基于仿生機器魚的控制測試系統

趙江林 何建輝 湯明新 曾偉豪

摘 ?要：水環境對于我們日常生活來說是非常重要的，無論在養殖業還是農業生產，對于水環境的質量是有一定要求的。對于一般的水下檢測，檢測系統的出現大大地取代了人工水下作業的難度。文章為基于仿生機器魚的控制測試系統，以微信小程序為前端，以云端服務器為橋梁，下位機進行數據收集。從而對水質進行遠程檢測，并把數據傳輸給用戶的微信小程序端，方便眾多對水質檢測有需求的用戶使用。

關鍵詞：微信小程序;遠程控制;水質檢測

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0038-03

Abstract： Water environment is very important for our daily life， whether in aquaculture or agricultural production， there are certain requirements for the quality of water environment. For general underwater detection， the emergence of detection system greatly replaces the difficulty of artificial underwater operation. This paper is a control and test system based on bionic robot fish， with WeChat Mini Program as the front end， the cloud server as the bridge， and the lower computer for data collection. Thus， the water quality is detected remotely， and the data is transmitted to the user's WeChat Mini Program end， which is convenient for many users who has the need for water quality detection.

Keywords： WeChat Mini Program; remote control; water quality detection

引言

目前大多數水下檢測大多數是用水下傳感器人工進行測試，然后與標準值進行校對。同時，對于養殖業生產需要多個技術檢測指標，例如水下溫度、水溶解氧含量、水下的PH值以及水環境的渾濁程度等[1]，如果只是用單一的傳感器來進行檢測，并拿回去實驗室再與標準數據做一一對比時，這很大程序上增加了勞動時間，而且其效率不高，導致勞動成本的增加。至于深水檢測，則需要潛水員去完成[2]。

為了改善這種低效率且耗成本的現有狀況，本論文設計基于仿生機器魚的監測平臺，以水下機器人搭載的CPU作為下位機，同時裝有比較多的水質監測傳感器和攝像頭模塊，經過一系列的數據轉換，經WIFI通信，傳輸到微信小程序的上位機中，并把這些數據直接顯示到用戶的小程序端。一定程度上，可以提高監測的效率，同時降低水下作業的勞動成本。

1 系統整體構架

本基于仿生機器魚的控制測試系統如圖1所示，由微信小程序·云端服務器及數據庫·下位機組成。

微信小程序基于微信app使用，具有實時視頻監控，數據顯示功能。

云端服務器使用阿里云服務器，數據庫使用mysol數據庫。

下位機由運動控制模塊和監測模塊，檢測模塊集成水下高清攝像頭，水壓傳感器，水溫傳感器，PH傳感器，渾濁度傳感器等，通過WIFI模塊連接外網，將數據傳輸至云端服務器。

該系統使用微信小程序作為控制端發送指令，云端服務器作為傳輸紐帶轉發指令給下位機，從而完成遠程控制，下位機同時通過WIFI模塊連接服務器將實時數據保存至數據庫，并呈現在微信小程序上。

2 仿生機器魚的控制測試系統方案

2.1 系統微信小程序的實現

2.1.1 微信小程序整體構架（圖2）

微信小程序前端由運動控制板塊，視頻監控板塊，水質檢測板塊和歷史數據查詢板塊組成。

2.1.2 微信小程序的實現

微信小程序是一種不需要下載安裝即可使用的應用，它實現了應用“觸手可及”的夢想，用戶掃一掃或搜一下即可打開應用[3]。所以本系統采用微信小程序作為前端程序。微信小程序使用微信開發者工具作為開發工具，以實現系統的數據顯示。

2.2 系統服務器的實現

云服務器的實現：本系統使用騰訊云服務器進行開發和管理，開發語言為PHP。云服務器是下位機與微信小程序客戶端之間數據的重要橋梁，服務器的穩定性決定了整個系統的穩定性，因此選擇了較為穩定的CentOS7.0作為服務器系統，服務器程序為Apache 2.4.9 GA。

2.3 系統下位機的實現

水下機器人中搭載著WIFI模塊，小程序端通過與WIFI數據相連，即可以完成數據傳輸。如果用戶需要實現數據信息的遠距離傳送，水下機器人搭載的WIFI模塊可以直接與路由器相連接，用戶只需要連接外網即可實現該功能。下位機的CPU是利用stm32控制核心板，下位機也可以利用該通信方式來接收用戶發送的運動控制指令，從而控制水下機器人實現相應的運動。同時，CPU與水下機器人裝載的水環境檢測傳感器相連，例如溫度傳感器、水中含氧量傳感器、水渾濁傳感器、PH傳感器等。經過一系列的通信方式或者以讀取傳感器的AD值等，在CPU中經算法得出檢測的數值，并與系統設計水質監測的標準范圍值進行比較，并同時把比較得出的效果直接反饋給用戶端。

2.4 系統整體功能的實現

如圖3所示，用戶打開微信小程序輸入下位機IP地址，連接成功后，微信小程序向服務器發送指令，服務器經過處理后轉發給下位機，即可對下位機進行運動控制。下位機反饋水質數據及視頻數據給服務器，服務器轉存數據庫，并解碼數據發送給微信小程序實時顯示。

3 系統測試及結果分析

圖4為系統在測試環境中測得結果圖，系統運行正常，監控視頻延遲在3秒以內，數據反饋正常，下位機運行正常，通過大功率路由器與下位機連接，實現了遠程控制的功能。

從所測數據顯示測得PH值為6.7， 渾濁度為2ntu，溶解氧為20mg/L，導電率為10m/s。與設定值基本相同，可以達到水質檢測的要求。

4 結束語

本系統通過使微信小程序與云端服務器與下位機的配合，經過測試后，可以實現通過微信小程序對仿生機器魚進行遠程控制及實時水質檢測。本系統以微信小程序為基礎，云端服務器為橋梁，高性能stm32芯片為核心，實現了上述功能，微信具有龐大的用戶群體，小程序的開發門檻低于以往的客戶端APP，其上線速度也更快，應用微信小程序開發程序，可降低開發成本，且符合移動互聯網產業的發展趨勢[3]。

參考文獻：

[1]徐秀英，譚暉，王博亮，等.近海養殖環境自動檢測系統[J].廈門大學學報（自然科學版），2005（S1）：107-110.

[2]王秘學，譚界雄，田金章，等.以ROV為載體的水庫大壩水下檢測系統選型研究[J].人民長江，2015，46（22）：95-98+102.

[3]曾郁，丘愛誼.基于微信小程序的多媒體設備管理系統設計與實現[J].信息與電腦（理論版），2018，417（23）：68-69，72.