1．目的及意义

1.目的及意义

1.1研究背景

在过去二十年，水产养殖是世界范围内食品领域增长最快的的行业。世界水产养殖以亚洲一些国家最为发达，主要有中国、日本、印度和东南亚各国。自改革开放以来，我国的渔业调整了发展重点，确立了以养为主的发展方针，水产养殖业在全国范围内得以迅速发展。根据《中国渔业统计年鉴》的数据来看，2013年我国水产养殖产量就达到了4542万吨，到2016年更是增长到了5142万吨。2017年仍然保持持续增长，全国水产品总产量达到6445.33万吨，水产养殖产量已经占到世界水产养殖总量的70%左右，我国是名副其实的第一水产养殖大国。

随着我国经济发展的转变，农业结构调整也进入了关键时期，水产养殖供给侧结构性改革也在不断深入，"提质减量"成了转型农业的主要话题。供给侧结构性改革对水产养殖的影响，我国水产养殖的发展趋势和行业变革趋势明显。近年来，随着互联网技术的迅速发展，“互联网 ”发展理念已经深入到了我国各行各业，现水产养殖的各个环节已逐步与“互联网 ”技术互相结合，水产养殖渐渐向智能化、科学化、网络化方面发展。但是，目前我国主要还是以传统的养殖模式为主，在传统的水产养殖中以养殖人的养殖经验为指导，仅凭养殖人员感官、目测、历史经验等主观因素为决定条件，养殖管理缺乏科学性的问题。在水质检测与控制方面，仅凭人的主观感觉是很难及时的获取到准确信息，往往是发生一些肉眼可观的情况之时，养殖者才知道水质出现了问题，然而具体是什么情况还需要进一步检查才能发现并解决相对应的问题，这不仅影响着水产的产量，而且影响着水产的质量。因此，水产品的饲养对水质以及水产品生长的实时智能监控与管理就变得十分重要。水产养殖环境因子主要包括溶解氧、水温、PH、光照、水流等，其中溶解氧和温度尤为重要，故而本设计着重针对于溶解氧和温度进行研究，同时也研究PH。

1.2国内外研究现状

自从日本六十年代初期开始研究水产养殖环境因子自动化监控系统进行工厂化养鱼以来,世界各国纷纷研究、设计了水产养殖环境因子监测的自动化装置,经过几十年的发展水产养殖业逐步形成了高效的规模化产业,水产养殖环境因子监控技术也获得了很大的进步,它在水体消毒、净化、池底排污、增氧及控温方面,几乎采用了现代所有可以引用的实用技术,水产养殖环境因子监控系统己经达到了相当高的自动化程度。在机械化和自动化方面,欧美如德国、美国等主要是开展工厂化流水或封闭式循环水养鱼,使水质调控达到机械化和自动化。美国高密度养殖系统程序控制采用两种自动控制系统通用控制系统,由微机输入输出、数据记录仪和遥控组件构成工业程序控制系统,由小型计算机和控制软件组成,该网络具有个控制器。两系统可以控制水体溶解氧、温度、湿度、太阳辐射、风速、风向、能耗、电导率、混浊度,还可控制饲料机、泵、阀门、增氧机、空气压缩机等。德国具有自动控制系统和水质理化因子监测网络,并通过增加纯氧、生物净化、沉淀、过滤、曝气、脱氮等设施改良环境,做到循环用水。日本BICOM公司于2000年正式向市场推出了其研制的闭合循环水产养殖系统,该系统主要由一级硝化处理槽、水位维持装置、全自动驱动装置、分离系统、浓缩氧制造装置、水温控制装置、圆形养鱼槽等部件构成,该产品的技术优势较为明显,主要表现为水的净化率高,系统的集成性好,自动化程度高。在丹麦,全国仅有500万人口,养鱼工厂就有50余家,一个年产吨的养鱼工厂,只需一人承担全部操作与管理,其自动化水平相当高。

我国水产养殖环境因子监控的研究始于70年代,仅落后发达国家10余年。1979年作为科研攻关项目的“中国对虾工厂化人工育苗技术的研究”,开发了对虾养殖的控温技术,充气与搅拌技术,饵料的商业化与营养供给技术。20世纪80年代引入一批国外养鳗鱼的成套技术,目前仅个别尚在运转,没有普及推广。进入新世纪以后,众多学者在水产养殖水质控制、参数监测、循环水处理等方面做了大量研究,2001年河南省水产科学研究所朱文锦等人对水产养殖环境参数的监控进行了研究,开发了一套监控系统,该系统具有监测、运算、预报、图形显示、打印、自动与手动功能。2002年吴沧海等人开发了一套渔业水质自动监控系统,解决了渔业生产过程中增氧、投饲、污水零排放和水质自动调理等环节的控制技术。“十五”期间,通过国家的科研计划和技术开发,国内的有关科研单位和企业分别在海水循环水养殖和淡水循环水养殖个方面形成了基本的系统模式,取得了一定的示范应用效果。“循环水工厂化淡水鱼类养殖系统关键技术研究与开发”项目研制和开发了系统化的水处理设备,尤其在悬浮颗粒去除技术、高效生化反应器等关键术的研究方面取得显著进展,水循环率达到以上,生产系统排放水水质达到排放标准,初步建立了主要名特优淡水养殖品种的工厂化养殖技术体系。20005年宋协法等根据狼鲈的生理特点,在耗氧率、氮排泄率的基础上建立数学模型,以工厂化养殖设备为执行机构,构建环境调控软件包系统,通过计算机技术确定养殖污水处理设备的数量及规格,将养殖环境控制在最佳状态。郑瑞东等仁用泡沫分离法对工厂化养殖废水进行处理证明在海水或养鳗淡水中,可去除以上的悬浮颗粒。同年宋德敬等将臭氧与泡沫分离相结合研究臭氧的添加量和蛋白质的去除效果,证明二者配合使用可获得良好的水质净化效果。在2006年刘星桥等研制了一套工厂化水产养殖多环境因子智能监控系统,采用图象处理和专家系统对鱼病进行自动诊断和早期预报,采用移动通讯技术和互联网技术进行远程数据采集和监控。养殖水体多参数在线监控系统在工厂化养殖系统中己成功运用中国水科院渔机所,系统控制技术的应用研究在进一步深入。同时,在南方地域条件适宜的地区,应用工厂化养殖循环水技术对养殖池塘系统进行改造,如鳗鱼、罗非鱼土池养殖,在水质、病害控制、节水等方面已取得明显的效果。李谷等对人工湿地一养殖池塘复合生态系统进行研究,利用的塘边空地建立组平行的人工湿地对“的养殖池塘进行循环水净化处理,着重研究了垂直流人工湿地对养殖池塘排水的净化效果。白遗胜等围绕繁育设施建立包括养殖池塘、水生生物和排灌沟渠组成的池塘循环水自然净化系统,水质净化效果明显,不需要外部水源,鱼卵孵化率在以上。上海市标准化生态养殖场示范项目中国水科院渔机所,运用氧化塘技术和人工湿地技术进行设施化应用和工程化控制,达到了水质控制、水循环利用的目的。

1.3研究意义

水产养殖环境水质的在线监测与分析系统的研发，能够为水产养殖企业和养殖户提供有效的分析手段。通过水产养殖智能装置的使用，能够使养殖户及时掌握水体状态的变化，实时调控养殖水环境，达到防止病害发生，减少经济损失，提高成活率和水产品质量的目的，最终实现绿色无公害水产品的生产。

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2. 研究的基本内容与方案

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2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案措施

2.1研究的内容

池塘养鱼时，为避免因水质问题导致鱼类死亡，需要对水质进行监测与控制。设计一套水质监控系统，对水质进行实时监测，如若水质出现问题则对其进行控制，包括下位机设计与上位机设计。

完成的主要任务和要求：

（1） 根据所监测水质因子对传感器进行选型；

（2） 根据所选传感器输出信号进行调理电路设计；

（3） 选择合适AD转换器和单片机，完成下位机部分设计；