一种水色识别装置技术领域
本发明涉及水产养殖领域，具体涉及一种水色识别装置。
背景技术
水产养殖过程中，不同水产品所需要的水质不同、同一水产品在不同
生长阶段所需要的水质不同、养殖池中不同深度水质要求也会有所不同，
养殖户需根据实际情况定期往养殖池中投放浮游生物、营养物、渔药等改
善水质。当光透入养殖池中，池水中溶解物质、悬浮颗粒以及浮游生物对
光进行选择吸收和选择色散，使得池水呈现出不同的水色，养殖户通常通
过判断池水颜色来采取措施，把控水质。光的选择吸收和选择色散是复杂
的过程，且池水的光学特性包括固有的和表现的，固有的光学特性通常包
括光谱吸收系数、散射系数和光束衰减系数，表现的光学特性是不仅与池
水成分有关，还随外界光照条件的变化而变化的量。因此，池水自身颜色、、
天气、土壤、塘泥等都会影响到养殖户对池水水色的主观判断，导致无法
正确把控水质，养殖户唯有请专业人员进行水质分析才能解决该问题，从
成本考虑，该方法并不适用于大多数养殖户。
发明内容
本发明提供一种水色识别装置，解决水产养殖过程中缺少简便易行的
水色识别装置的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种水色识别装置，包括待测水样和至少1个光源，所述各光源发出
光线，照射在待测水样上：
进一步还包括微处理器模块、颜色识别模块和显示模块；
所述颜色识别模块吸收待测水样反射回的光线，所述颜色识别模块的
输出端与微处理器模块相连；所述显示模块与微处理器模块相连；所述各
光源的输入端与微处理器模块相连。
上述方案中，进一步还包括按键模块和报警模块；所述按键模块的输
出端与微处理器模块相连；所述报警模块的输入端与微处理器模块相连。
上述方案中，进一步还包括复位模块，所述复位模块的输出端与微处
理器模块相连。
上述方案中，进一步还包括光源驱动模块；所述光源驱动模块的控制
端与微处理器模块相连，光源驱动模块的输出端与各光源的输入端相连。
上述方案中，所述颜色识别模块为RGB颜色传感器；所述RGB颜色传
感器的输出端与微处理器模块相连。
上述方案中，所述光源为LED灯。
上述方案中，进一步还包括密闭盒和水箱；所述水箱固定于密闭盒的
底部；所述颜色识别模块固定于密闭盒顶部，待测水样的正上方；所述各
光源安装于密闭盒顶部，以所述颜色识别模块为中心对称设置。
上述方案中，进一步还包括驱动模块和水泵；所述驱动模块的输入端
与微处理器模块相连；所述驱动模块的输出端与水泵的控制端相连。
上述方案中，进一步包括第一进水管和第二进水管；所述水泵包括水
泵进水阀和水泵出水阀；所述水箱包括水箱进水阀；所述水泵进水阀、水
泵出水阀以及水箱进水阀的控制端分别与微处理器模块相连；所述第二进
水管的一端与水泵进水阀相连，所述第二进水管的另一端插入至繁殖池；
所述第一进水管的一端与水泵出水阀相连，所述第一进水管的另一端与水
箱进水阀相连。
上述方案中，进一步包括出水管；所述水箱还包括水箱出水阀，所述
水箱出水阀的控制端与微处理器模块相连；所述出水管的一端与水箱出水
阀相连；所述出水管的另一端与外部废水箱的进水口相连。
本发明的优点与效果是：
1、利用光源照射待测水样，通过颜色识别模块对待测水样进行识别，
获取待测水样的水色值，并通过显示模块直接显示，对于养殖户而言，操
作简单，结果直观；
2、设置按键模块、驱动模块和水泵，实现待测水样的自动抽取和自
动识别，养殖户能根据实际需求抽取待测水样，并进行识别；将各光源、
颜色识别模块、以及水箱固定于密闭盒中，保持相对位置不变，既能避免
受外界光影响，又能避免因机械振动影响识别结果。
附图说明
图1为本发明的电路部分原理框图。
图2为本发明的结构示意图。
图中标号为：1、密闭盒；2、水箱；3、颜色识别模块；4、光源；5、
水泵；6、第一进水管；7、第二进水管；8、出水管；9、待测水样。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实
施例。
一种水色识别装置，包括待测水样9、至少1个光源4、微处理器模
块、颜色识别模块3、显示模块、按键模块、报警模块和复位模块；各光
源4发出光线，照射在待测水样9上；颜色识别模块3吸收待测水样9反
射回的光线，颜色识别模块3的输出端与微处理器模块相连；各光源4的
输入端与微处理器模块相连；显示模块与微处理器模块相连；按键模块的
输出端与微处理器模块相连；报警模块的输入端与微处理器模块相连；复
位模块的输出端与微处理器模块相连，如图1所示。
待测水样9从养殖池中获取，用作水色识别的样本。光源4是本发明
的源信号，因此各光源4发出的光束的频谱必须稳定。由于待测水样9为
有色溶液，各光源4的光谱宽度应覆盖可见光的波段，颜色识别模块3的
光谱响应范围也应包含可见光。为保证识别精度，减少误差，各光源4在
颜色识别模块3的接收面上应均匀。本发明各光源4采用弹头形白色发光
二极管，即LED灯，具有很好的聚光作用，大大提高LED灯的亮度，具有
体积小、功耗低、寿命长、工作稳定等特点。LED灯是电流驱动器件，其
亮度与正向电流成正比，随着电流的改变，其发出的光的波长会发生偏移，
原始光信号的颜色和亮度不稳定，也会严重影响测量数据的稳定性，为避
免上述情况发生，本发明增设光源驱动模块，光源驱动模块的控制端与微
处理器模块相连，光源驱动模块的输出端与各光源4的输入端相连。光源
驱动模块采用电荷泵LED驱动芯片，通过内设的电荷泵的作用，对各LED
灯的驱动电流进行稳流，使得流经LED灯的电流保持不变，维持原始亮度。
电荷泵是通过开关阵列的开关动作，使电容先充电再受控放电，从而获得
需要的电压。电荷泵LED驱动芯片的输入端与微处理器模块相连，电荷泵
LED驱动芯片的输出端与各LED灯的输入端相连。
颜色识别模块3为RGB颜色传感器，RGB颜色传感器的输出端与微处
理器模块相连。RGB颜色传感器能准确区别极其相似的颜色，甚至相同颜
色的不同色调，它通过集成多个光电二极管，并在二极管上按一定规律分
别加红、绿、蓝三色滤光片，测定通过滤光片的光电流得到三色分量的大
小，可以准确地测得颜色并判断其色调，确定物体的颜色。本发明RGB
颜色传感器为TCS3200，由8*8个光电二极管组成，每16个为一组，三
组分别覆盖红、绿、蓝三色滤光片，一组不加滤光片，每组颜色相同的光
电二极管相互并联，根据颜色不同，光电二极管的排列交叉，且分布均匀，
避免入射光的不均匀，还可消除RGB颜色传感器的位置误差。TCS3200在
50HZ下非线性误差为0.2％，具有功耗低，抗干扰性强的优点，适用于对
体积空间要求较高、成本较低、分辨率要求高的系统。
显示模块用于显示待测水样9的RGB值、本次抽样时间以及设置的时
间。显示模块为LCD1602，LCD1602为字符型液晶，用于显示字幕、数字
符号等；由控制器、驱动器和显示器组成。控制器为专用于字符显示控制
的HD44780，用于扩展显示字符位。HD44780共有11条指令，可完成显示
模式设置、显示开/关及光标设置、数据指针设置、数据读写、状态读写
等操作。
按键模块含4*4矩阵键盘，包括开电源、关电源、启动装置、关闭装
置、警报解除、阈值设置、次数设置、增按键、减按键、时间设置、水样
抽取和水样排放，其余按键在本发明扩展时，用做输入控制指令。按下“开
电源”，为本发明供电；按下“关电源”，本发明断电；按下“启动装置”，
本发明进行初始化；按下“关闭装置”，本发明各模块停止运行；出现警
报后，由养殖户按下“警报解除”，解除警报，并自行采取挽救措施；按
下“阈值设置”后，养殖户可以结合养殖经验，根据养殖规律设置阈值，
结合“增按键”和“减按键”确定本次采样允许的RGB颜色传感器输出端
的阈值范围；按下“次数设置”，开始设置抽取和排放待测水样9的次数，
并结合“增按键”和“减按键”确定次数；按下“时间设置”，开始预设
时间，到达预设时间时，在微处理器模块的控制下，本发明自动抽取待测
水样9，并进行颜色识别；按下“水样抽取”，本发明手动抽取待测水样
9；按下“水样排放”，本发明将抽取的待测水样9排放出去。养殖户并
未手动操作“水样抽取”和“水样排放”按钮时，微处理器模块在所设置
的识别次数范围内，自动进行待测水样9的抽取和排放。
报警模块为发光二极管和蜂鸣器，在待测水样9的RGB值超出阈值时，
发光二极管闪烁报警，蜂鸣器响起，进行声音报警。出现故障时，养殖户
可以按下复位模块中的复位按钮，装置进行自检，自动进行简单的故障修
复。
本发明还包括驱动模块和水泵5；驱动模块的输入端与微处理器模块
相连；驱动模块的输出端与水泵5的控制端相连。养殖户需重新抽取水样
时，按下“水样抽取”，微处理器模块向驱动模块发出控制信号，驱动水
泵5开始抽取待测水样9。进行多次识别时，可由养殖户多次按下“水样
抽取”和“水样排放”按键，进行手动抽取和排放，可以通过“次数”设
置，确定识别次数，由微处理器模块自动控制，进行多次待测水样9的抽
取和排放。
本发明还设置了密闭盒1和水箱2；水箱2固定于密闭盒1的底部；
颜色识别模块3固定于密闭盒1顶部，待测水样9的正上方；各光源4安
装于密闭盒1顶部，以颜色识别模块3为中心对称设置。颜色识别模块3
进行的是光电转换的过程，将颜色识别模块3、各光源4以及待测水样9
均置于密闭盒1中，能避免识别过程中外部光线影响识别结果的有效性和
准确性。在密闭盒1内，各光源4与颜色识别模块3处于同一平面，并固
定于密闭盒1的顶部的壁上，颜色识别模块3与待测水样9的上表面平行，
既固定了各光源4，又固定了各光源4与颜色识别模块3的相对位置，避
免因密闭盒1的晃动影响识别结果，也排除了环境光的干扰。
本发明还进一步设有第一进水管6、第二进水管7和出水管8；水泵
5包括水泵进水阀和水泵出水阀；水箱2包括水箱进水阀和水箱出水阀；
水泵进水阀、水泵出水阀、水箱进水阀以及水箱出水阀的控制端分别与微
处理器模块相连；第二进水管7的一端与水泵进水阀相连，第二进水管7
的另一端插入至繁殖池；第一进水管6的一端与水泵出水阀相连，第一进
水管6的另一端与水箱进水阀相连；出水管8的一端与水箱出水阀相连；
出水管8的另一端与外部废水箱的进水口相连。水泵5运行前，第二进水
管7和水泵5内灌满引水；水泵5运行时，水泵5内的叶轮高速旋转，待
测水样9随着叶片一起旋转，在离心力作用下，待测水样9飞离叶轮向外
射出，射出的待测水样9在泵壳扩散室内速度逐渐变慢，压力逐渐增加，
最后从水泵5的出水口排出；在叶片中心处，由于待测水样9被甩向周围
而形成既没有空气有没有待测水样9的真空低压区，池水在池面大气压作
用下，经第二进水管7流入泵内，待测水样9就这样不断从养殖池中被抽
吸至水箱2内，并最终从水箱2排出。待测水样9的识别过程中，水泵进
水阀、水泵出水阀、水箱进水阀和水箱出水阀的开启和关闭均由微处理器
模块控制。
本发明的工作过程为：养殖户将第二进水管7置于待测水样9所在深
度后，打开电源，启动装置，设置本次颜色识别的RGB阈值的范围、识
别次数、和/或预设时间；微处理器模块通过驱动模块控制水泵5运行，抽
取待测水样9至水箱2中，颜色识别模块3开始识别待测水样9；本次识
别结束后，微处理器模块控制显示模块显示本次识别时间以及本次识别的
RGB值；倘若出现超阈值现象，报警模块发出声光报警，由养殖户解除
报警并采取挽救措施；否则将待测水样9通过出水管8排出，再次抽取待
测水样9进行下一次识别，直至达到识别次数；装置运行出现故障时，按
下复位模块的复位按钮，装置自检，进行故障恢复。