本發(fā)明涉及機器魚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于仿生機器魚的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著仿生學的發(fā)展，國內(nèi)外越來越多的學者致力于研究仿生機器魚，仿照魚類的外形以及游動機理，制造出仿生機器魚使之具有高效、靈活的水下巡游能力，可以應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下的資源探測、生物研究和軍事偵察等領(lǐng)域?；谶@些優(yōu)點人們對仿生機器魚的研究也越來越多，仿生機器魚的功能也越來越完善，仿生機器魚的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了科學、教育和娛樂等領(lǐng)域。

水產(chǎn)養(yǎng)殖是近幾年新興的產(chǎn)業(yè)，但是隨著環(huán)境污染的加重，水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨著各種挑戰(zhàn)，偌大的養(yǎng)殖場，技術(shù)人員不可能時時刻刻關(guān)注著，水質(zhì)質(zhì)量的檢測以及魚苗的生長情況都需要實時知道，這就造成極大的工作量，隨著機器魚行業(yè)的不斷發(fā)展，如何設(shè)計一種能在水下工作，具有檢測水質(zhì)，實時檢測魚苗的生長情況，用戶可隨時隨地用智能手機觀察魚塘及魚苗情況，以及實現(xiàn)對仿生機器魚操控等功能的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，仍是急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于仿生機器魚的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，該淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)可以檢測水質(zhì)以及顯示水質(zhì)情況，能夠?qū)崟r觀察魚苗生長情況，仿生機器魚可在魚塘自主巡游。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于仿生機器魚的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，包括仿生機器魚、無線充電模塊、監(jiān)測管理系統(tǒng)和移動監(jiān)控終端，所述仿生機器魚包括依次相連的魚頭部分、魚身部分和魚尾部分，所述魚頭部分的內(nèi)部設(shè)有控制模塊、水質(zhì)檢測傳感器、gps定位組件、第一無線收發(fā)模塊和電池組；所述控制模塊對所述水質(zhì)檢測傳感器檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)、gps定位組件定位后的位置信息進行綜合處理后通過無線收發(fā)模塊和無線網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)測管理系統(tǒng)；所述無線充電模塊用于給仿生機器魚的電池組自動無線充電，包括設(shè)置在魚頭外殼下部的無線電能接收組件和多個設(shè)置在養(yǎng)殖池塘中的無線電能發(fā)射組件；所述監(jiān)測管理系統(tǒng)包括中央處理器，所述中央處理器連接有顯示模塊、第二無線收發(fā)模塊和報警模塊，通過中央處理器對接收到的圖像信息、水質(zhì)數(shù)據(jù)和位置信息進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至移動監(jiān)控終端，并在顯示模塊上顯示出水質(zhì)狀況和仿生機器魚位置，水質(zhì)出現(xiàn)異常時通過報警模塊進行報警；所述移動監(jiān)控終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測管理系統(tǒng)進行通訊，獲取所述監(jiān)測管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，向監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)送控制指令。

進一步的，所述魚頭部分包括魚頭外殼，所述魚頭外殼的外表面為流線型結(jié)構(gòu)，所述魚頭外殼的前端具有尖端部，所述尖端部上設(shè)置有魚眼部位，所述魚眼部位設(shè)置有攝像頭，通過攝像頭對魚苗的生長情況進行實時采集，并將采集圖像信息傳輸至控制模塊，所述魚頭外殼的兩側(cè)對稱的安裝有胸鰭；所述魚頭外殼與所述魚身部分之間依次設(shè)置有密封圈、防水墊和防水蓋板；所述魚尾部分包括尾鰭支架和尾鰭，所述尾鰭支架的一端與魚身部分連接，另一端安裝有所述尾鰭。

進一步的，所述魚頭外殼的內(nèi)部還設(shè)有動力組件，所述動力組件與軀干骨架相連并驅(qū)動所述軀干骨架擺動以實現(xiàn)仿生機器魚在水下的移動，所述動力組件由發(fā)電機和齒輪箱組成。

進一步的，所述魚身部分包括魚皮和軀干骨架，所述魚皮包裹在軀干骨架的外部，所述軀干骨架包括多個彼此耦合連接在一起以形成軀干骨架的軀干關(guān)節(jié)，每個軀干關(guān)節(jié)包括驅(qū)動裝置、驅(qū)動裝置內(nèi)支架和驅(qū)動裝置外支架，所述驅(qū)動裝置外支架的一端連接到所述驅(qū)動裝置的輸出軸上并隨所述的輸出軸轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動裝置外支架的另一端以可轉(zhuǎn)動的方式連接到所述驅(qū)動裝置內(nèi)支架上，所述驅(qū)動裝置外支架的中部與其后方的軀干關(guān)節(jié)的驅(qū)動裝置內(nèi)支架固定連接；所述驅(qū)動模塊采用舵機。

進一步的，所述水質(zhì)檢測傳感器包括溫度傳感器、ph傳感器、渾濁度檢測儀、生化需氧量測定儀和化學需氧量測定儀，所述水質(zhì)傳感器將采集到的水的溫度、含氧量、ph值的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過信號放大器、a/d轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)娇刂颇K。

進一步的，所述無線電能接收組件包括接收端防水外殼，所述接收端防水外殼固定設(shè)置在魚頭部分下部，所述接收端防水外殼的端部固定設(shè)置有接收線圈，所述接收端防水外殼的內(nèi)部設(shè)置有電量檢測模塊和無線充電接收模塊，所述電量檢測模塊、接收線圈分別與無線充電接收模塊之間電連接，電量檢測模塊用于對機器魚的當前電量進行實時檢測。

進一步的，所述無線電能發(fā)射組件包括防水充電底座，所述防水充電底座設(shè)置在養(yǎng)殖池塘的池底卡槽中，所述防水充電底座的上端固定設(shè)置有充電線圈，所述防水充電底座的內(nèi)部設(shè)有定位模塊和無線充電發(fā)射模塊，定位模塊和無線充電發(fā)射模塊之間電連接，無線充電發(fā)射模塊通過水下電纜與外部電源連接。

進一步的，所述監(jiān)測管理系統(tǒng)還包括云端存儲模塊，所述云端存儲模塊用于存儲所述攝像頭采集的圖像信息、所述水質(zhì)檢測傳感器檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)和gps定位組件定位后的位置信息。

進一步的，所述監(jiān)測管理系統(tǒng)還包括與中央處理器連接的按鍵輸入模塊，通過按鍵輸入模塊輸入對機器魚的控制命令，中央處理器接收該控制命令并無線傳輸至仿生機器魚；與中央處理器連接的水位采集裝置，檢測魚塘水位；與中央處理器連接的進排水裝置，按照命令執(zhí)行進排水工作。

進一步的，所述移動監(jiān)控終端包括安裝有應(yīng)用軟件的智能手機、臺式電腦或平板電腦。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測的仿生機器魚，可以通過安裝在仿生機器魚身上的水質(zhì)檢測傳感器檢測各項水質(zhì)參數(shù)，通過安裝在仿生機器魚身上的攝像頭，對魚苗的生長情況進行實時監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)無線傳輸至監(jiān)測管理系統(tǒng)，在監(jiān)測管理系統(tǒng)的顯示模塊顯示水質(zhì)信息、仿生機器魚位置及運動軌跡；用戶可通過移動監(jiān)控終端實時獲取水質(zhì)信息和魚苗情況，并對仿生機器魚遠程操控；若發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不符合規(guī)定值，監(jiān)測管理系統(tǒng)和移動監(jiān)控終端會發(fā)出報警信息，提醒相關(guān)技術(shù)人員注意；相比傳統(tǒng)的人工采樣方式，利用本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)可以在全水域不同位置進行水質(zhì)實時動態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測頻率高，所測數(shù)據(jù)的準確性和實時性好，并且該監(jiān)測系統(tǒng)無需人值守，免維護，管理成本低。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1是本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明實施例的仿生機器魚的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、仿生機器魚，2、無線充電模塊，3、監(jiān)測管理系統(tǒng)，4、移動監(jiān)控終端，5、魚頭部分，6、魚身部分，7、魚尾部分，8、控制模塊，9、gps定位組件，10、水質(zhì)檢測傳感器，11、第一無線收發(fā)模塊，12、電池組，13、動力組件，14、攝像頭，15、溫度傳感器，16、ph傳感器，17、渾濁度檢測儀，18、生化需氧量測定儀，19、化學需氧量測定儀，20、信號放大器，21、a/d轉(zhuǎn)換器，22、無線電能接收組件，23、無線電能發(fā)射組件，24、接收端防水外殼，25、電量檢測模塊，26、接收線圈，27、無線充電接收模塊，28、防水充電底座，29、充電線圈，30、定位模塊，31、無線充電發(fā)射模塊，32、中央處理器，33、按鍵輸入模塊，34、顯示模塊，35、第二無線收發(fā)模塊，36、報警模塊，37、存儲模塊，38、水位采集裝置，39、進排水裝置，40、尖端部。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

為了在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，對水質(zhì)質(zhì)量的檢測以及魚苗的生長情況進行實時監(jiān)測，及時告知技術(shù)人員，降低工作量，降低損失，本申請?zhí)岢隽艘环N基于仿生機器魚的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。

如圖1所示，本實施例公開了一種基于仿生機器魚的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，該淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)包括仿生機器魚1、無線充電模塊2、監(jiān)測管理系統(tǒng)3和移動監(jiān)控終端4四個模塊，通過仿生機器魚1對水質(zhì)進行檢測、魚苗生長觀察和魚塘自主巡游，通過無線充電模塊2實現(xiàn)仿生機器魚的自動充電，通過監(jiān)測管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理及存儲，可提供水質(zhì)狀況、仿生機器魚位置及運動軌跡顯示，以及對機器魚遠程操控、泵及閥門控制和報警，移動監(jiān)控終端通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測管理系統(tǒng)進行通信，用戶可通過移動監(jiān)控終端4隨時隨地觀察魚塘及魚苗情況，以及對仿生機器魚的操控和運動軌跡查看，還可遠程操控機器魚的直游、轉(zhuǎn)彎、翻轉(zhuǎn)，水質(zhì)出現(xiàn)異常報警。

如圖2所示，仿生機器魚1包括依次相連的魚頭部分5、魚身部分6和魚尾部分7。

魚頭部分5包括魚頭外殼，魚頭外殼的外表面為流線型結(jié)構(gòu)；魚頭外殼的前端具有尖端部40，可用于仿生機器魚游動時劈開前部的水流，減小游動時的阻力；尖端部40上設(shè)置有魚眼部位，所述魚眼部位設(shè)置有攝像頭14，攝像頭14會對魚苗的生長情況進行實時采集，并采集到的圖像信息傳送到控制模塊；魚頭外殼的兩側(cè)對稱的安裝有胸鰭，設(shè)置胸鰭有利于保持仿生機器魚的平衡，使仿生機器魚在移動過程中保證直立，避免其側(cè)翻，提供其工作的可靠性；魚頭外殼與魚身部分之間依次設(shè)置有密封圈、防水墊和防水蓋板，防水墊的形狀與魚頭外殼靠近魚身部分的端面的形狀一致，防水蓋板上設(shè)置有控制線引出孔；魚頭外殼為密封殼體，其內(nèi)部設(shè)有控制模塊8、水質(zhì)檢測傳感器10、gps定位組件9、第一無線收發(fā)模塊11和電池組12；所述控制模塊1對所述攝像頭采集的圖像信息、所述水質(zhì)檢測傳感器檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)、gps定位組件定位后的位置信息進行綜合處理后通過無線收發(fā)模塊11和無線網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)測管理系統(tǒng)2。

本實施例中，為了采集水的溫度、含氧量、ph值等數(shù)據(jù)信息，優(yōu)選上述水質(zhì)檢測傳感器10包括溫度傳感器15、ph傳感器16、渾濁度檢測儀17、生化需氧量測定儀18和化學需氧量測定儀19，水質(zhì)傳感器10將采集到的水的溫度、含氧量、ph值的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過信號放大器20、a/d轉(zhuǎn)換器21傳輸?shù)娇刂颇K8。

本實施例中，為了控制魚身部分擺動自如，優(yōu)選上述魚頭外殼的內(nèi)部還設(shè)有動力組件13，所述動力組件13與魚身部分相連并驅(qū)動魚身部分擺動以實現(xiàn)仿生機器魚在水下的移動，所述動力組件13由發(fā)電機和齒輪箱組成。

魚身部分6包括魚皮和軀干骨架，魚皮包裹在軀干骨架的外部，軀干骨架包括四個彼此耦合連接在一起以形成軀干骨架的軀干關(guān)節(jié)；每個軀干關(guān)節(jié)包括驅(qū)動裝置、驅(qū)動裝置內(nèi)支架和驅(qū)動裝置外支架，所述驅(qū)動裝置外支架的一端連接到所述驅(qū)動裝置的輸出軸上并隨所述的輸出軸轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動裝置外支架的另一端以可轉(zhuǎn)動的方式連接到所述驅(qū)動裝置內(nèi)支架上，所述驅(qū)動裝置外支架的中部與其后方的軀干關(guān)節(jié)的驅(qū)動裝置內(nèi)支架固定連接；所述驅(qū)動模塊采用舵機。

本實施例軀干骨架中包括四個軀干關(guān)節(jié)，與真實魚體的軀干相比，模擬程度高，通過四個軀干關(guān)節(jié)的配合協(xié)作運動能夠?qū)崿F(xiàn)前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等運動。

魚尾部分7包括尾鰭支架和尾鰭，所述尾鰭支架的一端與軀干骨架連接，另一端安裝有所述尾鰭，本實施例中，尾鰭的形狀為燕尾形的形狀，提高仿生機器魚的游動效率。

無線充電模塊2包括設(shè)置在魚頭部分下部的無線電能接收組件22和多個設(shè)置在養(yǎng)殖池塘中的無線電能發(fā)射組件23，通過無線電能發(fā)射組件23從外部電源獲取電能，電池組12通過無線電能接收組件22從無線電能發(fā)射組件23獲取電能并充電。

無線電能接收組件22設(shè)置在魚頭殼體的下部，無線電能接收組件22與電池組12電連接，無線電能接收組件22包括接收端防水外殼24、電量檢測模塊25、接收線圈26和無線充電接收模塊27，接收端防水外殼24固定設(shè)置在魚頭部分下部，接收線圈26固定設(shè)置在接收端防水外殼24的端部，電量檢測模塊25和無線充電接收模塊27設(shè)置在接收端防水外殼24的內(nèi)部，電量檢測模塊25、接收線圈26分別與無線充電接收模塊之間電連接，電量檢測模塊25用于對機器魚的當前電量進行實時檢測。

無線電能發(fā)射組件23固定設(shè)置在在養(yǎng)殖池塘的池底，無線電能發(fā)射組件23包括防水充電底座28、充電線圈29、定位模塊30和無線充電發(fā)射模塊31，防水充電底座28設(shè)置在養(yǎng)殖池塘的池底卡槽中，充電線圈29固定設(shè)置在防水充電底座28的上端，定位模塊30和無線充電發(fā)射模塊31設(shè)置在防水充電底座28的內(nèi)部，定位模塊30和無線充電發(fā)射模塊31之間電連接，無線充電發(fā)射模塊31通過水下電纜與外部電源連接。

本實施例中，為了實現(xiàn)在魚塘內(nèi)對仿生機器魚進行無線充電，在養(yǎng)殖池塘的池底設(shè)置多個無線充電節(jié)點，在每個充電節(jié)點設(shè)置一個卡槽，將無線電能發(fā)射組件23設(shè)置在卡槽中，定位模塊30每隔一段時間發(fā)射一次無線電能發(fā)射組件23的位置坐標，以供仿生機器魚1接收且尋找最近的充電地點。電量檢測模塊25集成在無線電能接收組件22中，其能夠?qū)Ψ律鷻C器魚1的當前電量進行實時檢測，當檢測到電量低于10％時，定位模塊30給仿生機器魚1發(fā)射充電節(jié)點最近的位置信號，仿生機器魚1游向無線充電裝置的無線電能發(fā)射組件23。無線電能發(fā)射組件23與無線電能接收組件22配套使用，利用充電線圈29與接收線圈26之間的電磁感應(yīng)原理對電池組進行充電，當充電線圈29與接收線圈26耦合，其間隙在5mm之內(nèi)即可以無線充電，且兩個線圈之間的間距越小充電效率越高。充電時魚頭殼體和卡槽相切合，利用充電線圈與接收線圈之間的電磁感應(yīng)原理對電池組進行充電，由于無線充電模塊在水中無導線及其它導電設(shè)施，所以不會出現(xiàn)水中導電情況。

監(jiān)測管理系統(tǒng)3包括中央處理器32、按鍵輸入模塊33、顯示模塊34、第二無線收發(fā)模塊35、報警模塊36和云端存儲模塊37，通過中央處理器32對接收到的圖像信息、水質(zhì)數(shù)據(jù)和位置信息進行處理，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至移動監(jiān)控終端4，同時，在顯示模塊34上顯示出水質(zhì)狀況、仿生機器魚位置及運動軌跡，并將所述攝像頭采集的圖像信息、所述水質(zhì)檢測傳感器檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)和gps定位組件定位后的位置信息存儲到云端存儲模塊37中，水質(zhì)出現(xiàn)異常通過報警模塊36進行報警；通過按鍵輸入模塊33輸入對機器魚的控制命令，中央處理器32接收該控制命令并無線傳輸至仿生機器魚1，仿生機器魚1執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。

本實施例中，監(jiān)測管理系統(tǒng)3還包括與中央處理器連接的水位采集裝置38，水位采集裝置38設(shè)置在魚塘中，用于采集魚塘的水位數(shù)據(jù)，該水位采集裝置包括多個水位傳感器和變速器，水位傳感器通過所述變送器與所述中央處理器連接，水位傳感器用于采集所述水位數(shù)據(jù)，變送器將所述水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀凰鲋醒胩幚砥髯R別的電信號。

本實施例中，監(jiān)測管理系統(tǒng)3還包括與中央處理器連接的進排水裝置39，所述進排水裝置包括設(shè)置在魚塘進出水口的水泵和閥門，進行抽水或注水工作，當監(jiān)測管理系統(tǒng)3檢測到魚塘的水位低于設(shè)定值時，水位過低，不能滿足魚苗的要求，此時，監(jiān)測管理系統(tǒng)3控制閥門打開，利用水泵向魚塘內(nèi)注水，達到設(shè)定值時控制閥門關(guān)閉。

移動監(jiān)控終端4通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測管理系統(tǒng)通信連接，可根據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，讀取用戶的控制指令，并向監(jiān)控管理系統(tǒng)發(fā)送控制指令，實現(xiàn)對仿生機器魚的操控；所述移動監(jiān)控終端包括安裝有應(yīng)用軟件的智能手機、臺式電腦或平板電腦。用戶隨時隨地用智能手機觀察魚塘及魚苗情況，以及遠程操控機器魚的直游、轉(zhuǎn)彎、翻轉(zhuǎn)，查看軌跡，若發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不符合規(guī)定值，監(jiān)測管理系統(tǒng)和移動監(jiān)控終端會發(fā)出報警信息，提醒相關(guān)技術(shù)人員注意。

本發(fā)明集成了遠程控制、水質(zhì)檢測、以及利用移動監(jiān)控終端報警等功能，可完成對水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域的智能管理，利用本發(fā)明的淡水養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)在全養(yǎng)殖區(qū)域不同位置觀察魚苗生長情況以及對水質(zhì)進行動態(tài)監(jiān)測，并且所測數(shù)據(jù)的準確性和時效性好。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。