CN107144677A - 一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，包括仿生机器鱼、无线充电模块、监测管理***和移动监控终端，仿生机器鱼包括依次相连的鱼头部分、鱼身部分和鱼尾部分，鱼头部分包括鱼头外壳，鱼头外壳的内部设有控制模块、水质检测传感器、GPS定位组件、第一无线收发模块和电池组；鱼身部分包括鱼皮和躯干骨架，所述鱼尾部分包括尾鳍支架和尾鳍；监测管理***包括中央处理器、显示模块、第二无线收发模块和报警模块；移动监控终端通过无线网络与监测管理***进行通讯。本发明可完成对水产养殖区域的智能管理，可实现在全养殖区域不同位置观察鱼苗生长情况以及对水质进行动态监测，并且所测数据的准确性和时效性好。
Description
技术领域
本发明涉及机器鱼技术领域，具体涉及一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***。
背景技术
随着仿生学的发展，国内外越来越多的学者致力于研究仿生机器鱼，仿照鱼类的外形以及游动机理，制造出仿生机器鱼使之具有高效、灵活的水下巡游能力，可以应用于复杂环境下的资源探测、生物研究和军事侦察等领域。基于这些优点人们对仿生机器鱼的研究也越来越多，仿生机器鱼的功能也越来越完善，仿生机器鱼的应用领域涵盖了科学、教育和娱乐等领域。
水产养殖是近几年新兴的产业，但是随着环境污染的加重，水产养殖面临着各种挑战，偌大的养殖场，技术人员不可能时时刻刻关注着，水质质量的检测以及鱼苗的生长情况都需要实时知道，这就造成极大的工作量，随着机器鱼行业的不断发展，如何设计一种能在水下工作，具有检测水质，实时检测鱼苗的生长情况，用户可随时随地用智能手机观察鱼塘及鱼苗情况，以及实现对仿生机器鱼操控等功能的淡水养殖水质监测***，仍是急需解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，该淡水养殖水质监测***可以检测水质以及显示水质情况，能够实时观察鱼苗生长情况，仿生机器鱼可在鱼塘自主巡游。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，包括仿生机器鱼、无线充电模块、监测管理***和移动监控终端，所述仿生机器鱼包括依次相连的鱼头部分、鱼身部分和鱼尾部分，所述鱼头部分的内部设有控制模块、水质检测传感器、GPS定位组件、第一无线收发模块和电池组；所述控制模块对所述水质检测传感器检测到的水质数据、GPS定位组件定位后的位置信息进行综合处理后通过无线收发模块和无线网络传送至监测管理***；所述无线充电模块用于给仿生机器鱼的电池组自动无线充电，包括设置在鱼头外壳下部的无线电能接收组件和多个设置在养殖池塘中的无线电能发射组件；所述监测管理***包括中央处理器，所述中央处理器连接有显示模块、第二无线收发模块和报警模块，通过中央处理器对接收到的图像信息、水质数据和位置信息进行处理，并将处理后的数据信息通过无线网络传输至移动监控终端，并在显示模块上显示出水质状况和仿生机器鱼位置，水质出现异常时通过报警模块进行报警；所述移动监控终端通过无线网络与监测管理***进行通讯，获取所述监测管理***的数据信息，向监控管理***发送控制指令。
进一步的，所述鱼头部分包括鱼头外壳，所述鱼头外壳的外表面为流线型结构，所述鱼头外壳的前端具有尖端部，所述尖端部上设置有鱼眼部位，所述鱼眼部位设置有摄像头，通过摄像头对鱼苗的生长情况进行实时采集，并将采集图像信息传输至控制模块，所述鱼头外壳的两侧对称的安装有胸鳍；所述鱼头外壳与所述鱼身部分之间依次设置有密封圈、防水垫和防水盖板；所述鱼尾部分包括尾鳍支架和尾鳍，所述尾鳍支架的一端与鱼身部分连接，另一端安装有所述尾鳍。
进一步的，所述鱼头外壳的内部还设有动力组件，所述动力组件与躯干骨架相连并驱动所述躯干骨架摆动以实现仿生机器鱼在水下的移动，所述动力组件由发电机和齿轮箱组成。
进一步的，所述鱼身部分包括鱼皮和躯干骨架，所述鱼皮包裹在躯干骨架的外部，所述躯干骨架包括多个彼此耦合连接在一起以形成躯干骨架的躯干关节，每个躯干关节包括驱动装置、驱动装置内支架和驱动装置外支架，所述驱动装置外支架的一端连接到所述驱动装置的输出轴上并随所述的输出轴转动，所述驱动装置外支架的另一端以可转动的方式连接到所述驱动装置内支架上，所述驱动装置外支架的中部与其后方的躯干关节的驱动装置内支架固定连接；所述驱动模块采用舵机。
进一步的，所述水质检测传感器包括温度传感器、PH传感器、浑浊度检测仪、生化需氧量测定仪和化学需氧量测定仪，所述水质传感器将采集到的水的温度、含氧量、PH值的数据信息经过信号放大器、A/D转换器传输到控制模块。
进一步的，所述无线电能接收组件包括接收端防水外壳，所述接收端防水外壳固定设置在鱼头部分下部，所述接收端防水外壳的端部固定设置有接收线圈，所述接收端防水外壳的内部设置有电量检测模块和无线充电接收模块，所述电量检测模块、接收线圈分别与无线充电接收模块之间电连接，电量检测模块用于对机器鱼的当前电量进行实时检测。
进一步的，所述无线电能发射组件包括防水充电底座，所述防水充电底座设置在养殖池塘的池底卡槽中，所述防水充电底座的上端固定设置有充电线圈，所述防水充电底座的内部设有定位模块和无线充电发射模块，定位模块和无线充电发射模块之间电连接，无线充电发射模块通过水下电缆与外部电源连接。
进一步的，所述监测管理***还包括云端存储模块，所述云端存储模块用于存储所述摄像头采集的图像信息、所述水质检测传感器检测到的水质数据和GPS定位组件定位后的位置信息。
进一步的，所述监测管理***还包括与中央处理器连接的按键输入模块，通过按键输入模块输入对机器鱼的控制命令，中央处理器接收该控制命令并无线传输至仿生机器鱼；与中央处理器连接的水位采集装置，检测鱼塘水位；与中央处理器连接的进排水装置，按照命令执行进排水工作。
进一步的，所述移动监控终端包括安装有应用软件的智能手机、台式电脑或平板电脑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用淡水养殖水质监测的仿生机器鱼，可以通过安装在仿生机器鱼身上的水质检测传感器检测各项水质参数，通过安装在仿生机器鱼身上的摄像头，对鱼苗的生长情况进行实时监测，并将数据无线传输至监测管理***，在监测管理***的显示模块显示水质信息、仿生机器鱼位置及运动轨迹；用户可通过移动监控终端实时获取水质信息和鱼苗情况，并对仿生机器鱼远程操控；若发现水质不符合规定值，监测管理***和移动监控终端会发出报警信息，提醒相关技术人员注意；相比传统的人工采样方式，利用本发明的监测***可以在全水域不同位置进行水质实时动态监测，监测频率高，所测数据的准确性和实时性好，并且该监测***无需人值守，免维护，管理成本低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例的整体结构框图；
图2是本发明实施例的仿生机器鱼的结构示意图；
其中，1、仿生机器鱼，2、无线充电模块，3、监测管理***，4、移动监控终端，5、鱼头部分，6、鱼身部分，7、鱼尾部分，8、控制模块，9、GPS定位组件，10、水质检测传感器，11、第一无线收发模块，12、电池组，13、动力组件，14、摄像头，15、温度传感器，16、PH传感器，17、浑浊度检测仪，18、生化需氧量测定仪，19、化学需氧量测定仪，20、信号放大器，21、A/D转换器，22、无线电能接收组件，23、无线电能发射组件，24、接收端防水外壳，25、电量检测模块，26、接收线圈，27、无线充电接收模块，28、防水充电底座，29、充电线圈，30、定位模块，31、无线充电发射模块，32、中央处理器，33、按键输入模块，34、显示模块，35、第二无线收发模块，36、报警模块，37、存储模块，38、水位采集装置，39、进排水装置，40、尖端部。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了在水产养殖过程中，对水质质量的检测以及鱼苗的生长情况进行实时监测，及时告知技术人员，降低工作量，降低损失，本申请提出了一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***。
如图1所示，本实施例公开了一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，该淡水养殖水质监测***包括仿生机器鱼1、无线充电模块2、监测管理***3和移动监控终端4四个模块，通过仿生机器鱼1对水质进行检测、鱼苗生长观察和鱼塘自主巡游，通过无线充电模块2实现仿生机器鱼的自动充电，通过监测管理***对数据处理及存储，可提供水质状况、仿生机器鱼位置及运动轨迹显示，以及对机器鱼远程操控、泵及阀门控制和报警，移动监控终端通过无线网络与监测管理***进行通信，用户可通过移动监控终端4随时随地观察鱼塘及鱼苗情况，以及对仿生机器鱼的操控和运动轨迹查看，还可远程操控机器鱼的直游、转弯、翻转，水质出现异常报警。
如图2所示，仿生机器鱼1包括依次相连的鱼头部分5、鱼身部分6和鱼尾部分7。
鱼头部分5包括鱼头外壳，鱼头外壳的外表面为流线型结构；鱼头外壳的前端具有尖端部40，可用于仿生机器鱼游动时劈开前部的水流，减小游动时的阻力；尖端部40上设置有鱼眼部位，所述鱼眼部位设置有摄像头14，摄像头14会对鱼苗的生长情况进行实时采集，并采集到的图像信息传送到控制模块；鱼头外壳的两侧对称的安装有胸鳍，设置胸鳍有利于保持仿生机器鱼的平衡，使仿生机器鱼在移动过程中保证直立，避免其侧翻，提供其工作的可靠性；鱼头外壳与鱼身部分之间依次设置有密封圈、防水垫和防水盖板，防水垫的形状与鱼头外壳靠近鱼身部分的端面的形状一致，防水盖板上设置有控制线引出孔；鱼头外壳为密封壳体，其内部设有控制模块8、水质检测传感器10、GPS定位组件9、第一无线收发模块11和电池组12；所述控制模块1对所述摄像头采集的图像信息、所述水质检测传感器检测到的水质数据、GPS定位组件定位后的位置信息进行综合处理后通过无线收发模块11和无线网络传送至监测管理***2。
本实施例中，为了采集水的温度、含氧量、PH值等数据信息，优选上述水质检测传感器10包括温度传感器15、PH传感器16、浑浊度检测仪17、生化需氧量测定仪18和化学需氧量测定仪19，水质传感器10将采集到的水的温度、含氧量、PH值的数据信息经过信号放大器20、A/D转换器21传输到控制模块8。
本实施例中，为了控制鱼身部分摆动自如，优选上述鱼头外壳的内部还设有动力组件13，所述动力组件13与鱼身部分相连并驱动鱼身部分摆动以实现仿生机器鱼在水下的移动，所述动力组件13由发电机和齿轮箱组成。
鱼身部分6包括鱼皮和躯干骨架，鱼皮包裹在躯干骨架的外部，躯干骨架包括四个彼此耦合连接在一起以形成躯干骨架的躯干关节；每个躯干关节包括驱动装置、驱动装置内支架和驱动装置外支架，所述驱动装置外支架的一端连接到所述驱动装置的输出轴上并随所述的输出轴转动，所述驱动装置外支架的另一端以可转动的方式连接到所述驱动装置内支架上，所述驱动装置外支架的中部与其后方的躯干关节的驱动装置内支架固定连接；所述驱动模块采用舵机。
本实施例躯干骨架中包括四个躯干关节，与真实鱼体的躯干相比，模拟程度高，通过四个躯干关节的配合协作运动能够实现前进、后退、左转、右转和翻转等运动。
鱼尾部分7包括尾鳍支架和尾鳍，所述尾鳍支架的一端与躯干骨架连接，另一端安装有所述尾鳍，本实施例中，尾鳍的形状为燕尾形的形状，提高仿生机器鱼的游动效率。
无线充电模块2包括设置在鱼头部分下部的无线电能接收组件22和多个设置在养殖池塘中的无线电能发射组件23，通过无线电能发射组件23从外部电源获取电能，电池组12通过无线电能接收组件22从无线电能发射组件23获取电能并充电。
无线电能接收组件22设置在鱼头壳体的下部，无线电能接收组件22与电池组12电连接，无线电能接收组件22包括接收端防水外壳24、电量检测模块25、接收线圈26和无线充电接收模块27，接收端防水外壳24固定设置在鱼头部分下部，接收线圈26固定设置在接收端防水外壳24的端部，电量检测模块25和无线充电接收模块27设置在接收端防水外壳24的内部，电量检测模块25、接收线圈26分别与无线充电接收模块之间电连接，电量检测模块25用于对机器鱼的当前电量进行实时检测。
无线电能发射组件23固定设置在在养殖池塘的池底，无线电能发射组件23包括防水充电底座28、充电线圈29、定位模块30和无线充电发射模块31，防水充电底座28设置在养殖池塘的池底卡槽中，充电线圈29固定设置在防水充电底座28的上端，定位模块30和无线充电发射模块31设置在防水充电底座28的内部，定位模块30和无线充电发射模块31之间电连接，无线充电发射模块31通过水下电缆与外部电源连接。
本实施例中，为了实现在鱼塘内对仿生机器鱼进行无线充电，在养殖池塘的池底设置多个无线充电节点，在每个充电节点设置一个卡槽，将无线电能发射组件23设置在卡槽中，定位模块30每隔一段时间发射一次无线电能发射组件23的位置坐标，以供仿生机器鱼1接收且寻找最近的充电地点。电量检测模块25集成在无线电能接收组件22中，其能够对仿生机器鱼1的当前电量进行实时检测，当检测到电量低于10％时，定位模块30给仿生机器鱼1发射充电节点最近的位置信号，仿生机器鱼1游向无线充电装置的无线电能发射组件23。无线电能发射组件23与无线电能接收组件22配套使用，利用充电线圈29与接收线圈26之间的电磁感应原理对电池组进行充电，当充电线圈29与接收线圈26耦合，其间隙在5mm之内即可以无线充电，且两个线圈之间的间距越小充电效率越高。充电时鱼头壳体和卡槽相切合，利用充电线圈与接收线圈之间的电磁感应原理对电池组进行充电，由于无线充电模块在水中无导线及其它导电设施，所以不会出现水中导电情况。
监测管理***3包括中央处理器32、按键输入模块33、显示模块34、第二无线收发模块35、报警模块36和云端存储模块37，通过中央处理器32对接收到的图像信息、水质数据和位置信息进行处理，并通过无线网络传输至移动监控终端4，同时，在显示模块34上显示出水质状况、仿生机器鱼位置及运动轨迹，并将所述摄像头采集的图像信息、所述水质检测传感器检测到的水质数据和GPS定位组件定位后的位置信息存储到云端存储模块37中，水质出现异常通过报警模块36进行报警；通过按键输入模块33输入对机器鱼的控制命令，中央处理器32接收该控制命令并无线传输至仿生机器鱼1，仿生机器鱼1执行相应的控制命令。
本实施例中，监测管理***3还包括与中央处理器连接的水位采集装置38，水位采集装置38设置在鱼塘中，用于采集鱼塘的水位数据，该水位采集装置包括多个水位传感器和变速器，水位传感器通过所述变送器与所述中央处理器连接，水位传感器用于采集所述水位数据，变送器将所述水位数据转变为可被所述中央处理器识别的电信号。
本实施例中，监测管理***3还包括与中央处理器连接的进排水装置39，所述进排水装置包括设置在鱼塘进出水口的水泵和阀门，进行抽水或注水工作，当监测管理***3检测到鱼塘的水位低于设定值时，水位过低，不能满足鱼苗的要求，此时，监测管理***3控制阀门打开，利用水泵向鱼塘内注水，达到设定值时控制阀门关闭。
移动监控终端4通过无线网络与监测管理***通信连接，可根据监控管理***的数据信息，读取用户的控制指令，并向监控管理***发送控制指令，实现对仿生机器鱼的操控；所述移动监控终端包括安装有应用软件的智能手机、台式电脑或平板电脑。用户随时随地用智能手机观察鱼塘及鱼苗情况，以及远程操控机器鱼的直游、转弯、翻转，查看轨迹，若发现水质不符合规定值，监测管理***和移动监控终端会发出报警信息，提醒相关技术人员注意。
本发明集成了远程控制、水质检测、以及利用移动监控终端报警等功能，可完成对水产养殖区域的智能管理，利用本发明的淡水养殖水质监测***可实现在全养殖区域不同位置观察鱼苗生长情况以及对水质进行动态监测，并且所测数据的准确性和时效性好。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，包括仿生机器鱼、无线充电模块、监测管理***和移动监控终端，所述仿生机器鱼包括依次相连的鱼头部分、鱼身部分和鱼尾部分，所述鱼头部分的内部设有控制模块、水质检测传感器、GPS定位组件、第一无线收发模块和电池组；所述控制模块对所述水质检测传感器检测到的水质数据、GPS定位组件定位后的位置信息进行综合处理后通过无线收发模块和无线网络传送至监测管理***；所述无线充电模块用于给仿生机器鱼的电池组自动无线充电，包括设置在鱼头外壳下部的无线电能接收组件和多个设置在养殖池塘中的无线电能发射组件；所述监测管理***包括中央处理器，所述中央处理器连接有显示模块、第二无线收发模块和报警模块，通过中央处理器对接收到的图像信息、水质数据和位置信息进行处理，并将处理后的数据信息通过无线网络传输至移动监控终端，并在显示模块上显示出水质状况和仿生机器鱼位置，水质出现异常时通过报警模块进行报警；所述移动监控终端通过无线网络与监测管理***进行通讯，获取所述监测管理***的数据信息，向监控管理***发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述鱼头部分包括鱼头外壳，所述鱼头外壳的外表面为流线型结构，所述鱼头外壳的前端具有尖端部，所述尖端部上设置有鱼眼部位，所述鱼眼部位设置有摄像头，通过摄像头对鱼苗的生长情况进行实时采集，并将采集图像信息传输至控制模块，所述鱼头外壳的两侧对称的安装有胸鳍；所述鱼头外壳与所述鱼身部分之间依次设置有密封圈、防水垫和防水盖板；所述鱼尾部分包括尾鳍支架和尾鳍，所述尾鳍支架的一端与鱼身部分连接，另一端安装有所述尾鳍。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述鱼头外壳的内部还设有动力组件，所述动力组件与躯干骨架相连并驱动所述躯干骨架摆动以实现仿生机器鱼在水下的移动，所述动力组件由发电机和齿轮箱组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述鱼身部分包括鱼皮和躯干骨架，所述鱼皮包裹在躯干骨架的外部，所述躯干骨架包括多个彼此耦合连接在一起以形成躯干骨架的躯干关节，每个躯干关节包括驱动装置、驱动装置内支架和驱动装置外支架，所述驱动装置外支架的一端连接到所述驱动装置的输出轴上并随所述的输出轴转动，所述驱动装置外支架的另一端以可转动的方式连接到所述驱动装置内支架上，所述驱动装置外支架的中部与其后方的躯干关节的驱动装置内支架固定连接；所述驱动模块采用舵机。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述水质检测传感器包括温度传感器、PH传感器、浑浊度检测仪、生化需氧量测定仪和化学需氧量测定仪，所述水质传感器将采集到的水的温度、含氧量、PH值的数据信息经过信号放大器、A/D转换器传输到控制模块。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述无线电能接收组件包括接收端防水外壳，所述接收端防水外壳固定设置在鱼头部分下部，所述接收端防水外壳的端部固定设置有接收线圈，所述接收端防水外壳的内部设置有电量检测模块和无线充电接收模块，所述电量检测模块、接收线圈分别与无线充电接收模块之间电连接，电量检测模块用于对机器鱼的当前电量进行实时检测。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述无线电能发射组件包括防水充电底座，所述防水充电底座设置在养殖池塘的池底卡槽中，所述防水充电底座的上端固定设置有充电线圈，所述防水充电底座的内部设有定位模块和无线充电发射模块，定位模块和无线充电发射模块之间电连接，无线充电发射模块通过水下电缆与外部电源连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述监测管理***还包括云端存储模块，所述云端存储模块用于存储所述摄像头采集的图像信息、所述水质检测传感器检测到的水质数据和GPS定位组件定位后的位置信息。
9.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述监测管理***还包括与中央处理器连接的按键输入模块，通过按键输入模块输入对机器鱼的控制命令，中央处理器接收该控制命令并无线传输至仿生机器鱼；与中央处理器连接的水位采集装置，检测鱼塘水位；与中央处理器连接的进排水装置，按照命令执行进排水工作。
10.根据权利要求1所述的一种基于仿生机器鱼的淡水养殖水质监测***，其特征是，所述移动监控终端包括安装有应用软件的智能手机、台式电脑或平板电脑。
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