寶坻區水產養殖數字化智能增氧技術

劉 朔

（天津市寶坻區農機化技術學校，天津 301800）

天津市寶坻區是農業大區，水產養殖業在農業發展中占有很大的比重，目前養殖水面面積有8萬畝之多，在水產養殖業發展中需要面臨多方風險要素，其中由于養殖水體缺氧所致養殖魚類大面積死亡的情況更要加大重視。想要預防此種現象需要人工觀察，有效控制增氧機何時啟動和暫停就十分必要，如果增氧機長期啟動，就會不可避免地導致人力與能耗。再加上增氧機長期處于啟動狀態，極易造成養殖水體的含氧量過高，造成魚類氣泡病的發生。因此急需一種既節約人力又節省電能，同時又能很好控制養殖環境的技術來改變現狀。

1 水產養殖應用數字化智能增氧技術的意義

1.1 降低養殖戶養殖風險的重要措施

導致“翻坑”的主要原因是水體溶解氧含量超出魚類生存的最低限。為了避免“翻坑”現象的發生，本項目擬引進智能化的魚塘溶解氧實時監測系統，本系統通過溶解氧傳感器實時采集魚塘內的溶解氧信息，建立人與魚類的對話，并大面積示范數字化無線智能監測技術、無線傳輸控氧技術及結合移動通信網實現魚塘溶解氧含量實時查詢和無線傳輸技術，當水體溶解氧含量低于設定值時，系統一方面通過射頻通訊技術將信息通過手機短信方式告知養殖戶，另一方面系統自動啟動增氧設備，給水體自動增氧。本系統綜合應用生物工程技術和計算機技術，根據指標的變化規律做出適當的調整，為魚類生產提供適宜的環境條件，以便充分發揮其生產潛力，提高生產效率，達到安全、健康養殖和節能增效的目的。

1.2 開辟高效節能養殖新途徑

通過使用水產養殖增氧控制系統，實時控制池塘的增氧情況，根據池塘的溶氧量啟動或暫停增氧設施。試驗實測表明，利用增氧控制系統每天平均可節省2 h電量，與傳統增氧方式相比可節省用電量約1/3。因此通過成立此項目，有利于在發展水產養殖業形成可持續發展觀念，利用合理的資源開發與增長模式，為本地乃至全國實現節能高效水產養殖開辟新途徑。

1.3 大大提高水產養殖業科技含量

巧妙利用現代科技，在水產養殖監控系統中，應用了無線通信技術及物理量數字化技術，通過建立多個水質無人監測基站，用于監測記錄沿線各點的水質變化。這樣在有效監管水產養殖環境的同時，可以節省不必要的人力資源，也在一定程度上提高了水產養殖業的科技含量。

2 水產養殖數字化智能增氧技術

2.1 魚塘溶解氧含量檢測與曝氣增氧控制技術

應用魚塘溶解氧含量檢測與曝氣增氧控制裝置，系統可實時檢測水中的溶解氧值，并根據水產養殖戶所設定的溶解氧的上下限，自動完成增氧系統的啟停。當溶解氧含量低于設定值時，則啟動增氧系統，給水體自動增氧，當溶解氧含量高于設定值時，則停止增氧系統，從而達到節能增效的目的。

2.2 基于GSM技術的無線傳輸技術

以魚塘的溶解氧為主要技術指標，應用GSM技術實現魚塘溶解氧檢測數據信息的無線傳輸，此技術能夠采集溶解氧含量數據，根據所采集的數據，如果魚塘含氧量過低，則以手機短信的形式，將實時溶解氧情況發送給養殖戶。對于系統主站在業主設定的時間范圍內沒有接收到從站的應答數據的情況，系統可以主動判定故障，GSM模塊則自動向業主發送短信，通知業主維修，這樣形成了系統與養殖戶之間的信息互動，豐富了人機交互技術體驗。

3 數字化智能增氧技術系統設計

3.1 設備選型

該項目引進天津科技大學生產的水產養殖數字化智能增氧系統。該產品獲得了魚塘溶解氧含量檢測與曝氣增氧控制裝置、基于GSM技術的魚塘溶解氧檢測與無線傳輸系統兩項國家專利，專利號分別為：ZL 2010 20171145.5；ZL 2010 0171844.X。

在試驗魚池，系統設置1個主站，2個基站。分別將溶解氧傳感器放置在相應的2個魚塘，經信號線傳給基站1和基站2。數據經打包后由各自無線數據傳輸單元將信息發送到主站控制系統。主站每5 s更新1次數據，2個基站的數據輪流采集，并將實時溶氧等數據顯示在屏幕上。

3.2 系統組成

系統主要組成部分包括：溶解氧傳感器、信號調理單元、AVR單片機、無線數傳模塊（RF模塊）、GSM（Global System for Mobile Communications）模塊以及液晶屏等。系統的硬件部分主要完成信號調理和信號采集。整個硬件電路以Atmega16L AVR單片機為控制核心。通信方式采用主從結構，整個系統有1個主站，多個從站。主站與從站之間采用無線射頻的方式進行通信，這樣，相對于每個魚塘都設置1個GSM模塊來說可以節省大量資金。而主站和業主之間采用GSM網進行通信，只要是GSM網覆蓋的范圍都能進行通信，這樣既擴大了通信范圍和空間，又保證了通信質量。只要業主的手機帶在身邊就隨時都可以知道自己魚塘中的氧含量。

4 系統應用

4.1 工藝流程

2012年，我區農機中心引進了魚塘溶解氧檢測與控制系統，并在鯉魚養殖池進行了試驗檢測，完成了在室溫18～25℃的情況下水中溶解氧含量的檢測，得出了溶解氧含量、溫度和A/D轉換值之間單因子相關關系和統計規律，并能在溶解氧含量低于給定值時啟動增氧設備，在溶氧含量高于設定的上限時停止增氧設備，如圖1所示。

圖1 魚塘溶解氧檢測與控制工藝流程圖

4.2 作業標準

（1）根據養殖戶需要，8 s內自動啟停增氧機系統。

（3）針對單獨抗-HBc陽性，而抗-HBs、HBsAg陰性人群，建議在注射1劑次乙型肝炎疫苗1月后復查 如抗-HBs，如抗-HBs滴度小于 100 IU/mL，則需按照 0、1、2、6 個月 4 次方法接種乙型肝炎疫苗。

（2）測控精度達到0.01 mg/L。

（3）下位機與主機之間無線數據傳輸距離2 km。

在對氧脅迫產生的變化信號的檢測方面，以24 h為1個周期；在早上、白天、傍晚等特殊時間點的變化情況檢測方面，以增氧機開啟前后做詳細的記錄。

4.3 應用情況記錄

2012-06-02，天氣報道：陰，東南風3～4級。最高氣溫：25℃左右。最低氣溫：21℃。

2012-06-08，天氣報道：晴，東南風3～4級。最高氣溫：31℃左右。最低氣溫：19℃。

將溫度、溶解氧傳感器放置在魚池投料點位置（投料點溶氧含量較低），傳感器距離投料點平板大概3 m的距離，放置好主站和基站，檢驗各處接線是否插對或插緊，一切準備就緒后開始上電檢測。

在系統工作中，選擇幾個時間點的溶解氧含量，基本上在誤差范圍之內。重新設置檢測參數限值，開始監測，尋求最佳閾值。并在程序中設定默認閾值，以便根據天氣溫度適應不同用戶的使用。

根據溫度求得當前飽和溶解氧含量，如果當前溶解氧含量小于飽和溶解氧含量的30%，則閉合繼電器進行增氧工作；如果大于40%，則打開繼電器，停止增氧設備。從而精確控制增氧機的開啟與關閉。

試驗過程中做好了完備的試驗記錄，包括試驗時水中溫度的變化情況，溶解氧含量變化的情況，特殊時間段的詳細變化規律，試驗過程中由于異常情況（如斷電或振動等）引起信號的變化等。

4.4 應用效益

通過一年來對試驗鯉魚池的生長環境監測發現，鯉魚適宜生長在水溫20～28℃，水中溶氧量5～8 mg/L，pH值6～8.5的環境中。應用該系統，可確保100畝養魚池中的環境因子長期保持在適宜生長條件下。

2012年6月2日和6月8日兩天的溫度、溶氧量檢測結果見表1、表2。，通過檢測結果可以看到溶解氧含量在夜間較低，而白天，特別是晴朗的氣候條件下溶氧含量相對要高一些，而通過本系統的自動增氧功能可實時控制魚塘中水的溶解氧含量。

表1 溫度、溶氧量日變化（2012-06-02，系統溶氧量設定范圍：6～8 mg/L，風力：3級，陰）

表2 溫度、溶氧量日變化（2012-06-08，系統溶氧量設定范圍：6～8 mg/L，風力：3級，晴）

一般50畝的水場一年用電2.8萬度，每度電0.6元，需花費1.68萬元，應用該技術后，每天平均可節省2 h的用電量，即與傳統增氧方式相比可節省用電1/3左右。使用水產養殖智能增氧系統還能提高魚蝦的抗病力，減少魚蝦缺養死亡，降低餌料系數，每畝平均增加經濟效益1 050元。

5 結論

水產養殖數字化智能增氧技術的應用，使魚塘的溶解氧能夠長時期地保持合理狀態，浮游生物也能正常存活，并能加速有機物的分解，無機物的氧化，抑制氨、亞硝酸鹽和硫化氫產生，轉化和降低其含量。有效地改善了池塘水質，為魚類生產提供適宜的環境條件，提高生產效率，降低養殖戶的養殖風險，達到安全、健康養殖和節能增效的目的。