本發明屬于漁業養殖技術領域，特別涉及一種漁業養殖增氧控制系統。

背景技術：

2014年末，我國淡水養殖總面積達6.08×10⁶公頃，占全國水產總面積的72％以上，其中淡水養殖中，43％以上為池塘養殖。高密度，高效率的養魚是實現淡水資源高產養殖的重要途徑。

為了提高養殖收益，高密度的養殖，勢必導致水體的“氧債”增加，為了調節水體的含氧量，增氧及各種水動力設備也應運而生。目前，池塘機械增氧設備主要有葉輪式、水車式、射流式、螺旋槳式和鼓風曝氣式等類型的增氧機以及不同功率的涌浪機，水質改良機等多種水產養殖設備。對于不同的水產養殖增氧設備，漁民們的希望都是節能，可靠。然而現有增氧設備控制系統的缺點是：

1.大多單純依靠人為經驗來控制設備開啟，無相對應的智能控制系統。

2.控制系統的可靠性不高，僅依靠單一變量，例如溶解氧，來控制水產養殖設備。

3.控制系統的控制算法簡單，依靠人為經驗對設備工作模式進行定時，不能自動判別氣象等外界條件調整設備的工作模式和輸出功率，系統的自適應性不強。

技術實現要素：

因此為了解決以上問題，提高養殖增氧系統的可靠性和普遍實用性，滿足大面積池塘養殖發展的需求，本發明提供一種漁業養殖增氧控制系統。

一種漁業養殖增氧控制系統，該系統包括用于檢測光照、風速、氣溫和雨水氣象參數的氣象監測模塊，

還包括用于檢測水質的溶氧/溫度傳感器和PH傳感器，

所述的控制系統還包括單片機，單片機獲取氣象參數和水質參數，進行處理分析，根據分析結果控制養殖增氧設備的啟停。

養殖增氧設備是380v交流供電，所述控制系統采用太陽能供電，溶氧/溫度傳感器和PH傳感器經過傳感器調解電路連接單片機，單片機連接GPRS無線通訊模塊，并與控制系統的服務器連接，手機或電腦通過網絡可訪問服務器。

所述控制系統還包括一個可浮于水面的浮體，浮體上固定有連桿，該連桿用于承載太陽能電池板、防水集成控制箱、氣象監測模塊和監測水質的溶氧/溫度傳感器和PH傳感器，

太陽能電池板的數量至少為一塊，氣象監測模塊設置在防水集成控制箱的上方，溶氧/溫度傳感器和PH傳感器通過穿過浮體中心的電纜接入防水集成控制箱，

防水集成控制箱內裝有直流電源和控制板卡裝配盒，單片機芯片、GPRS無線通訊模塊裝載在控制板卡上，氣象監測模塊通過防水集成控制箱的連接孔與控制板卡連接。

連桿上設有用于固定浮體位置的圓形拉環。

一種漁業養殖增氧控制方法，包括以下步驟：

S101，通過水質傳感器和氣象監測模塊獲取養殖用水的溶氧、PH值和溫度值以及包括光照、風速、氣溫和雨水氣象參數的氣象監測數據；

S102，經過數據分析后判斷三種天氣類型，分別是否為晴天，陰天和雨天，

晴天情況下，供氧充足，養殖增氧設備輸出低轉速為養殖用水提供充足水動力，保證上下水體含氧量均衡；

陰天和雨天則水體含氧量相對較少，需要高速運轉養殖增氧設備，同時需要實時監測水體參數值中溶氧、溫度和PH值是否在設定的最佳值范圍內，

判定為否時，將繼續判定是否在報警值范圍內，若溶氧、溫度和PH值都在報警值范圍內，則需要開啟蜂鳴器報警系統；

S103，對實時監測的水質數據進行數據存儲和分析，提前預測取得養殖增氧設備在T min后的水質數據的預測值，同時將預測值和最佳設定值進行比較，實現對養殖增氧設備轉速進行調節控制。

對養殖增氧設備轉速調節采用變頻調速，控制策略采用PID算法。

本發明以高電壓的養殖增氧設備為控制對象，以多目標智能預測控制方法，實現了池塘養殖增氧的的多目標閉環雙重控制。

附圖說明

圖1是本發明控制系統結構圖。

圖2是本發明的控制箱布局圖。

圖3是圖2的局部放大示意圖。

圖4是本發明實施例中防水控制箱內部仰視圖。

圖5是本發明實施例中多目標協調預測控制增氧設備流程圖。

其中，1——太陽能電池板，2——氣象監測模塊，3——防水集成控制箱，4——拉環，5——浮體，6——傳感器，7——電源，8——裝配盒，9——連桿，10——連接孔。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的控制系統，以氣象條件包括光照，風速，氣溫和雨水，水質數據包括溶解氧、溫度和PH值為控制輸入變量，輸入單片機STM32F427進行處理分析，進而控制3個單相繼電器來控制高電壓的養殖增氧設備。其中包括：

1.控制系統包括兩大部分：終端和控制端，其終端部件包括溶氧/溫度傳感器，PH傳感器，以及養殖增氧設備部。控制端的部件包括單片機核心板，GPRS無線通訊模塊，及手機或電腦訪問設備。

2.終端的工作過程是：通過溶氧/溫度傳感器，PH傳感器的數據和氣象模塊所獲取的氣象參數等多目標控制變量輸入到單片機STM32F427的主機，單片機經過各個參數的數據處理，來控制終端設備自動開啟和關閉以及特定條件下所觸發的報警狀態。

3.其工作過程是：單片機從傳感器獲取的傳感器值經過處理分析，及其氣象模塊所獲得的氣象參數保存在GPRS無線通訊模塊的SIM卡中,同時通過控制算法進行多目標協同分析控制養殖增氧設備正常平穩可靠的工作。

GPRS無線通訊模塊是SIM900A模塊，使用GPRS模塊并上傳數據到服務器并由監控設備電腦軟件顯示、操作或者使用手機app軟件查閱數據和配置參數。

4.所述養殖增氧設備是380v交流供電，采用三相四線式接線方式，屬于大功率電器，操作較為危險。該設備可以通過3個繼電器控制電機的3相，通過控制相線來控制電機的啟動和停止，同時斷電，同時啟動，保證其安全可靠性。

上述控制系統中的控制板卡，置于圖2的控制箱3中，控制箱3裝配在控制浮體5上，保證電路不被腐蝕和控制系統工作的可靠性。圖2中控制箱3的密封性和耐腐蝕性要保證較高。同時控制板卡的供電由三塊太陽能電池板1供電，和24V供電電瓶和24v備用電瓶，

水質檢測傳感器6從控制箱3中穿出，浸沒在水里檢測溶氧，溫度和PH值。

圖2中氣象檢測模塊2置于控制箱3上，氣象檢測模塊2的底部開孔和控制箱3的上部開孔進行連接的數據傳遞。裝配好控制箱3，將浮體5防置于池塘水面，通過圖3中固定浮體位置的拉環4進行固定，三個連桿機構9上各一個固定孔。

浮體5為環形的，它由三部分空心管材連接而成。安裝前，可以向三個空心管材中注入相同質量的填充物，改變浮體的上浮浮力，并使用連接零件進行間隔連接。這種相比采用一體的浮體的設計，更容易控制浮體下沉或上浮的體積，從而改變控制箱3離水面的高度。

太陽能電池板的連接線布置于連桿9中，連桿機構采用空心不銹鋼材料。連接線線路經過中空連桿，與太陽能電池板相連，防止線路受腐蝕，保證供電線路的正常工作。

拉環設計為圓形，相比設計為其他三角形或四邊形的拉環的優點是：在長期的使用過程中，不會因為浮體久置于池塘中，控制裝置的上下浮動而磨損繩索，增加繩索的耐使用性。此外使用圓形拉環將裝置固定在岸邊的同時，也具有相對擺浮的柔韌性。

控制箱裝配在浮體上的優點是：控制箱移動方便，可以進行全方位水質測試。同時水質傳感器連接方便可以根據測試深度自由改變。

圖4為控制箱3的內部結構圖，有24V電瓶電源7和控制板卡裝配盒8，以及氣象模塊的控制板卡的連接孔10。

圖5，為整個智能預測控制方法的流程圖，首先通過水質傳感器和氣象監測模塊所監測的數據分析處理判斷三種天氣類型，分別是否為晴天，陰天和雨天。晴天情況下，供氧充足，只需調節變頻器，輸出較低轉速為池塘養殖提供充足水動力，保證上下水體含氧量均衡。

陰天和雨天則池塘水體含氧量相對較少，需要較高速的運轉增氧設備，同時需要實時監測水體參數值：溶氧，溫度和PH值是否在設定的最佳值范圍內，判定為“否”時，將繼續判定是否在報警值范圍內，若溶氧，溫度，PH都在報警值范圍內，則需要開啟蜂鳴器報警系統，及時通知漁民采取相應措施。防止增氧設備出現意外，給養殖帶來危害。

同時，實時監測的水質數據需要進行數據存儲和預測，通過大量數據的分析，建立預測模型，提前預測增氧設備T min后的水質數據的預測值，同時對所預測數據和最佳設定值進行比較，可提前T min對增氧設備進行提前控制，保證智能控制的可靠性和實時性。T小于等于60為宜。

本發明中，實時監測控制和預測控制的雙重作用，保證控制系統的可靠性和穩定性。同時通過水質數據并結合氣象條件對增氧設備轉速進行分類輸出，節約了電能，降低了養殖成本。