一种水下养殖机器人控制系统设计.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-96-三星推荐水产养殖现代化需求:随着人口的增长和对优质食品需求的提高,传统的水产养殖方式面临着挑战。为了满足不断增长的养殖需求,提高养殖效益和减少环境风险,水产养殖业需要更加现代化、智能化的管理方法。先进的传感技术、自动控制技术、图像识别技术等在过去几年取得了巨大的发展。这些技术的不断进步为水下养殖机器人提供了先进的工具和平台,使其能够在水产养殖领域发挥更大的作用。水产养殖行业在发展的同时,也受到了环保和可持续发展的关注。智能化养殖系统通过精细化管理,可以更
2、好地避免过度投喂、过度使用药物等问题,有助于减轻对水体环境的压力,促进养殖业的可持续发展。水下养殖机器人广泛应用各类传感器,包括测量水质参数的传感器、摄像头和声呐等。这些传感器能够实现对水体环境和鱼群的实时监测,提供丰富的数据支持。通过数据分析、人工智能算法等技术,实现对水产养殖过程的智能化监控和管理。本文采用数据检测技术、智能控制技术、无线通信等研制了基于 MSP430M0L1306 单片机的主控制器的水下养殖机器人。系统根据采集水体的温度、光照、余氯、pH 酸碱度等关键参数,以及通过水下摄像头实时监测鱼群情况,设定阈值,并在监测到水质异常时触发报警系统。通过两个螺旋桨对控制水下养殖机器人进
3、行运动控制。该水下养殖机器人控制系统的研究方法可为水下养殖提供一种有效的解决方案。系统硬件电路设计水下养殖机器人具有多项功能,旨在提高水产养殖的管理效率、生产效益和环境监测水平。其具有的主要功能包括:实时采集水质信息、光照和气象监测、水下摄像头监测鱼群、智能化饲料管理、水体流动调节、数据存储与传输、异常报警系统和环境调控和紧急处理等功能模块。这些功能使得水下养殖机器人成为水产养殖智能化的关键工具,有助于提高养殖效益、降低管理成本、减少环境风险,并推动水产养殖业向更加可持续的方向发展。文中设计的水下养殖机器人以MSP430M0L1306 单片机为核心控制器,包括传感器信号采集(温度、光照、余氯、
4、pH 酸碱度)、气阀与气泵控制、水位检测、无线通读等功能模块组成。系统的主要功能模块如图 1 所示。信号检测电路设计水下养殖机器人配备了先进的传感器,能够实时采集水行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度梁国祥1 全楷杰1 梁菀凌2 黄丽霞11.宁德师范学院信息与机电工程学院2.莆田学院新工科产业学院梁国祥(1973),高级工程师。基 金 项 目:宁 德 师 范 学 院 2023 年 国 家 级 大学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目(项 目 编 号:202310398012),宁德师范学院服务地方行动计划专项(立项编号:2022ZX305)。一种
5、水下养殖机器人控制系统设计梁国祥 全楷杰 梁菀凌 黄丽霞-97-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 3 期三星推荐水下定位电路设计无论是用于作业的渔业水下机器人还是用于观测的,都需要具备相应的定位与运动规划能力。水下养殖机器人运用 MPU-6050 芯片在水下进行定位和导航。MPU-6050芯片占据的体积与空间较小,免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题,减少了大量的封装空间。通过加速度对时间的二次积分即可得到航行器位置。MPU-6050 芯片上升在水面以上,采用无线通信的方式与上位机进行通信。利用
6、MPU6050 芯片内部的数字运动处理器模块,可对传感器数据进行滤波、融合处理。MPU6050 通过 IIC 通讯方式与 MSP430M0 单片机的主控制器连接。其姿态解算频率最高可达 200Hz,适合用于水下养殖机器人姿态控制。MPU6050 芯片接口电路如图 3 所示。机器人供电电路原理图供电电源模块主要对水下养殖机器人的各个模块提供电源,通过稳压芯片对各模块供电。机器人控制系统的输入电压经过 SX1308 稳压成 5V 电压后,用于传感器的供电电压。5V 电压再经过 662K 三端稳压器件后输出 3.3V 的电压,用于单片机的供电电压,其电路工作原理图如图 4 所示。运动控制电路模块水下
7、动力系统主要包括使用两个螺旋桨对控制水下养殖图 4 供电电路原理图图 3 MPU6050 芯片接口电路图 2 传感器接口电路原理图图 1 水下养殖机器人系统结构框图体的温度、光照、余氯、pH 酸碱度等关键参数。温度传感器由单总线的数字式温度传感器,其具有精度高、灵敏度强且外接电路等优点。pH 传感器采用 RMD-ISDC2M12 型pH 传感器,其补偿温度-20130,满足水不同水质 pH酸碱度测量要。光照模块采用 GY-30 数字传感器,该传感器测量精准且使用方便。GY-30 数字传感采用 IIC 通讯方式,将光照强度转化为数字量,通过 SCL,SDA 引脚和单片机具有 I/O 口相连接并输
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