深水网箱鱼群状态与水质环境远程监测系统研究

摘要

在全球海洋渔业资源日益衰减的今天，深水网箱以其抗风浪、耐海流能力强、养殖容量大、高产高效、环保等优势成为现代耕海牧渔的发展方向。深水网箱养殖过程中，由于网箱离岸远，范围广，水体浑浊，不容易观察鱼群活动状态，同时也往往难以把握合适的投饲量，投饵过少将影响鱼类生长健康，过多则增大养殖饲料成本，同时剩余饵料又会污染环境。为了进行鱼群状态监测和避免饲养投喂的随意性和盲目性，急需加强深水网箱鱼群状态与水质环境监测，为正确判断鱼群食欲、科学进行投饲提供重要参考依据。本文根据深水网箱养殖环境的特殊要求，设计并实现了一套结构简单、功耗低、体积小、远程、实时的深水网箱鱼群状态与水质环境监测系统。
　　主要内容:
　　1、分析了典型经济鱼类声学散射特性，并深入研究了典型深水网箱养殖环境下噪声、混响干扰特性，进而设计鱼群声学监测的信号形式、工作频率、脉冲宽度、功率大小等相关参数及回波信号识别、提取和处理技术，以便获得有效的鱼群状态信息;
　　2、针对深水网箱鱼群养殖系统水环境，设计了水温、溶解氧、pH值等水质参数的获取方法，包括合理选取不同水质传感器，实现准确、简便、快速完成水质环境参数的信息获取;
　　3、基于鱼群空间分布与鱼类摄食状态，使用高性能、低功耗的STM32F103ZET6增强型系列微控制器作为网箱现场数据采集单元的主控制器，完成声信号发射接收电路与水质环境数据采集电路，实现了数据的即采即发功能;
　　4、采用嵌入式移动设备和无线数据传输相结合方式设计了便携式用户监控终端，提供了简洁友好的人机交互界面，显示深水网箱鱼群量大小、鱼群空间分布、养殖水温、溶解氧、pH值等水质环境参数信息。基于前期监测经验和渔业养殖人员对水质条件的要求，可以合理设置安全阈值，当出现监测数据异常情况时，能及时示警。
　　在对各监测模块的可行性与准确性验证的基础上，进行了实验室水池和海上现场的测试。实验结果表明系统能够实时、可靠地完成深水网箱鱼群与水质环境数据的采集、传送以及显示，而且系统人机界面友好、操作简便、信息显示清晰明确。系统不仅考虑鱼群活动空间分布，而且也兼顾水温、溶解氧、pH值三项重要水质环境参数的监测，对深水网箱养殖情况的把握更全面到位;系统采用无线数据传输与便携式用户终端相结合方案，克服了电缆长度有限、监控机身庞大、耗电大等问题，大大提高户外监测操作的机动性和灵活性。该系统监测信息可以帮助养殖人员及时了解网箱养殖情况，为喂养决策提供关键参考数据，这对提高饲料利用率，降低养殖成本，减轻环境污染，实现深水网箱鱼群健康高效养殖具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 论文主要内容

第二章 深水网箱监测系统方案设计

2．1 系统整体框架设计

2．2 网箱现场数据采集设计方案

2．2．1 深水网箱监测参数的选取

2．2．2 主控制器的选取

2．3 用户层设计

2．3．1 用户监控层功能概述

2．3．2 用户监控层模块选择

第三章 深水网箱鱼群状态声学监测原理与关键技术

3．1 鱼群声学监测原理

3．2 海洋环境声学特性对鱼群声监测的影响

3．2．1 海水对声波的衰减

3．2．2 海洋环境噪声影响及其抑制方法

3．2．3 海洋混响影响及其抑制方法

3．3 声学监测主要技术指标

3．4 水下收发换能器

第四章 深水网箱水质环境监测原理与关键技术

4．1 水质传感器技术介绍

4．2 温度传感器技术

4．3 溶解氧传感器技术

4．4 pH值传感器技术

第五章 深水网箱监测系统实现

5．1 声探测系统

5．1．1 探测信号发射电路单元

5．1．2 回波接收预处理电路单元

5．2 水质环境数据采集

5．2．1 温度采集单元

5．2．2 溶解氧与pH值采集单元

5．3 主控制器STM32F103ZET6

5．4 用户监测系统数据处理与显示

第六章 系统实验验证与结果分析

6．1 监测系统样机

6．2 监测模块性能测试

6．3 实验室水池实验

6．4 海上现场实验

第七章 总结与展望

参考文献

致谢