刺参养殖池监测装置及控制方法技术领域
本发明涉及水产品养殖技术领域，尤其是涉及一种可为刺参的健
康成长提供可靠基础的刺参养殖池监测装置及控制方法。
背景技术
刺参是中国20多种食用海参中质量最好的一种，刺参作为一种
珍贵的海味被列为“八珍”之一。海参是世界上少有的高蛋白、低脂
肪、低糖、胆固醇含量极微的营养保健食品，营养成分不仅丰富，而
且均衡、合理，机体吸收快而充分。在食用海参中，以北方产的刺参
为上品。
人工养殖刺参可以采用放流增殖或围海建塘的方式进行。采用池
塘养殖就要创造适合刺参生长的条件。目前，还没有可以对梭子蟹的
生长环境进行监测及控制的装置。
中国专利授权公开号：CN201928764U，授权公开日2011年8月
17日，公开了一种培养液循环利用装置，包括一带有供液管路的培
养液池，还配有自动检测及控制装置，设有一组盛置培养液的母液罐，
各母液罐的输出管路通入培养液池中，在各母液罐的输出管路上设有
受控于自动检测及控制装置的微量泵；设有一个水处理装置，其入口
外接自来水管路，其输出管路通入培养液池中；设有一个供氧装置，
其输出管路通入培养液池中；在培养液池中置入一组传感器，该组传
感器至少包括液位传感器、溶解氧传感器、PH传感器、EC传感器和
温度传感器中的一种；所述的各传感器的输出端接自动检测及控制装
置的输入端。该发明的不足之处是，功能不足，无法用于刺参养殖中。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中缺少可对梭子蟹的生
长环境进行监测及控制的装置的不足，提供了一种可为刺参的健康成
长提供可靠基础的刺参养殖池监测装置及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种刺参养殖池监测装置，包括控制端和设于每个养殖池上方的
m个第一终端和n个第二终端，n＜m；所述控制端包括主控制器、存
储器、第一无线收发器、第一显示器、报警器、第一计算机、设于每
个养殖池中的水深传感器、时钟芯片、设于每个养殖池的进水管上的
第一电磁阀和设于每个养殖池的出水管上的第二电磁阀；每个第一终
端均包括终端控制器，第二无线收发器，第二显示器，第二计算机，
伸入池水中的溶解氧传感器、pH值传感器和水温传感器；每个第二
终端与第一终端相比，增加了增氧泵、设于碱性溶液喷头上的第一电
子阀门和设于酸性溶液喷头上的第二电子阀门；
主控制器分别与存储器、第一无线收发器、第一显示器、报警器、
第一计算机、时钟芯片、各个水深传感器、各个第一电磁阀和各个第
二电磁阀电连接；每个第一终端和第二终端的终端控制器均分别与其
对应的第二无线收发器、溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、
第二显示器、第二计算机、第一电子阀门和第二电子阀门电连接；每
个第二终端的终端控制器均与其对应的增氧泵电连接；第一无线收发
器分别与各个第二无线收发器无线连接。
通常将控制端设于养殖场的控制室中，每个养殖池中设有m个第
一终端和n个第二终端；
当每个养殖池中的每个终端的溶解氧传感器、pH值传感器、水
温传感器中检测的数值不在标准范围内时，主控制器和各个终端控制
器会进行数据处理并控制养殖池监测装置进行相应的调整控制，从而
使养殖池中的溶解氧传感器、pH值传感器和水温传感器检测的参数
值始终位于标准范围内，为刺参的健康成长提供可靠基础。
当参数值异常时，位于控制中心的工作人员会通过第一显示器及
时观察到报警信息，同时报警器会发出报警声音；位于各个终端的第
二显示器也会显示报警信息；从而使工作人员及时获知养殖池监测装
置正在进行某个参数的自动调整，以及了解当前需要对哪个参数进行
人工干预。
因此，本发明具有可自动监测养殖池中池水参数的变化，对于某
些参数异常及时进行自动调整，对于需人工干预的参数及时发出报警
信息，使对池水变化的反应更加快速、及时，从而保持池水中各个参
数的稳定性，为刺参的健康成长提供可靠基础。
作为优选，每个第一终端和第二终端均包括伸入水中的氨氮传感
器，每个氨氮传感器与对应的终端控制器电连接。
作为优选，所述第一终端和第二终端均包括防水壳体，控制端还
包括状态指示灯。
作为优选，主控制器和终端控制器均为CC2530单片机，各个传
感器均通过放大电路与对应的终端控制器电连接。
一种刺参养殖池监测装置的控制方法，包括如下步骤：
(5-1)存储器中存储有溶解氧的阈值L，pH值和水温的标准范
围；主控制器通过第一无线收发器发送溶解氧的阈值L，pH值和水温
的标准范围，各个终端的第二无线收发器接收溶解氧的阈值L，pH值
和水温的标准范围；各个传感器工作，分别检测各个参数值；各个终
端的第二无线收发器以时间间隔T1依次发送由各个传感器的检测数
值组成的数据包；
(5-2)主控制器中设有培养池的早换水时间区间、晚换水时间
区间和水深的标准范围，在早换水时间区间和晚换水时间区间内，主
控制器分别根据水深传感器检测的水深参数值，控制第一电磁阀及第
二电磁阀打开及关闭，从而使各个培养池中的水深位于标准范围内；
(5-3)任意养殖池D的各个终端控制器读取pH值传感器检测的
数值，将检测的数值与标准范围相比较；
(5-3-1)若所有终端中的部分终端的pH值传感器检测的数值不
在标准范围内，则与每个数值不在标准范围内的pH值传感器相对应
的各个第二无线收发器发送pH值异常的信息；
(5-3-2)主控制器读取养殖池D的所有pH值传感器检测的数值
并计算均值W，若W位于标准范围内，则主控制器通过第一无线收发
器发送开启养殖池D的增氧泵的命令；养殖池D的各个第二终端的增
氧泵工作；
(5-3-3)时间T后，主控制器读取养殖池D的所有pH值传感器
检测的数值并计算均值W；
若W在标准范围内，转入步骤(5-4)；
若W大于标准范围的上限值，主控制器控制养殖池D的各个第二
电子阀门打开，向培养皿中添加稀释过的硝酸溶液，直至pH值传感
器的检测数值达到标准范围的下限值为止；
若W小于标准范围的下限值，主控制器控制养殖池D的各个第一
电子阀门打开，向培养皿中添加稀释过的NaOH溶液，直至pH值传感
器的检测数值达到标准范围的上限值为止；
(5-4)任意养殖池D的每个终端控制器读取溶解氧传感器检测
的数值，将检测的数值与标准范围相比较；
若养殖池D的任一个终端e的溶解氧传感器检测的数值＜L，则
终端e的第二无线收发器发送异常信息；
主控制器通过第一无线收发器发送养殖池D的增氧命令；养殖池
D的各个第二终端的终端控制器控制增氧泵工作，增氧泵工作至溶解
氧传感器检测的数值达到(1+eoc％)L为止，eoc为10至40；
(5-5)主控制器读取养殖池D的每个水温传感器检测的数值，
计算养殖池D的水温均值W2，将W2与标准范围进行比较；
当W2不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示
器显示池养殖池D水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线
收发器发送报警命令，养殖池D的各个终端的各个第二显示器显示水
温异常，需要人工干预的信息；转入步骤(5-2)。
pH值参数的调节需要非常谨慎，本发明在两次检测后pH值均异
常，才会自动增加碱性溶液或酸性溶液。
水温过低时，可采用地热加热及电加热方式提高培养池的温度，
水温过高可采用对池水进行遮盖的方法降温。
作为优选，所述每个第一终端和第二终端均包括氨氮传感器，每
个氨氮传感器与对应的终端控制器电连接；其特征是，还包括如下步
骤：
养殖池D的每个终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，每个第
二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算养殖池D的氨氮均值
W3，将W3与预设的标准范围进行比较；
当W3不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示
器显示池养殖池D氨氮异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线
收发器发送报警命令，养殖池D的各个终端的各个第二显示器显示氨
氮异常，需要人工干预的信息。
氨氮过高时，可添加活水益生素或安进菌霸150g/亩；或泼洒沸
石，一般每亩15～20kg。
作为优选，还包括如下步骤：
设定所述pH值的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得养殖池D的ti-d
时刻至当前时刻ti的pH值传感器检测均值的曲线S(t)，ti-d为ti之前的
时刻，二者相差时间d；存储器中预存有挥发及分解阈值SNRw；
主控制器将S(t)输入预先存储在存储器中的随机共振模型
中；
其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，f0是信号频率，A
为常数，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设
定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪
声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分
布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；
噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；
其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为
当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减
系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定；
主控制器利用公式计算并得到与S(t)对
应的输出信噪比SNR；
当SNR≥SNRw时，将pH值的标准范围改为[q1R1，q2R2]，其中，
0.8＜q1＜1，1＜q2＜1.1。
考虑到环境的变化对pH值的变化影响较大，本发明选择时间d内
的pH值传感器检测值曲线S(t)，通过对S(t)的随机共振分析可以获得
表征环境变换剧烈程度的输出信噪比SNR，将SNR与挥发及分解阈值
SNRw，从而对pH值标准范围的上下限进行微调，从而给养殖池的池
水的挥发及分解预留一定的宽域量。
作为优选，pH值的标准范围为7.8-8.7。
作为优选，溶解氧的标准范围的上限制和下限值与所养殖的刺参
体重成正比。
作为优选，所有养殖池的水深均≥3米。
因此，本发明具有如下有益效果：可自动监测养殖池中池水参数
的变化，对于某些参数异常及时进行自动调整，对于需人工干预的参
数及时发出报警信息，使对池水变化的反应更加快速、及时，从而保
持池水中各个参数的稳定性，为刺参的健康成长提供可靠基础。
附图说明
图1是本发明的控制端的一种电路图；
图2是本发明的第一终端的一种原理框图；
图3是本发明的第二终端的一种原理框图；
图4是本发明的实施例1的一种流程图。
图中：控制端1、第一终端2、主控制器3、第一无线收发器4、
第一显示器5、报警器6、终端控制器7、第二无线收发器8、溶解氧
传感器9、pH值传感器10、增氧泵11、水温传感器12、水深传感器
13、第二显示器14、第二计算机15、第二电磁阀16、第一电磁阀17、
第一计算机18、氨氮传感器19、第一电子阀门20、第二电子阀门21、
时钟芯片22。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
养殖场占地50亩，分成25个养殖池，每个养殖池为25米*50
米的长方形。
如图1所示的实施例是一种刺参养殖池监测装置，包括控制端1
和设于每个养殖池上方的5个第一终端和3个第二终端；控制端包括
主控制器3、存储器2、第一无线收发器4、第一显示器5、报警器6、
第一计算机18、设于每个养殖池中的水深传感器13、时钟芯片22、
设于每个养殖池的进水管上的第一电磁阀17和设于每个养殖池的出
水管上的第二电磁阀16；主控制器分别与存储器、第一无线收发器、
第一显示器、报警器、第一计算机、时钟芯片、各个水深传感器、各
个第一电磁阀和各个第二电磁阀电连接；
如图2、图3所示，每个第一终端均包括终端控制器7，第二无
线收发器8，第二显示器14，第二计算机15，伸入池水中的溶解氧
传感器9、pH值传感器10和水温传感器12；每个第二终端与第一终
端相比，增加了增氧泵11、设于碱性溶液喷头上的第一电子阀门20
和设于酸性溶液喷头上的第二电子阀门21；
每个第一终端和第二终端的终端控制器均分别与其对应的第二
无线收发器、溶解氧传感器、pH值传感器、水温传感器、第二显示
器、第二计算机、第一电子阀门和第二电子阀门电连接；每个第二终
端的终端控制器均与其对应的增氧泵电连接；第一无线收发器分别与
各个第二无线收发器无线连接。
每个第一终端和第二终端均包括氨氮传感器19，每个氨氮传感
器与对应的终端控制器电连接。第一终端和第二终端均包括防水壳
体，控制端还包括状态指示灯。
主控制器和终端控制器均为CC2530单片机，各个传感器均通过
放大电路与对应的终端控制器电连接。
如图4所示，一种刺参养殖池监测装置的控制方法，包括如下步
骤：
步骤100，标准范围设置及参数检测
存储器中存储有溶解氧的阈值L，pH值和水温的标准范围；主控
制器通过第一无线收发器发送溶解氧的阈值L，pH值和水温的标准范
围，各个终端的第二无线收发器接收溶解氧的阈值L，pH值和水温的
标准范围；各个传感器工作，分别检测各个参数值；各个终端的第二
无线收发器以时间间隔T1依次发送由各个传感器的检测数值组成的
数据包；T1为30秒。
步骤200，早晚自动换水
主控制器中设有培养池的早换水时间区间、晚换水时间区间和水
深的标准范围，在早换水时间区间和晚换水时间区间内，主控制器分
别根据水深传感器检测的水深参数值，控制第一电磁阀及第二电磁阀
打开及关闭，从而使各个培养池中的水深位于标准范围内；
步骤300，对pH值异常的控制
任意养殖池D的各个终端控制器读取pH值传感器检测的数值，
将检测的数值与标准范围相比较；
步骤310，若所有终端中的部分终端的pH值传感器检测的数值
不在标准范围内，则与每个数值不在标准范围内的pH值传感器相对
应的各个第二无线收发器发送pH值异常的信息；
步骤320，主控制器读取养殖池D的所有pH值传感器检测的数
值并计算均值W，若W位于标准范围内，则主控制器通过第一无线收
发器发送开启养殖池D的增氧泵的命令；养殖池D的各个第二终端的
增氧泵工作；
步骤330，5分钟后，主控制器读取养殖池D的所有pH值传感器
检测的数值并计算均值W；
若W在标准范围内，转入步骤400；
若W大于标准范围的上限值，主控制器控制养殖池D的各个第二
电子阀门打开，向培养皿中添加稀释过的硝酸溶液，直至pH值传感
器的检测数值达到标准范围的下限值为止；
若W小于标准范围的下限值，主控制器控制养殖池D的各个第一
电子阀门打开，向培养皿中添加稀释过的NaOH溶液，直至pH值传感
器的检测数值达到标准范围的上限值为止；
步骤400，对溶解氧异常的控制
任意养殖池D的每个终端控制器读取溶解氧传感器检测的数值，
将检测的数值与标准范围相比较；
若养殖池D的任一个终端e的溶解氧传感器检测的数值＜L，则
终端e的第二无线收发器发送异常信息；
主控制器通过第一无线收发器发送养殖池D的增氧命令；养殖池
D的各个第二终端的终端控制器控制增氧泵工作，增氧泵工作至溶解
氧传感器检测的数值达到(1+eoc％)L为止，eoc为20；
步骤500，对水温异常的控制
主控制器读取养殖池D的每个水温传感器检测的数值，计算养殖
池D的水温均值W2，将W2与标准范围进行比较；
当W2不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示
器显示池养殖池D水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线
收发器发送报警命令，养殖池D的各个终端的各个第二显示器显示水
温异常，需要人工干预的信息；
步骤600，对氨氮异常的控制
养殖池D的每个终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，每个第
二无线收发器发送检测的数值，主控制器计算养殖池D的氨氮均值
W3，将W3与预设的氨氮阈值L11进行比较；
当W3≥L11时，主控制器控制报警器报警，第一显示器显示池养
殖池D氨氮异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送
报警命令，养殖池D的各个终端的各个第二显示器显示氨氮异常，需
要人工干预的信息；转入步骤200。
实施例2
实施例2包括实施例1的所有结构和步骤部分，实施例2还包括
如下步骤：
设定pH值的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得养殖池D的ti-d时
刻至当前时刻ti的pH值传感器检测均值的曲线S(t)，ti-d为ti之前的时
刻，二者相差时间d；存储器中预存有挥发及分解阈值SNRw；
主控制器将S(t)输入预先存储在存储器中的随机共振模型
中；
其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，f0是信号频率，A
为常数，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设
定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪
声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分
布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；
噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；
其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为
当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减
系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定；
主控制器利用公式计算并得到与S(t)对
应的输出信噪比SNR；
当SNR≥SNRw时，将pH值的标准范围改为[q1R1，q2R2]，其中，
0.8＜q1＜11＜q2＜1.1。
实施例1和实施例2中，pH值的标准范围为7.8-8.7，L为4.8mg/L
至5.2mg/L，所有养殖池的水深均≥3米。时间芯片的型号为DS1302。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范
围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员
可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附
权利要求书所限定的范围。