基于仿生機(jī)器魚(yú)的控制測(cè)試系統(tǒng)

趙江林 何建輝 湯明新 曾偉豪

摘 ?要：水環(huán)境對(duì)于我們?nèi)粘Ｉ顏?lái)說(shuō)是非常重要的，無(wú)論在養(yǎng)殖業(yè)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)于水環(huán)境的質(zhì)量是有一定要求的。對(duì)于一般的水下檢測(cè)，檢測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)大大地取代了人工水下作業(yè)的難度。文章為基于仿生機(jī)器魚(yú)的控制測(cè)試系統(tǒng)，以微信小程序?yàn)榍岸耍栽贫朔?wù)器為橋梁，下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。從而對(duì)水質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，并把數(shù)據(jù)傳輸給用戶(hù)的微信小程序端，方便眾多對(duì)水質(zhì)檢測(cè)有需求的用戶(hù)使用。

關(guān)鍵詞：微信小程序;遠(yuǎn)程控制;水質(zhì)檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(shù)水下檢測(cè)大多數(shù)是用水下傳感器人工進(jìn)行測(cè)試，然后與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行校對(duì)。同時(shí)，對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)需要多個(gè)技術(shù)檢測(cè)指標(biāo)，例如水下溫度、水溶解氧含量、水下的PH值以及水環(huán)境的渾濁程度等[1]，如果只是用單一的傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，并拿回去實(shí)驗(yàn)室再與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做一一對(duì)比時(shí)，這很大程序上增加了勞動(dòng)時(shí)間，而且其效率不高，導(dǎo)致勞動(dòng)成本的增加。至于深水檢測(cè)，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(xiàn)有狀況，本論文設(shè)計(jì)基于仿生機(jī)器魚(yú)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，以水下機(jī)器人搭載的CPU作為下位機(jī)，同時(shí)裝有比較多的水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器和攝像頭模塊，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)WIFI通信，傳輸?shù)轿⑿判〕绦虻纳衔粰C(jī)中，并把這些數(shù)據(jù)直接顯示到用戶(hù)的小程序端。一定程度上，可以提高監(jiān)測(cè)的效率，同時(shí)降低水下作業(yè)的勞動(dòng)成本。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架

本基于仿生機(jī)器魚(yú)的控制測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，由微信小程序·云端服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)·下位機(jī)組成。

微信小程序基于微信app使用，具有實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，數(shù)據(jù)顯示功能。

云端服務(wù)器使用阿里云服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)使用mysol數(shù)據(jù)庫(kù)。

下位機(jī)由運(yùn)動(dòng)控制模塊和監(jiān)測(cè)模塊，檢測(cè)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(guò)WIFI模塊連接外網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器。

該系統(tǒng)使用微信小程序作為控制端發(fā)送指令，云端服務(wù)器作為傳輸紐帶轉(zhuǎn)發(fā)指令給下位機(jī)，從而完成遠(yuǎn)程控制，下位機(jī)同時(shí)通過(guò)WIFI模塊連接服務(wù)器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，并呈現(xiàn)在微信小程序上。

2 仿生機(jī)器魚(yú)的控制測(cè)試系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)微信小程序的實(shí)現(xiàn)

2.1.1 微信小程序整體構(gòu)架（圖2）

微信小程序前端由運(yùn)動(dòng)控制板塊，視頻監(jiān)控板塊，水質(zhì)檢測(cè)板塊和歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)板塊組成。

2.1.2 微信小程序的實(shí)現(xiàn)

微信小程序是一種不需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢(mèng)想，用戶(hù)掃一掃或搜一下即可打開(kāi)應(yīng)用[3]。所以本系統(tǒng)采用微信小程序作為前端程序。微信小程序使用微信開(kāi)發(fā)者工具作為開(kāi)發(fā)工具，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示。

2.2 系統(tǒng)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)

云服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)使用騰訊云服務(wù)器進(jìn)行開(kāi)發(fā)和管理，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為PHP。云服務(wù)器是下位機(jī)與微信小程序客戶(hù)端之間數(shù)據(jù)的重要橋梁，服務(wù)器的穩(wěn)定性決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此選擇了較為穩(wěn)定的CentOS7.0作為服務(wù)器系統(tǒng)，服務(wù)器程序?yàn)锳pache 2.4.9 GA。

2.3 系統(tǒng)下位機(jī)的實(shí)現(xiàn)

水下機(jī)器人中搭載著WIFI模塊，小程序端通過(guò)與WIFI數(shù)據(jù)相連，即可以完成數(shù)據(jù)傳輸。如果用戶(hù)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)距離傳送，水下機(jī)器人搭載的WIFI模塊可以直接與路由器相連接，用戶(hù)只需要連接外網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)該功能。下位機(jī)的CPU是利用stm32控制核心板，下位機(jī)也可以利用該通信方式來(lái)接收用戶(hù)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)控制指令，從而控制水下機(jī)器人實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，CPU與水下機(jī)器人裝載的水環(huán)境檢測(cè)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(jīng)過(guò)一系列的通信方式或者以讀取傳感器的AD值等，在CPU中經(jīng)算法得出檢測(cè)的數(shù)值，并與系統(tǒng)設(shè)計(jì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)范圍值進(jìn)行比較，并同時(shí)把比較得出的效果直接反饋給用戶(hù)端。

2.4 系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，用戶(hù)打開(kāi)微信小程序輸入下位機(jī)IP地址，連接成功后，微信小程序向服務(wù)器發(fā)送指令，服務(wù)器經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī)，即可對(duì)下位機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。下位機(jī)反饋水質(zhì)數(shù)據(jù)及視頻數(shù)據(jù)給服務(wù)器，服務(wù)器轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)庫(kù)，并解碼數(shù)據(jù)發(fā)送給微信小程序?qū)崟r(shí)顯示。

3 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析

圖4為系統(tǒng)在測(cè)試環(huán)境中測(cè)得結(jié)果圖，系統(tǒng)運(yùn)行正常，監(jiān)控視頻延遲在3秒以?xún)?nèi)，數(shù)據(jù)反饋正常，下位機(jī)運(yùn)行正常，通過(guò)大功率路由器與下位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制的功能。

從所測(cè)數(shù)據(jù)顯示測(cè)得PH值為6.7， 渾濁度為2ntu，溶解氧為20mg/L，導(dǎo)電率為10m/s。與設(shè)定值基本相同，可以達(dá)到水質(zhì)檢測(cè)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)使微信小程序與云端服務(wù)器與下位機(jī)的配合，經(jīng)過(guò)測(cè)試后，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)微信小程序?qū)Ψ律鷻C(jī)器魚(yú)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及實(shí)時(shí)水質(zhì)檢測(cè)。本系統(tǒng)以微信小程序?yàn)榛A(chǔ)，云端服務(wù)器為橋梁，高性能stm32芯片為核心，實(shí)現(xiàn)了上述功能，微信具有龐大的用戶(hù)群體，小程序的開(kāi)發(fā)門(mén)檻低于以往的客戶(hù)端APP，其上線速度也更快，應(yīng)用微信小程序開(kāi)發(fā)程序，可降低開(kāi)發(fā)成本，且符合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐秀英，譚暉，王博亮，等.近海養(yǎng)殖環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[J].廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（S1）：107-110.

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

[3]曾郁，丘愛(ài)誼.基于微信小程序的多媒體設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2018，417（23）：68-69，72.