基于GSM模塊的太陽能水產養殖智能監控機器人

我國的水產工業化養殖已經取得了顯著的進步,已經逐步從傳統的池塘養殖走向了工業化養殖。但是由于現有的工廠化養殖技術和設施水準較低,自動監控檢測技術的應用則更加落后,大部分屬于溫室流水養魚,污水不經處理直接排放,對于養殖池的環境參數只是做定期的檢測,不能根據魚體的活動狀況隨時做出相應的調整,即還停留在工廠化養殖的初級模式。水質直接影響到養殖對象的生長發育,從而關系到產量和經濟效益。對養殖水體各參數的連續實時自動監控,不但可以對環境因子進行自動控制,使水產養殖管理達到一個新水平。因此,實現一種水產養殖環境監控系統是十分有意義的。

本機器人可以實現對養殖池環境參數的準確測量，對養殖環境的溫度、pH值、溶氧量、氨氮等環境因子進行自動檢測和控制，為水產品提供適宜的環境，實行科學養殖的功能，達到低成本，安全、優質、高產的目的。

功能模塊的組成

(1)太陽能供電模塊

機器人可以利用太陽能板所儲存的能量為單片機以及外設供電，達到綠色節能無污染的目的。白天，太陽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，實現自給自足的環保機器人。

(2)GSM模塊

機器人可以實時采集水質的環境因子，假如水中的含氧量不足的話，機器人會自動向養殖業主發送短息，通知業主采取相應的措施，如開啟供氧設備等。機器人上面的攝像頭能夠拍攝四周環境的情況，假如有可疑的人進入池塘進行非法活動時，GSM模塊同樣會發送短信通知安防人員采取措施，減小意外的發生，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°旋轉進行池塘周圍環境的拍攝，起到安防的目的。CCD攝像頭的360°旋轉是通過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行拍攝。機器人將拍攝下來的照片通過無線通用異步收發器傳送到上位機，為監控人員提供影像信息。如果借助無線網絡還可以實現實時視頻的傳輸。

(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境的溫度、pH值、溶氧量、氨氮等環境因子進行自動檢測和控制。

(5)驅動模塊

機器人可以在水中自由移動，采集不同水域的溫度、溶氧量、PH值等環境因子，使誤差達到最小。驅動設備采用電機帶動槳葉的旋轉，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進行環境因子的測量。驅動模塊采用BTS7960大電流半橋電機驅動芯片，利用兩個半橋組成一個全橋實現電機的正轉和反轉。通過PWM調速實現電機快慢的控制。

(6)GPS模塊

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

(7)藍牙模塊

當養殖池的業主距離機器人10m范圍之內時，業主可以利用手機通過藍牙串口模塊進行與機器人的通信，機器人把傳感器采集來的溫度、溶氧量、PH值等環境因子通過藍牙傳給業主。采用藍牙模塊還可以對機器人進行定位、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境因子以曲線圖的形式動態顯示在窗口中。

下位機(機器人)的設計

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

機器人與上位機以及養殖業主的通信

機器人通過無線異步收發器進行數據的傳輸。

總結

機器人通過對水產養殖環境因子進行遠距離實時監控，可以實現：(1)節省能源。通過對溶氧量的監控可以減少增氧機開啟時間,節約了電能;(2)降低養殖成本，提高產量。通過對環境的監控為水產品提供了適宜的環境，減少疾病的產生，合理的投料可減少飼料的浪費; (3)可以減少人工勞動強度，提高勞動效率。

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(太陽能供電模塊、GSM模塊、攝像頭模塊、傳感器模塊、驅動模塊、GPS模塊、藍牙模塊)的信息。首先，初始化各個功能模塊的寄存器，程序開始執行。實時采樣，將攝像頭的圖像信息存放在數組中，對圖像進行壓縮，壓縮完成后通過無線UART異步收發器向上位機發送圖片信息。上位機接收到圖像信息后，將二進制數還原成一張圖片。與此同時，單片機進行圖像處理，將可疑人員識別出來，此時，觸發聲光報警裝置，并且發送短息給手機用戶，提醒用戶有外來可疑人的入侵，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)實時采樣，進行濾波、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個測量值與環境因子指標進行比較，如果不符合環境因子指標，就觸發報警，并且發短信通知手機用戶，環境因子出現異常，觸發執行機構，進行投料、開啟供氧機等操作。

3. GPS模塊向單片機發送當前位置信號，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無線模塊通信，上位機把各項傳感器信息描繪成曲線圖，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，方便監控人員觀察養殖場的環境狀況。上位機還可以隨時向機器人發送命令，控制機器人運動到指定地點，進行投放飼料等操作。