氧进行控制，实现实时动态增氧；当水中含氧量过高时，将会为池塘换水，从而使水中的溶解氧量稳定，为鱼类的健康成长提供保证。
作为优选，还包括氧气传感器和报警器，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接。氧气浓度高时，微处理器控制进行第二增氧控制过程，可以有效提高增氧效率，节约电费。
作为优选，所述电动小车包括平台，设于平台下部的4个滚轮、固定钢索、电机和设于两个滚轮之间的转轴；电机和转轴连接，平台上设有控制芯片和第一无线收发器，还包括第二无线收发器，第二无线收发器与微处理器电连接，控制芯片分别与电机和第一无线收发器电连接，第一无线收发器和第二无线收发器无线连接。
作为优选，第一增氧机位于池塘中部的靠近池底处，轨道沿池塘边缘设置并呈长圆形；各个检测装置呈矩阵状排列。各个检测装置呈矩阵状排列，使检测的溶解氧和水温信号值更加准确，有效降低误差。
第一增氧机和第二增氧机均为叶轮式，第一增氧机用于在池塘中部增氧，第二增氧机用于在池塘边缘处运动增氧，从而使整个池塘的含氧量更加均匀；工作时叶轮旋转，搅拌水，产生水花，并靠旋转产生的离心力，使上层水向周边扩散，下层水补缺形成水上下循环。含氧量较高的表层水进入底层后，有效改善底层水的溶氧状况。
一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，包括第一增氧控制过程，步骤如下：
(5-1)存储器中设有溶解氧阈值Y1和水温阈值T1；微处理器每隔时间T循环采集各个检测装置的溶解氧传感器检测的溶解氧信号S(t)和水温传感器检测的水温值M；微处理器计算各个S(t)的平均信号S(t)′，各个水温值M的最大值Mmax；
(5-2)微处理器在S(t)′中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
(5-3)将I(t)输入预存于存储器中相干共振***模型中，使相干共振***模型产生共振，得到V(t)；
(5-4)微处理器利用相干共振系数计算公式计算R(t)；
(5-5)微处理器画出R(t)的相干共振曲线，微处理器选取相干共振系数最大值Pmax，选取与Pmax相对应的噪声强度作为相干共振系数特征值W，将W存储到存储器中；
(5-6)当W＜Y1并且Mmax＜T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间Z1后，停止工作；
当W＜Y1并且Mmax≥T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间(1+A％)Z1后，停止工作；同时控制第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面边缘循环增氧(1+A％)Z1后，停止工作；其中，A为10至50，(1+A％)Z1＜T；
当W≥aY1，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时打开，为池塘换水，换水达到时间T2后，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时关闭，a＞1。
作为优选，步骤(5-2)还包括如下步骤；
对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
微处理器中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
对于ratio位于(0.5，1-A1)或(1+A1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2ES(t1)，
用修正过的各个采样值代替I(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)。
本发明可以实时检测水温和水中的溶解氧含量，并对检测的数据进行误差修正，从而确保检测的精度。
最为优选，还包括氧气传感器和报警器，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接；
存储器中设有氧气阈值C，氧气传感器检测氧气浓度信号值P，当P＞C，微处理器控制第一增氧控制过程终止，执行第二增氧控制过程；
第二增氧控制过程包括如下步骤：
微处理器控制第一增氧机和第二增氧机同时开始工作，工作时间为2T至4T，其中，第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面运动增氧；第二增氧控制过程结束后，微处理器控制执行第一增氧控制过程。
作为优选，还包括氧气传感器和报警器，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接；步骤(5-1)和(5-2)之间还包括如下步骤：
氧气传感器检测氧气浓度信号x(t)，微处理器提取x(t)在时间段t1内的信号x(t)t1，S(t)′在时间段t1内的信号S(t)t1；如果x(t)t1和S(t)t1的变化无正比关系，则微处理器控制报警器报警。
作为优选，所述相干共振***模型为其中，VT是放电阈值常量，τ是细胞膜时间常数，μτ是静息电位，ξ(t)是高斯噪声；当VR＜VT时，VR是放电后细胞膜静息电位，M(t)是共振模型的谐振子，其定义为：
作为优选，所述相干共振系数公式为
其中，[V(t+y/2)]′为[V(t＋y/2)]的共轭复数，T0为积分周期，ε为频率，y为常数。
因此，本发明具有如下有益效果：可实时对池塘的溶解氧进行控制，水中的溶解氧量稳定，为鱼类的健康成长提供保证。
附图说明
图1是本发明的一种原理框图。
图2是本发明的实施例1的一种流程图；
图3是本发明的电动小车的一种结构示意图。
图中：微处理器1、存储器2、第一增氧机3、检测装置4、第二增氧机5、电动小车6、氧气传感器7、报警器8、第二无线收发器9、第一电磁阀10、第二电磁阀11、溶解氧传感器41、水温传感器42、平台61、滚轮62、固定钢索63、电机64、控制芯片65、第一无线收发器66。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示的实施例是一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置，包括微处理器1、存储器2、设于池塘中的第一增氧机3、10个检测装置4和设于池塘上的第二增氧机5；池塘上设有轨道，轨道上设有电动小车6，电动小车与第二增氧机连接；每个检测装置均包括伸入水中的溶解氧传感器41和水温传感器42；池塘的进水管上设有第一电磁阀10，池塘的出水管上设有第二电磁阀11；微处理器分别与存储器、第一增氧机、各个溶解氧传感器、各个水温传感器、第二增氧机、电动小车、第一电磁阀和第二电磁阀电连接。
各个检测装置呈矩阵状排列。第一增氧机位于池塘中部的靠近池底处，轨道沿池塘边缘设置并呈长圆形。
如图1、图3所示，电动小车包括平台61，设于平台下部的4个滚轮62、固定钢索63、电机64和设于两个滚轮之间的转轴，电机和转轴连接，平台上设有控制芯片65和第一无线收发器66，还包括第二无线收发器9，第二无线收发器与微处理器电连接，控制芯片分别与电机和第一无线收发器电连接，第一无线收发器和第二无线收发器无线连接。
如图2所示，一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，包括第一增氧控制过程，步骤如下：
步骤100，溶解氧及水温监测
存储器中设有溶解氧阈值Y1和水温阈值T1；微处理器每隔时间T循环采集各个检测装置的溶解氧传感器检测的溶解氧信号S(t)和水温传感器检测的水温值M；微处理器计算各个S(t)的平均信号S(t)′，各个水温值M的最大值Mmax；其中，T1为15℃，Y1为5mg/L。
步骤200，采样
微处理器在S(t)′中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
步骤300，数据修正
对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
微处理器中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[0.9，1.1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为0.35；
对于ratio位于(0.5，0.9)或(1.1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，B2为0.5；
用修正过的各个采样值代替ES(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)；
步骤400，数据处理
将I(t)输入预存于存储器中的相干共振***模型
中，其中，VT是放电阈值常量，τ是细胞膜时间常数，μτ是静息电位，ξ(t)是高斯噪声；当VR＜VT时，VR是放电后细胞膜静息电位，使相干共振***模型产生共振，得到V(t)；M(t)是共振模型的谐振子，其定义为：
步骤500，微处理器利用相干共振系数计算公式
计算R(t)；其中，VT是放电阈值常量，τ是细胞膜时间常数，μτ是静息电位，ξ(t)是高斯噪声；当VR＜VT时，VR是放电后细胞膜静息电位；
步骤600，提取相干共振系数特征值W
微处理器画出R(t)的相干共振曲线，微处理器选取相干共振系数最大值Pmax，选取与Pmax相对应的噪声强度作为相干共振系数特征值W，将W存储到存储器中；
步骤700，溶解氧控制
当W＜Y1并且Mmax＜T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间Z1后，停止工作；
当W＜Y1并且Mmax≥T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间(1+A％)Z1后，停止工作；同时控制第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面边缘循环增氧(1+A％)Z1后，停止工作；其中，A为30，T为15分钟，Z1为10分钟；
当W≥12mg/L，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时打开，为池塘换水，换水达到2小时后，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时关闭。
实施例2
实施例2包括实施例1中的所有结构及步骤部分，实施例2还包括如图1所示的氧气传感器7和报警器8，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接。
存储器中设有氧气阈值C，氧气传感器检测氧气浓度信号值P，当P＞C，微处理器控制第一增氧控制过程终止，执行第二增氧控制过程；
第二增氧控制过程包括如下步骤：
微处理器控制第一增氧机和第二增氧机同时开始工作，工作时间为3.5T，其中，第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面运动增氧；第二增氧控制过程结束后，微处理器控制执行第一增氧控制过程。
实施例3
实施例3包括实施例1中的所有结构及方法步骤，实施例3还包括如图1所示的氧气传感器7和报警器8，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接；
实施例1的步骤100和200之间还包括如下步骤：氧气传感器检测氧气浓度信号x(t)，微处理器提取x(t)在时间段t1内的信号x(t)t1，S(t)′在时间段t1内的信号S(t)t1；如果x(t)t1和S(t)t1的变化无正比关系，则微处理器控制报警器报警。t1为10分钟。
无正比关系，说明氧气传感器或者检测装置中的溶解氧传感器存在故障，报警后，工作人员会查看及维修。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，淡水养殖水体中溶解氧控制装置包括微处理器(1)、存储器(2)、设于池塘中的第一增氧机(3)、若干个检测装置(4)和设于池塘上的第二增氧机(5)；所述池塘上设有轨道，轨道上设有电动小车(6)，电动小车与第二增氧机连接；池塘的进水管上设有第一电磁阀(10)，池塘的出水管上设有第二电磁阀(11)；每个检测装置均包括伸入水中的溶解氧传感器(41)和水温传感器(42)；微处理器分别与存储器、第一增氧机、各个溶解氧传感器、各个水温传感器、第二增氧机、电动小车、第一电磁阀和第二电磁阀电连接；其特征是，包括第一增氧控制过程，步骤如下：
(1-1)存储器中设有溶解氧阈值Y1和水温阈值T1；微处理器每隔时间T循环采集各个检测装置的溶解氧传感器检测的溶解氧信号S(t)和水温传感器检测的水温值M；微处理器计算各个S(t)的平均信号S(t)′，各个水温值M的最大值Mmax；
(1-2)微处理器在S(t)′中选取若干个时间间隔为Δt的采样值，各个采样值按照时间先后顺序排列构成检测信号I(t)；
(1-3)将I(t)输入预存于存储器中相干共振***模型中，使相干共振***模型产生共振，得到V(t)；
(1-4)微处理器利用相干共振系数计算公式计算R(t)；
(1-5)微处理器画出R(t)的相干共振曲线，微处理器选取相干共振系数最大值Pmax，选取与Pmax相对应的噪声强度作为相干共振系数特征值W，将W存储到存储器中；
(1-6)当W＜Y1并且Mmax＜T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间Z1后，停止工作；
当W＜Y1并且Mmax≥T1，则微处理器控制第一增氧机工作时间(1+A％)Z1后，停止工作；同时控制第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面边缘循环增氧(1+A％)Z1后，停止工作；其中，A为10至50，(1+A％)Z1＜T；
当W≥aY1，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时打开，为池塘换水，换水达到时间T2后，微处理控制第一电磁阀和第二电磁阀同时关闭，a＞1。
2.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，还包括氧气传感器(7)和报警器(8)，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接。
3.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，所述电动小车包括平台(61)，设于平台下部的4个滚轮(62)、固定钢索(63)、电机(64)和设于两个滚轮之间的转轴；电机和转轴连接，平台上设有控制芯片(65)和第一无线收发器(66)，还包括第二无线收发器(9)，第二无线收发器与微处理器电连接，控制芯片分别与电机和第一无线收发器电连接，第一无线收发器和第二无线收发器无线连接。
4.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，第一增氧机位于池塘中部的靠近池底处，轨道沿池塘边缘设置并呈长圆形；各个检测装置呈矩阵状排列。
5.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，步骤(1-2)还包括如下步骤；
对于I(t)中第一个采样值和最后一个采样值之外的每个采样值ES(t1)，利用公式计算平稳系数ratio；
微处理器中预先设有依次增大的权重阈值0.5，1和1.5；
对于ratio位于[1-A1，1+A1]范围内的采样值，将采样值修正为B1 ES(t1)，B1为小于0.4的实数；
对于ratio位于(0.5，1-A1)或(1+A1，1.5)范围内的采样值，将采样值修正为B2 ES(t1)，B1＜B2＜0.6；
用修正过的各个采样值代替I(t)中的对应采样值，得到经过修正的检测信号I(t)。
6.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，还包括氧气传感器和报警器，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接；其特征是，
存储器中设有氧气阈值C，氧气传感器检测氧气浓度信号值P，当P＞C，微处理器控制第一增氧控制过程终止，执行第二增氧控制过程；
第二增氧控制过程包括如下步骤：
微处理器控制第一增氧机和第二增氧机同时开始工作，工作时间为2T至4T，其中，第二增氧机在电动小车的带动下沿池塘上表面运动增氧；第二增氧控制过程结束后，微处理器控制执行第一增氧控制过程。
7.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，还包括氧气传感器和报警器，氧气传感器和报警器均与微处理器电连接；其特征是，步骤(1-1)和(1-2)之间还包括如下步骤：
氧气传感器检测氧气浓度信号x(t)，微处理器提取x(t)在时间段t1内的信号x(t)t1，S(t)′在时间段t1内的信号S(t)t1；如果x(t)t1和S(t)t1的变化无正比关系，则微处理器控制报警器报警。
8.根据权利要求1所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，所述相干共振***模型为其中，VT是放电阈值常量，τ是细胞膜时间常数，μτ是静息电位，ξ(t)是高斯噪声；当VR＜VT时，VR是放电后细胞膜静息电位，M(t)是共振模型的谐振子，其定义为：
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的淡水养殖水体中溶解氧控制装置的控制方法，其特征是，相干共振系数公式为
其中，[V(t+y/2)]′为[V(t+y/2)]的共轭复数，T0为积分周期，ε为频率，y为常数。
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