基于GSM技术的深水网箱自动投料系统的构建

浙江工业职业技术学院 胡 敏 黄旭伟

1.引言

我国丰富的海洋生物资源和多样的生态环境类型为我国渔业的发展提供了广阔的发展空间。但近年来我国水域污染导致海洋生态环境不断恶化，水域生产力下降；过度捕捞造成渔业资源衰退，近海渔业资源日益衰退。为了提高养鱼的质量和扩展养殖高档鱼类的品种，减少对近海海域的污染，发展网箱养殖业成为我国渔业可持续发展发展的重要的途径之一。

我国自70年代开始发展海水网箱养殖，经过30年的发展，网箱总数量已经超过100万只。95年开始，国家和地方各级政府在网箱的材料、结构和抗风浪能力等方面进行了一定投入，不少科研机构开展了一些基础和应用性研究，但与欧美、日本等先进国家相比，将海水网箱养殖作为系统工程来进行开发研究，仍有较大差距，适用于网箱特别是深水网箱养殖的投饵机寥寥无几。为此，深水网箱养殖用投饵机的研制将填补国内空白，而设计一种自动投料装置，以减轻人工的劳动强度，节约投料成本，在促进养殖业的发展和海洋环境的保护都具有重大的社会效益。

2.基于GSM技术的深水网箱自动投料系统框架构建

深水网箱养殖具有离岸、水深、海域开阔的优势，为躲避风浪袭击，多采用下潜方式，这与传统的养殖模式相比，在投喂方式、网箱管理等多方面提出了新的挑战。

基于远程控制技术的深水网箱自动投料系统主要由主控器和各深水网箱自动投料机两大部分组成，如图1所示。主控器和深水网箱自动投料机之间具有双向通信功能。

主控器具有对各网箱投料机的主控和信息采集功能，能控制各网箱的投料机的启动、停止和每天投料次数、时间、投料速度的设置，并能收集各网箱实际运行信息的采集，以实时对各网箱进行优化控制。

深水网箱自动投料系统根据主控器设置的命令，定时、定速自动的实现投料，并采集实际运行情况及时告知主控器。

本系统的硬件部分主要包括主控器和自动投料料两大部分。主控器包括主控单片机系统的设计及主控通信部分的设计等；自动投料机包括投料器机械部分、投料机主控器、投料机通信部分以及投料电机控制器等的。

3.深水网箱自动投料系统的设计

本系统的构建关键是主控器与深水网箱自动投料机之间的通信模式的选择，这包括GSM通信模块的单片机机二次开发、水下投料的自动实现、投料机械装置的密封、网箱运行情况和环境的相关信息采集等相关技术。

3.1 投料机的机械设计

深水网箱自动投饵机由饵料仓、气室、投饵器、控制模块、密封盖、密封球、内部消波器、配重环组成。饵料仓用于储存颗粒饵料，气室主要为投饵机提供浮力，并提供投饵器布置空间。投饵器位于饵料仓下部，为由直流电机驱动的桨叶式投饵器，转速可通过位于投机上部的控制模块中的单片即芯片设定调节。投饵器下端设有密封球，当舱内失压或进行添加饵料操作时，避免海水对箱内饵料产生影响。投饵机顶部采用椭圆形内托式密封盖，通过顶部螺杆加紧密封。

3.2 投料机的饵料投放方式

目前网箱投料常采用高压空气或水作为动力通过电动振动抛洒方式，但喷洒方式会使饵料粉碎，不利于饵料的利用。另一种是利用电机的转动带动桨叶式饵料搅动叶片，在饵料的自重和气压作用下，饵料自动向下投放。这种投料方式比较节能省力，不易粉碎饵料饵料利用率高，而且出料的速度可以自动调节，因此采用后种投料方式更加适合。

3.3 饵料装置远程控制方案

采用GSM通信的控制方式，它可直接利用GSM通信网络，无需自建通信网络。控制距离远，在只要有GSM信号的任意地方都可以实现遥控。方案所图2所示。为进一步简化设计，主控器可直接采用用户的手机。此方案存在的问题是；若养殖区处于GSM的盲区或信号较弱，控制方案将失效。

为解决上述问题，在网箱处在海区无GSM或CDMA手机通信信号或信号较弱时，采用射频通信的控制方式进行遥控。方案如图3所示，通信方便灵活。

3.4 投饵机控制器的硬件设计

投饵控制装置硬件由通信模块、含EEPROM的单片机，实时时钟电路、D/A转换器、无刷电机控制器、无刷电机、LCD等器件组成，如图4所示，所有外围芯片都选用串行芯片。

（1）通信模块：GSM通信模块是实现岸上手机主控端与投饵控制装置之间命令和信息传送的桥梁。

（2）实时时钟模块：选择使用实时时钟电路DS1302，是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。

（3）D/A模块：为实现直流电机的调速，在单片机控制的自动投料仪中，须把不同转速对应的数字量转换成模拟电压，才能达到自动调速的作用。选用了12位串行的D/A芯片TLV5616.

（4）显示器模块：采用LCD显示器，与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。

3.5 投饵机控制器的主程序的设计

投饵机控制器主要实现的是随时接收系统主控器发来的设置和控制命令，对此进行译码、存储并按投料机主控器的设置来实时控制投料机的定时、定量的投料或将投料机的环境和运行信息回发给主控器。为此主控器的主程序包括了控制器初始化、通信模块初始化、对接收来自主控器的命令和数据进行处理（包括对命令和密码的识别、出错告知、命令的存取和对各不同命令的执行处理）、对内部实时时钟的不断更新。

4.结论

将GSM通信技术应用到网箱投料机的远程控制系统中，控制可靠实用。基于GSM技术的深水网箱自动料装置基本上实现深水网箱的水下投料，对每天投料次数、时间、投料量在岸上进行设置；每天投料的定时时间会按潮汐而自动改变，对深水网箱自动投料机实现即时启停；并可实时采集深水网箱自动投料机的相关信息（如海水温度，电池电量，实际投料情况等），这些都间接的为养殖户提高了收入，产生十分可观的经济效益。

[1]宋协法.网箱养殖配套设备的设计与试验研究[D].中国海洋大学博士论文,2006.

[2]郭根喜.深水网箱养殖装备技术前沿进展[J].中国农业科技导报,2011.

[3]胡喜.基于PLC的深水网箱自动投饵系统[J].南方水产科学,2011.

[4]中兴通讯NC教育管理中心.GSM移动通信技术原理与应用:原理/设备/仿真实践[M].人民邮电出版社,2009.