基于GSM模块的太阳能水产养殖智能监控机器人

问题的提出

我国的水产工业化养殖已经取得了显著的进步,已经逐步从传统的池塘养殖走向了工业化养殖。但是由于现有的工厂化养殖技术和设施水准较低,自动监控检测技术的应用则更加落后,大部分属于温室流水养鱼,污水不经处理直接排放,对于养殖池的环境参数只是做定期的检测,不能根据鱼体的活动状况随时做出相应的调整,即还停留在工厂化养殖的初级模式。水质直接影响到养殖对象的生长发育,从而关系到产量和经济效益。对养殖水体各参数的连续实时自动监控,不但可以对环境因子进行自动控制,使水产养殖管理达到一个新水平。因此,实现一种水产养殖环境监控系统是十分有意义的。

本机器人可以实现对养殖池环境参数的准确测量，对养殖环境的温度、pH值、溶氧量、氨氮等环境因子进行自动检测和控制，为水产品提供适宜的环境，实行科学养殖的功能，达到低成本，安全、优质、高产的目的。

功能模块的组成

(1)太阳能供电模块

机器人可以利用太阳能板所储存的能量为单片机以及外设供电，达到绿色节能无污染的目的。白天，太阳能板为蓄电池储能并且为机器人提供电能;夜间，蓄电池为机器人供电。从而，达到不需要外部电源供电的目的，实现自给自足的环保机器人。

(2)GSM模块

机器人可以实时采集水质的环境因子，假如水中的含氧量不足的话，机器人会自动向养殖业主发送短息，通知业主采取相应的措施，如开启供氧设备等。机器人上面的摄像头能够拍摄四周环境的情况，假如有可疑的人进入池塘进行非法活动时，GSM模块同样会发送短信通知安防人员采取措施，减小意外的发生，达到安全监控的目的。

(3)摄像头模块

机器人安装的摄像头可以360°旋转进行池塘周围环境的拍摄，起到安防的目的。CCD摄像头的360°旋转是通过底部的伺服电机控制的。伺服电机能够精确地旋转给定的角度，使得摄像头能够全方位的进行拍摄。机器人将拍摄下来的照片通过无线通用异步收发器传送到上位机，为监控人员提供影像信息。如果借助无线网络还可以实现实时视频的传输。

(4)传感器模块

采用溶氧量传感器，温度传感器，PH值传感器，氨氮传感器对养殖环境的温度、pH值、溶氧量、氨氮等环境因子进行自动检测和控制。

(5)驱动模块

机器人可以在水中自由移动，采集不同水域的温度、溶氧量、PH值等环境因子，使误差达到最小。驱动设备采用电机带动桨叶的旋转，使机器人能够按照上位机的指令在水中运行到指定的地点进行环境因子的测量。驱动模块采用BTS7960大电流半桥电机驱动芯片，利用两个半桥组成一个全桥实现电机的正转和反转。通过PWM调速实现电机快慢的控制。

(6)GPS模块

机器人借助GPS模块达到准确定位的目的。实时将机器人的位置信息发送到上位机，使得监控人员能够知道机器人目前所在的位置，便于监控人员进行后续操作和控制。

(7)蓝牙模块

当养殖池的业主距离机器人10m范围之内时，业主可以利用手机通过蓝牙串口模块进行与机器人的通信，机器人把传感器采集来的温度、溶氧量、PH值等环境因子通过蓝牙传给业主。采用蓝牙模块还可以对机器人进行定位、投放饲料、捡拾水中杂物等操作。

上位机监控软件的设计

采用VB编写上位机的监控界面，将传感器、摄像头、GPS位置信息反映在监控界面上。上位机还要将各项环境因子以曲线图的形式动态显示在窗口中。

下位机(机器人)的设计

机器人采用大赛提供的MIPS-Based PIC32单片机进行数据处理和控制操作，完成各个功能模块的协调工作。

机器人与上位机以及养殖业主的通信

机器人通过无线异步收发器进行数据的传输。

总结

机器人通过对水产养殖环境因子进行远距离实时监控，可以实现：(1)节省能源。通过对溶氧量的监控可以减少增氧机开启时间,节约了电能;(2)降低养殖成本，提高产量。通过对环境的监控为水产品提供了适宜的环境，减少疾病的产生，合理的投料可减少饲料的浪费; (3)可以减少人工劳动强度，提高劳动效率。

系统框图

软件流程介绍：

1. 采用PIC32单片机作为主控制单元，处理7大功能模块(太阳能供电模块、GSM模块、摄像头模块、传感器模块、驱动模块、GPS模块、蓝牙模块)的信息。首先，初始化各个功能模块的寄存器，程序开始执行。实时采样，将摄像头的图像信息存放在数组中，对图像进行压缩，压缩完成后通过无线UART异步收发器向上位机发送图片信息。上位机接收到图像信息后，将二进制数还原成一张图片。与此同时，单片机进行图像处理，将可疑人员识别出来，此时，触发声光报警装置，并且发送短息给手机用户，提醒用户有外来可疑人的入侵，通知执行机构，采取相应的措施。

2. 单片机对4个传感器(溶解氧传感器、温度传感器、PH值传感器、氨氮传感器)实时采样，进行滤波、放大、整形等信号处理，送到单片机中，单片机把AD转换后的4个测量值与环境因子指标进行比较，如果不符合环境因子指标，就触发报警，并且发短信通知手机用户，环境因子出现异常，触发执行机构，进行投料、开启供氧机等操作。

3. GPS模块向单片机发送当前位置信号，单片机再将位置信号上传到上位机。

4. 上位机与单片机通过无线模块通信，上位机把各项传感器信息描绘成曲线图，上位机把当前机器人的位置信息描绘在养殖池的平面图中，方便监控人员观察养殖场的环境状况。上位机还可以随时向机器人发送命令，控制机器人运动到指定地点，进行投放饲料等操作。