宝坻区水产养殖数字化智能增氧技术

刘 朔

（天津市宝坻区农机化技术学校，天津 301800）

天津市宝坻区是农业大区，水产养殖业在农业发展中占有很大的比重，目前养殖水面面积有8万亩之多，在水产养殖业发展中需要面临多方风险要素，其中由于养殖水体缺氧所致养殖鱼类大面积死亡的情况更要加大重视。想要预防此种现象需要人工观察，有效控制增氧机何时启动和暂停就十分必要，如果增氧机长期启动，就会不可避免地导致人力与能耗。再加上增氧机长期处于启动状态，极易造成养殖水体的含氧量过高，造成鱼类气泡病的发生。因此急需一种既节约人力又节省电能，同时又能很好控制养殖环境的技术来改变现状。

1 水产养殖应用数字化智能增氧技术的意义

1.1 降低养殖户养殖风险的重要措施

导致“翻坑”的主要原因是水体溶解氧含量超出鱼类生存的最低限。为了避免“翻坑”现象的发生，本项目拟引进智能化的鱼塘溶解氧实时监测系统，本系统通过溶解氧传感器实时采集鱼塘内的溶解氧信息，建立人与鱼类的对话，并大面积示范数字化无线智能监测技术、无线传输控氧技术及结合移动通信网实现鱼塘溶解氧含量实时查询和无线传输技术，当水体溶解氧含量低于设定值时，系统一方面通过射频通讯技术将信息通过手机短信方式告知养殖户，另一方面系统自动启动增氧设备，给水体自动增氧。本系统综合应用生物工程技术和计算机技术，根据指标的变化规律做出适当的调整，为鱼类生产提供适宜的环境条件，以便充分发挥其生产潜力，提高生产效率，达到安全、健康养殖和节能增效的目的。

1.2 开辟高效节能养殖新途径

通过使用水产养殖增氧控制系统，实时控制池塘的增氧情况，根据池塘的溶氧量启动或暂停增氧设施。试验实测表明，利用增氧控制系统每天平均可节省2 h电量，与传统增氧方式相比可节省用电量约1/3。因此通过成立此项目，有利于在发展水产养殖业形成可持续发展观念，利用合理的资源开发与增长模式，为本地乃至全国实现节能高效水产养殖开辟新途径。

1.3 大大提高水产养殖业科技含量

巧妙利用现代科技，在水产养殖监控系统中，应用了无线通信技术及物理量数字化技术，通过建立多个水质无人监测基站，用于监测记录沿线各点的水质变化。这样在有效监管水产养殖环境的同时，可以节省不必要的人力资源，也在一定程度上提高了水产养殖业的科技含量。

2 水产养殖数字化智能增氧技术

2.1 鱼塘溶解氧含量检测与曝气增氧控制技术

应用鱼塘溶解氧含量检测与曝气增氧控制装置，系统可实时检测水中的溶解氧值，并根据水产养殖户所设定的溶解氧的上下限，自动完成增氧系统的启停。当溶解氧含量低于设定值时，则启动增氧系统，给水体自动增氧，当溶解氧含量高于设定值时，则停止增氧系统，从而达到节能增效的目的。

2.2 基于GSM技术的无线传输技术

以鱼塘的溶解氧为主要技术指标，应用GSM技术实现鱼塘溶解氧检测数据信息的无线传输，此技术能够采集溶解氧含量数据，根据所采集的数据，如果鱼塘含氧量过低，则以手机短信的形式，将实时溶解氧情况发送给养殖户。对于系统主站在业主设定的时间范围内没有接收到从站的应答数据的情况，系统可以主动判定故障，GSM模块则自动向业主发送短信，通知业主维修，这样形成了系统与养殖户之间的信息互动，丰富了人机交互技术体验。

3 数字化智能增氧技术系统设计

3.1 设备选型

该项目引进天津科技大学生产的水产养殖数字化智能增氧系统。该产品获得了鱼塘溶解氧含量检测与曝气增氧控制装置、基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统两项国家专利，专利号分别为：ZL 2010 20171145.5；ZL 2010 0171844.X。

在试验鱼池，系统设置1个主站，2个基站。分别将溶解氧传感器放置在相应的2个鱼塘，经信号线传给基站1和基站2。数据经打包后由各自无线数据传输单元将信息发送到主站控制系统。主站每5 s更新1次数据，2个基站的数据轮流采集，并将实时溶氧等数据显示在屏幕上。

3.2 系统组成

系统主要组成部分包括：溶解氧传感器、信号调理单元、AVR单片机、无线数传模块（RF模块）、GSM（Global System for Mobile Communications）模块以及液晶屏等。系统的硬件部分主要完成信号调理和信号采集。整个硬件电路以Atmega16L AVR单片机为控制核心。通信方式采用主从结构，整个系统有1个主站，多个从站。主站与从站之间采用无线射频的方式进行通信，这样，相对于每个鱼塘都设置1个GSM模块来说可以节省大量资金。而主站和业主之间采用GSM网进行通信，只要是GSM网覆盖的范围都能进行通信，这样既扩大了通信范围和空间，又保证了通信质量。只要业主的手机带在身边就随时都可以知道自己鱼塘中的氧含量。

4 系统应用

4.1 工艺流程

2012年，我区农机中心引进了鱼塘溶解氧检测与控制系统，并在鲤鱼养殖池进行了试验检测，完成了在室温18～25℃的情况下水中溶解氧含量的检测，得出了溶解氧含量、温度和A/D转换值之间单因子相关关系和统计规律，并能在溶解氧含量低于给定值时启动增氧设备，在溶氧含量高于设定的上限时停止增氧设备，如图1所示。

图1 鱼塘溶解氧检测与控制工艺流程图

4.2 作业标准

（1）根据养殖户需要，8 s内自动启停增氧机系统。

（3）针对单独抗-HBc阳性，而抗-HBs、HBsAg阴性人群，建议在注射1剂次乙型肝炎疫苗1月后复查 如抗-HBs，如抗-HBs滴度小于 100 IU/mL，则需按照 0、1、2、6 个月 4 次方法接种乙型肝炎疫苗。

（2）测控精度达到0.01 mg/L。

（3）下位机与主机之间无线数据传输距离2 km。

在对氧胁迫产生的变化信号的检测方面，以24 h为1个周期；在早上、白天、傍晚等特殊时间点的变化情况检测方面，以增氧机开启前后做详细的记录。

4.3 应用情况记录

2012-06-02，天气报道：阴，东南风3～4级。最高气温：25℃左右。最低气温：21℃。

2012-06-08，天气报道：晴，东南风3～4级。最高气温：31℃左右。最低气温：19℃。

将温度、溶解氧传感器放置在鱼池投料点位置（投料点溶氧含量较低），传感器距离投料点平板大概3 m的距离，放置好主站和基站，检验各处接线是否插对或插紧，一切准备就绪后开始上电检测。

在系统工作中，选择几个时间点的溶解氧含量，基本上在误差范围之内。重新设置检测参数限值，开始监测，寻求最佳阈值。并在程序中设定默认阈值，以便根据天气温度适应不同用户的使用。

根据温度求得当前饱和溶解氧含量，如果当前溶解氧含量小于饱和溶解氧含量的30%，则闭合继电器进行增氧工作；如果大于40%，则打开继电器，停止增氧设备。从而精确控制增氧机的开启与关闭。

试验过程中做好了完备的试验记录，包括试验时水中温度的变化情况，溶解氧含量变化的情况，特殊时间段的详细变化规律，试验过程中由于异常情况（如断电或振动等）引起信号的变化等。

4.4 应用效益

通过一年来对试验鲤鱼池的生长环境监测发现，鲤鱼适宜生长在水温20～28℃，水中溶氧量5～8 mg/L，pH值6～8.5的环境中。应用该系统，可确保100亩养鱼池中的环境因子长期保持在适宜生长条件下。

2012年6月2日和6月8日两天的温度、溶氧量检测结果见表1、表2。，通过检测结果可以看到溶解氧含量在夜间较低，而白天，特别是晴朗的气候条件下溶氧含量相对要高一些，而通过本系统的自动增氧功能可实时控制鱼塘中水的溶解氧含量。

表1 温度、溶氧量日变化（2012-06-02，系统溶氧量设定范围：6～8 mg/L，风力：3级，阴）

表2 温度、溶氧量日变化（2012-06-08，系统溶氧量设定范围：6～8 mg/L，风力：3级，晴）

一般50亩的水场一年用电2.8万度，每度电0.6元，需花费1.68万元，应用该技术后，每天平均可节省2 h的用电量，即与传统增氧方式相比可节省用电1/3左右。使用水产养殖智能增氧系统还能提高鱼虾的抗病力，减少鱼虾缺养死亡，降低饵料系数，每亩平均增加经济效益1 050元。

5 结论

水产养殖数字化智能增氧技术的应用，使鱼塘的溶解氧能够长时期地保持合理状态，浮游生物也能正常存活，并能加速有机物的分解，无机物的氧化，抑制氨、亚硝酸盐和硫化氢产生，转化和降低其含量。有效地改善了池塘水质，为鱼类生产提供适宜的环境条件，提高生产效率，降低养殖户的养殖风险，达到安全、健康养殖和节能增效的目的。