南美白对虾幼苗培养液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南美白对
虾幼苗的健康成长提供可靠基础的南美白对虾幼苗培养液监测装置
及控制方法。
背景技术
南美白对虾(Penaeusvannemei)，又称白脚对虾，属节肢动物
门，甲壳纲，十足目，游泳亚目，对虾科，对虾属。生产于南美洲沿
岸海域，在厄瓜多尔、巴拿马、哥伦比亚、秘鲁、智利、尼加拉瓜等
国沿海都有分布。其肉质细嫩，肉味鲜美，为南美洲主要养殖虾类。
南美白对虾在世界对虾养殖业中也占有重要位置，与中国对虾，班节
对虾并列为当前世界上养殖面积最大、产量最高的三大经济虾类。
南美白对虾幼苗对耐受高温能力较强，对低温表现敏感，低于
20℃不喜摄食，生长缓慢。
南美白对虾幼苗对水质要求较高，尤其要求体溶氧充足。在水体
溶氧6毫克/升以上情况下，其活动正常，生长较快；当水体溶氧4
毫克/升以下时，则出现呼吸困难。
目前，还没有可以对南美白对虾幼苗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，无法用于南美白对虾
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南美白对虾
幼苗的生长环境进行监测及控制的装置的不足，提供了一种可为南美
白对虾幼苗的健康成长提供可靠基础的南美白对虾幼苗培养液监测
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：
一种南美白对虾幼苗培养液监测装置，包括控制端和设于培养池
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、位于培养液中的水深传感器、第一显
示器、报警器、第一计算机、设于培养池的进水管上的第一电磁阀和
设于培养池的出水管上的第二电磁阀；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，位于培养液中的溶解氧
传感器、pH值传感器、水温传感器和磷酸根离子传感器；第二终端
与第一终端相比，增加了增氧泵；
主控制器分别与存储器、第一无线收发器、水深传感器、第一显
示器、报警器、第一计算机、第一电磁阀和第二电磁阀电连接；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、磷酸根离子传感器、第二
显示器和第二计算机电连接；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。
通常将控制端设于控制室中，当培养池中的每个终端的溶解氧传
感器、pH值传感器、水温传感器、磷酸根离子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
制培养池监测装置进行相应的调整控制，从而使培养池中的溶解氧传
感器、pH值传感器、水温传感器、磷酸根离子传感器检测的参数值
始终位于标准范围内，为南美白对虾幼苗的健康成长提供可靠基础。
当参数值异常时，位于控制室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培养池监测装置
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培养池中培养液参数的变化，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，使对培养液变化的反应更加快速、及时，从而保持培养液中
各个参数的稳定性，为南美白对虾幼苗的健康成长提供可靠基础。
作为优选，第一终端和第二终端均包括位于培养液中的光照传感
器和氨氮传感器，氨氮传感器、光照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。
一种南美白对虾幼苗培养液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、水温和磷酸根
离子浓度的标准范围；主控制器通过第一无线收发器发送阈值L和各
个标准范围，各个终端的第二无线收发器接收阈值L和各个标准范
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，从而使培养池中的水深位于标准范围内；
(5-3)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)若所有终端中的至少一个终端POT的pH值传感器检测
的数值不在标准范围内，则每个终端POT的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
增氧泵的命令；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不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显
示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报
警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的
信息；
(5-4)各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
二无线收发器发送溶解氧异常信息；
收到溶解氧异常信息的主控制器通过第一无线收发器发送增氧
命令；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+eac％)L为止，eac为20至40；
(5-5)主控制器读取各个终端的水温传感器检测的数值，计算
水温均值W1，
若W1不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器
显示水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报
警命令，各个终端的第二显示器均显示水温异常，需要人工干预的信
息；
(5-6)主控制器读取各个终端的磷酸根离子传感器检测的数值，
计算磷酸根离子均值W11，将W11与标准范围进行比较；
当W11不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示
器显示磷酸根离子浓度异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线
收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示磷酸根离子浓
度异常，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
常后，才控制显示器及报警器报警，请求人工干预，从而有效避免了
误调整对南美白对虾幼苗健康成长的影响。
pH值过高可采用施放明矾和施放二氯化钙的方法：
施放明矾(硫酸铝钾)时，浓度大约2-3kg/亩；施放二氯化钙，
二氯化钙水解后，呈酸性，可降低PH值，且能提供钙离子。
pH值过低可采用添加生石灰和施用藻类生长素的方法：
添加生石灰，用量大约为20-25mg/L，用水溶化后泼洒，大约可
提升ph值0.5；施用藻类生长素，培育浮游生物，消耗水体中过
多的CO2。
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，
水温过高可采用对培养液进行遮盖的方法降温。
因为培养液中磷酸根离子的来源主要为养殖池生物，如鱼、虾吃
剩的饲料；因此，当磷酸根离子浓度过高时，可通过控制饲料喂养量，
降低水中磷的浓度。
作为优选，第一终端和第二终端均包括位于培养液中的光照传感
器和氨氮传感器，氨氮传感器、光照传感器与对应的终端控制器电连
接；还包括如下步骤：
(6-1)终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，第二无线收发
器发送检测的数值，主控制器计算氨氮均值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，第一显示器显示池培
养池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，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；
(6-2)终端控制器读取光照传感器检测的数值，第二无线收发
器发送检测的数值，主控制器计算光照均值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
器显示光照异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送
报警命令，各个终端的各个第二显示器显示光照异常，需要人工干预
的信息。
氨氮过高时，可添加活水益生素200g或安进菌霸150g/亩；或
泼洒沸石，一般每亩15～20kg。
当光照太强时，可采用遮蔽方式抵御强光；当光照太弱时，可采
用人工光照来增强光线强度。夜晚时分，则关闭灯光，以免影响生物
生长。
作为优选，还包括如下步骤：
设定所述pH值传感器的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得培养
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值传感器的标准范围改为[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，从而给培养池的培
养液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7.2-8.5；水温的标准范围为20℃
-25℃。
作为优选，水深的标准范围为40-60cm；早换水时间区间为[5:00，
10:00]，晚换水时间区间为[18:00，22:00]。
作为优选，L为5.9mg/L-6.5mg/L。
因此，本发明具有如下有益效果：可自动监测培养池中培养液参
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，使对培养液变化的反应更加快速、及时，从
而保持培养液中各个参数的稳定性，为南美白对虾的健康成长提供可
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、存储器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、光照传感器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、水深传感器20、磷酸根离子传感器21。
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
培养池上方设有大棚，池深1-1.2米，池宽10米，池长100米，
大棚用毛竹或钢骨架支撑，上部覆盖有10丝无滴膜。
如图1所示的实施例是一种南美白对虾幼苗培养液监测装置，包
括控制端1和设于培养池上方的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、位于培养液中的
水深传感器20、第一显示器5、报警器6、第一计算机18、设于培养
池的进水管上的第一电磁阀17和设于培养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、水深传感器、第
一显示器、报警器、第一计算机、第一电磁阀和第二电磁阀电连接；
如图2、图3所示，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，位于培养液中的溶解氧传
感器9、pH值传感器10、水温传感器12和磷酸根离子传感器21；第
二终端与第一终端相比，增加了增氧泵11；
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、磷酸根离子传
感器、第二显示器和第二计算机电连接；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。第一终端和第二终端均包括位于培养液中的光照传感器
13和氨氮传感器19，氨氮传感器、光照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，一种南美白对虾幼苗培养液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、水温和磷酸根离子浓度
的标准范围；主控制器通过第一无线收发器发送阈值L和各个标准范
围，各个终端的第二无线收发器接收阈值L和各个标准范围；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依次发送由该终端的各个传感器的检测数值组成的数据包；
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
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，若所有终端中的至少一个终端POT的pH值传感器检
测的数值不在标准范围内，则每个终端POT的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
启增氧泵的命令；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不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器显
示pH值异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报
警命令，各个终端的第二显示器均显示pH值异常，需要人工干预的
信息；
步骤400，对溶解氧异常的控制
各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
二无线收发器发送溶解氧异常信息；
收到溶解氧异常信息的主控制器通过第一无线收发器发送增氧
命令；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+eac％)L为止，eac为20；
步骤500，对水温异常的控制
主控制器读取各个终端的水温传感器检测的数值，计算水温均值
W1，
若W1不在标准范围内，主控制器控制报警器报警，第一显示器
显示水温异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送报
警命令，各个终端的第二显示器均显示水温异常，需要人工干预的信
息；
步骤600，对磷酸根离子浓度异常的控制
主控制器读取各个终端的磷酸根离子传感器检测的数值，计算磷
酸根离子均值W11，将W11与标准范围进行比较；
当W11不在标准范围内时，主控制器控制报警器报警，第一显示
器显示磷酸根离子浓度异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线
收发器发送报警命令，各个终端的各个第二显示器显示磷酸根离子浓
度异常，需要人工干预的信息；
步骤700，对氨氮异常的控制
终端控制器读取氨氮传感器检测的数值，第二无线收发器发送检
测的数值，主控制器计算氨氮均值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，第一显示器显示池培
养池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，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；
步骤800，对光照异常的控制
终端控制器读取光照传感器检测的数值，第二无线收发器发送检
测的数值，主控制器计算光照均值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
器显示光照异常，需要人工干预的信息；同时，第一无线收发器发送
报警命令，各个终端的各个第二显示器显示光照异常，需要人工干预
的信息；转入步骤200。
实施例2
实施例2中包括实施例1中的所有结构和步骤部分，实施例2中
还包括如下步骤：
设定pH值传感器的标准范围为[R1，R2]，主控制器获得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值传感器的标准范围改为[q1R1，q2R2]，其中，
0.8＜q1＜1，1＜q2＜1.1。
实施例1和实施例2中pH值的标准范围为7.2-8.5；水温的标
准范围为20℃-25℃；水深的标准范围为40-60cm；早换水时间区间
为[5:00，10:00]，晚换水时间区间为[18:00，22:00]；L为6.1mg/L。
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。